桥梁工程Pm08墩边跨现浇段贝雷支架验算分析

谭 春 腾

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002)

1 工程概况

Pm08墩逆交12°，Pm08墩左幅箱梁结构中心长度12.27 m，Pm08墩右幅箱梁结构中心长度10.57 m，每个单幅采用单箱双室截面，单幅箱底宽14.29 m，两侧悬臂各长3.9 m，全宽22.09 m，箱梁顶、底面均设置单向2%横坡。边跨现浇段箱梁中心梁高3.0 m，跨中箱梁中心梁高3 m，顶板厚0.26 m，悬臂板端部厚0.2 m，根部厚0.55 m；腹板厚0.4 m～0.6 m，底板厚0.3 m～0.6 m，横梁分别设在墩台处有1.5 m宽度横梁。

2 支架设计方案

支架采用“321”贝雷桁架作为主梁，贝雷架梁与Pm08墩盖梁相距2.4 m平行布置，设7根贝雷桁架主梁，间距1.90 m，主梁长度分别有48 m，39 m，9 m，跨径组合：9 m+9 m+12 m+9 m+9 m。贝雷架梁上Ⅰ12.6工字钢将上部碗扣式满堂支架荷载传递至主梁，Ⅰ12.6工字钢按碗扣式满堂支架横向间距进行纵向布置，横向间距其分别为0.3 m，0.6 m，0.9 m。贝雷架梁搁置在双拼Ⅰ40a工字钢组合桩顶横梁上，中间三个支墩采用φ600×10钢管桩，横向间距1.942 m；两侧边支墩采用φ400×8钢管桩，横向间距2.92 m及2.53 m；钢管桩横向Ⅰ25工字钢及[16槽钢横向连接。

3 Pm08墩边跨现浇段贝雷支架验算

3.1 贝雷架纵梁验算

3.1.11号贝雷架梁验算

1号梁贝雷架梁其长为48 m，间距为1.9 m，箱梁腹板处线荷载为：109.42 kN/m2、箱梁箱室处线荷载为：44.45 kN/m2、箱梁翼缘板处线荷载为：24.92 kN/m，考虑贝雷架梁的自重：g=1.92 kN/m。即：翼缘板处q1=1.9×24.92+1.92=49.268 kN/m；腹板板处q2=1.9×109.42+1.92=209.818 kN/m；箱体处q3=1.9×44.45+1.92=86.375 kN/m。

经计算1号贝雷架梁主梁最大弯矩Mmax=801.7 kN·m，最大剪力为Qmax=484.3 kN，最大挠度为fmax=3.6 mm。

支点反力：R1-1=R1-6=142.3 kN，R1-2=R1-5=963.2 kN，R1-3=R1-4=933.8 kN。

1)强度验算。

Mmax=801.7 kN·m≤[M]=1 576.4 kN·m；

σmax=Mmax/W=801.7×106/7.157×

106=112.02 MPa≤[σ0]=273 MPa；

Qmax=484.3 kN≤[M]=490.5 kN。

2)刚度验算。

最大挠度f=3.6 mm≤[f0]=12 000/400=30 mm。

3.1.22号贝雷架梁验算

2号梁贝雷架梁其长为39 m，间距为1.9 m，箱梁腹板处线荷载109.42 kN/m2、箱梁箱室处线荷载35.09 kN/m2、箱梁翼缘板处线荷载为：24.92 kN/m，考虑贝雷架梁的自重：g=1.92 kN/m。即：翼缘板处q1=49.268 kN/m；腹板板处q2=209.818 kN/m；箱体处q3=1.9×35.09+1.92=68.591 kN/m。

经计算2号贝雷架梁主梁的最大弯矩为Mmax=891.8 kN·m，最大剪力为Qmax=453.8 kN，最大挠度为fmax=3.5 mm。

支点反力：R2-1=137.1 kN，R2-2=817.8 kN，R2-3=763.7 kN，R2-4=891.6 kN，R2-5=224.0 kN。

强度验算：

Mmax=891.8 kN·m≤[M]=1 576.4 kN·m。

Qmax=453.8 kN≤[M]=490.5 kN。

刚度验算：

最大挠度f=3.5 mm≤[f0]=9 000/400=22.5 mm。

3.1.33号贝雷架梁验算

3号梁贝雷架梁其长为9 m，间距为1.9 m，箱梁腹板处线荷载为109.42 kN/m2、箱梁箱室处线荷载为35.09 kN/m2、箱梁翼缘板处线荷载为24.92 kN/m，考虑贝雷架梁的自重：g=1.92 kN/m。即：翼缘板处q1=49.268 kN/m；腹板板处q2=209.818 kN/m；箱体处q3=1.9×35.09+1.92=68.591 kN/m。计算图式见图1。

经计算3号贝雷架梁主梁的最大弯矩为Mmax=334.7 kN·m，最大剪力为Qmax=126.7 kN，最大挠度为fmax=2.5 mm。

支点反力：R3-1=126.7 kN，R3-2=76.8 kN。

强度验算:

Mmax=334.7 kN·m≤[M]=1 576.4 kN·m。

Qmax=126.7 kN≤[M]=490.5 kN。

刚度验算:

最大挠度f=2.5 mm≤[f0]=9 000/400=22.5 mm。

经上述验算单层双排贝雷架梁满足承载能力。

3.2 钢管桩桩顶梁计算

桩顶梁采用双拼工字钢2Ⅰ40a，2号～5号桩顶梁下设φ600钢管桩，桩间距为1.942 m；1号及6号桩顶梁下设φ400钢管桩，1号桩顶梁桩间距为2.92 m，6号桩顶梁桩间距为2.53 m。

双拼Ⅰ40a截面性质：

tw=21 mm，Ix=43 428 cm4，Wx=2 171.4 m3。

Sx=1 262.1 cm3，E=210×103N/mm2，G=1.35 kN/m。

3.2.11号桩顶梁验算

1)计算图式见图2。

2)计算结果。

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=70.7 kN·m,Qmax=164.4 kN,fmax=0.3 mm,N1-1=164.4 kN,N1-2=229.9 kN,N1-3=208 kN,N1-4=225.4 kN,N1-5=147.6 kN。

3)桩顶梁验算。

桩顶梁强度验算：

32.58 N/mm2<[fm]=205 N/mm2。

22.75 N/mm2<[fv]=125 N/mm2。

根据验算结果，桩顶梁满足承载力要求。

3.2.26号桩顶梁验算

1)计算图式见图3。

2)计算结果。

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=48.9 kN·m,Qmax=142.3 kN,fmax=6.2 mm,N6-1=166 kN,N6-2=189.8 kN,N6-3=189.8 kN,N6-4=166 kN。

3)桩顶梁验算。

桩顶梁强度验算：

22.52 N/mm2<[fm]=205 N/mm2。

19.69 N/mm2<[fv]=125 N/mm2。

根据验算结果，桩顶梁满足承载力要求。

2号～5号的贝雷架梁与φ600钢管桩于同一中心位置，故不作桩顶梁的强度验算。

3.3 钢管桩计算

3.3.1φ400钢管桩计算

根据桩顶梁的强度支点反力计算结果，贝雷桁架所对应钢管桩最大支反力为：

Fmax=N1-2=229.9 kN。

1)钢管桩稳定性计算。

外露高度为8 m，横向采用Ⅰ25工字钢连接，纵向未连接，自由高度取8 m。计算时钢管桩按一端自由，一端固定考虑。

最大钢管桩反力为：Fmax=N1-2=229.9 kN。

计算长度：l0=2h=2×8=16 m。

φ400钢管桩截面性质：

根据《钢结构设计规范》的相关规定，可知轴心压杆容许长细比为：[λ]=150；稳定系数：φ=0.524。

故有：λ=115.44<[λ]=150。

综上所述，钢管桩稳定性设计满足安全要求。

2)钢管桩强度计算。

44.56 N/mm2<[fm]=205 N/mm2。

根据计算结果，钢管桩强度满足承载力要求。

3)钢管桩入土深度计算。

钢管桩按入土4 m验算(实际考虑河床冲刷因素，取5 m)，桩径400 mm，壁厚8 mm。

则Lq=1/2×3.14×0.400×120×4=301.44 kN。

减去钢管桩自重Ra=301.44-5.47=295.96 kN>229.9 kN(满足要求)。

根据计算结果，钢管桩设计入土深度满足安全要求。

3.3.2φ600钢管桩计算

根据48 m的1号贝雷架梁支点反力计算结果，贝雷桁架所对应钢管桩最大支反力为：F=N1-2=963.2 kN。

1)钢管桩稳定性计算。

φ600钢管桩外露高度为8 m，横向采用Ⅰ25工字钢连接，纵向未连接，自由高度取8 m。计算时钢管桩按一端自由，一端固定考虑。

最大钢管桩反力为：F=963.2 kN。

计算长度：l0=2h=2×8=16 m。

φ600钢管桩截面性质：

根据《钢结构设计规范》的相关规定，可知轴心压杆容许长细比为：[λ]=150；稳定系数：φ=0.802。

故有：λ=76.7<[λ]=150。

综上所述，钢管桩稳定性设计满足安全要求。

2)钢管桩强度计算。

根据计算结果，钢管桩强度满足承载力要求。

3)钢管桩入土深度计算。

钢管桩按入土9 m验算(实际考虑河床冲刷因素，取10 m)，桩径600 mm，壁厚10 mm。

则Lq=1/2×3.14×0.600×120×9=1 017.36 kN。

减去钢管桩自重Ra=1 017.36-26.18=991.18 kN>963.2 kN(满足要求)。

根据计算结果，钢管桩设计入土深度满足安全要求。

4 结语

根据贝雷支架的计算结果，支架的强度、刚度和稳定性均满足相关规范的要求。在桥梁混凝土施工过程中，对贝雷支架施工进行了严格的质量控制，确保了工程的施工质量和安全要求。从施工效果看，浇筑后箱梁整体质量良好，箱梁平面位置和标高控制准确，梁体美观，最终控制效果也达到了设计要求。