斜拉桥上横梁支架系统技术探讨

王 斌

(中交路桥华东工程有限公司，上海 201210)

1 主塔上横梁支架结构设计计算书

1.1 工程概况

甬台温高速公路复线温州灵昆飞云江跨海特大桥通航孔主桥部分跨径为50m+110m+380m+110m+50m双塔双索面叠合梁斜拉桥。上横梁采用箱型截面，截面尺寸为6m(高)×8.14m(宽)，顶底板厚0.8m，腹板厚0.8m，横梁顶、底板共配置36根Φs15.2-19的钢束，腹板配置8根Φs15.2-19的竖弯预应力钢束。

1.2 结构设计

横梁底板为曲线形式，采用自制型钢托架支承在牛腿支架上。托架上、斜杆及腹杆采用[]12.6a，下弦杆采用[]16a。托架分片加工制作，横桥向同一断面处托架为一片，共13片。利用塔吊吊装，并在牛腿支架拼装成整体。

2 参考资料及荷载、工况选定

2.1 计算依据

(1)业主、设计院提供的该项目相关技术资料。(2)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2011)-人民交通出版社。(3)《钢结构设计手册》(第二版)-中国建筑工业出版社。(4)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)。(5)《路桥施工计算手册》。(6)《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》(JTCD62-2004)。(7)《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)。(8)《建筑施工计算手册》。

2.2 计算参数确定

按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》取值。

Q235钢材的允许应力：[σ]=140MPa，

Q235钢材的允许剪应力：[τ]=85MPa，

Q235钢材的弹性模量：E=2.1×105MPa。

根据该规范规定，临时结构可在容许应力基础上乘以1.3的扩大系数。允许挠度L/400。

2.3 设计技术参数及相关荷载大小选定

2.3.1 荷载类型

(1)支架结构自重 实际结构自重计算，程序自动计入。(2)上横梁混凝土自重 容重γ=26.25kN/m3，按一次完成混凝土浇注加载。(3)上横梁模板自重 侧模、顶模及支撑系统按2.0kN/m3计，底模板在模型中建立，程序自动计入。(4)施工人员、机具荷载 按2.5kN/m3计。(5)振捣砼产生的荷载 按2.0kN/m3计。(6)风荷载 按733.139kN计。 根据《公路桥涵设计通用规范》可知，风荷载标准值按下式计算。

Fwh=K0K1K3WdAwh=

0.75×1.96×1.0×2.922×170.7=733.139kN。

查《公路桥涵设计通用规范》得各参数取值如下。

K0：设计风速重现期换算系数，施工架设期桥梁，取0.75。

K1：风载阻力系数，查表计算得K1=1.96。

K3：地形、地理条件系数，取1.0。

z：距地面或水面的高度(m)。

Vd：高度Z处的设计基准风速，

Vd=K2K5V10=

1.34×1.38×37.4=69.160(m/s)。

K2：考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，取1.34。

K5：阵风风速系数，取1.38。

V10：桥梁所在地区的设计基本风速，V10=37.4。

g：重力加速度，g=9.81m/s2。

Awh：钢管桩立柱与水平连接杆迎风面积，Awh=170.7m2。

Fwh：风荷载标准值(kN)。

2.3.2 计算工况荷载

工况一：支架搭设完毕，模板安装就位；荷载组合：1+3+4+6。

工况二：砼浇注完毕，荷载组合：1+2+3+4+5+6。

工况三：梁重1.1倍系数预压，荷载组合：1+1.1×2+3+4+5+6。

比较以上三个工况可知，工况三最不利，因而只对工况三进行计算，验算支架结构的强度、刚度及稳定是否满设计和施工要求。

2.3.3 计算方法

上横梁支架结构采用midas程序进行计算。选取整体支架进行三维空间建模，并对各种杆件赋予各自材料特性。

3 上横梁支架结构计算

3.1 牛腿计算

预埋在墩身钢牛腿受到压力为V=558.4kN;M=0，N=0。

3.1.1 锚筋计算

受力预埋件的锚板采用Q235钢材，锚筋采用HRB400Φ32mm钢筋，锚板厚度为16mm，根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)9.7.2条中，当有剪力、法向压力和弯矩共同作用是，应按下列公式计算，并取其中较大值。

fc：砼抗压强度设计值，砼为C50，fc=23.10MPa。

fy：锚筋抗拉强度设计值，锚筋为HRB400，fy=300.00MPa

t：锚板厚度，t=16mm。

d：锚筋直径，d=32mm。

z：外层锚筋中心间距，z=200mm。

αr：锚筋层数影响系数，锚筋分为三层，αr=0.9。

αb：锚板的弯曲变形折减系数，αb=1.0。αv：锚筋的受剪承载力系数，αv=0.4。

所需锚筋总截面面积As=5170.4mm2。

现配锚筋总截面面积As0=9πd2/4=7234.6mm2≥As满足要求。

3.1.2 锚固钢筋长度计算

锚固长度la=ζalab=1.1×711=781mm；取锚固长度800mm，满足要求。

α：锚固钢筋外形系数，带肋钢筋取0.14。

fy:锚固钢筋抗拉强度，取300MPa。

ft:混凝土抗拉强度，C50取1.89MPa;

ζab：锚固长度修正系数，直径大于25mm取1.1。

3.1.3 牛腿计算

牛腿采用2肢16mm劲板，面板采用12mm劲板；焊脚尺寸hf为10mm。

焊缝计算厚度为hg=0.7hf=0.7×10mm=7mm。

计算长度lw=400-2hf=386mm。

3.2 设计成果汇总

将最不利工况作用下，上横梁支架结构体系各构件的计算结果汇总如表1。

表1 上横梁支架结构计算结果汇总表

3.3 设计结论

从上面表中可以得知，最不利工况荷载作用下，根据此种计算和验算方法，能满足斜拉桥上横梁支架结构体系验收。