上跨京秦鐵路立交橋頂推鋼導(dǎo)梁撓度計(jì)算
2017-08-21 
   1.引言

   頂推法施工的關(guān)鍵是頂推作業(yè),核心問題在于應(yīng)用有限的頂力將梁頂推就位。在頂推施工中,主梁的受力結(jié)構(gòu)不斷變化,內(nèi)力不斷改變,要求計(jì)算各施工階段梁的撓度,用以校核施工精度和調(diào)整頂推前梁的標(biāo)高,這項(xiàng)工作十分重要。隨著梁體的推進(jìn),梁身的正、負(fù)彎矩交替出現(xiàn),頂推時(shí)微小的高差都會(huì)引起梁內(nèi)力和位移的變化。尤其是導(dǎo)梁能否順利通過(guò)對(duì)面的橋墩是頂推中的重要環(huán)節(jié),如果導(dǎo)梁高程過(guò)小則導(dǎo)梁端頭不能上墩,會(huì)給頂推帶來(lái)麻煩;如果導(dǎo)梁高程過(guò)大則主梁在后面橋墩支點(diǎn)處因懸臂長(zhǎng)度過(guò)大會(huì)增加主梁的負(fù)彎矩和剪力,超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度容易對(duì)梁造成損壞,甚至發(fā)生工程事故。基于設(shè)計(jì)單位只給出了導(dǎo)梁頂推前預(yù)設(shè)上撓度的最終值為3.5cm,而并未給出頂推過(guò)程中更多位置的梁體撓度值,為了施工更加安全和更加有效的控制頂推梁高程,現(xiàn)對(duì)導(dǎo)梁通過(guò)橋墩前的每個(gè)四等分點(diǎn)位置的撓度值進(jìn)行計(jì)算。

   2.梁自重荷載集度計(jì)算

   根據(jù)《上跨京秦鐵路立交橋施工圖設(shè)計(jì)》(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院)給出的材料用量表,結(jié)合頂推箱梁和頂推導(dǎo)梁的用量,梁荷載計(jì)算如下:

   2.1頂推導(dǎo)梁:

   工字鋼50b:29484.4kg

   工字鋼20b:205.6kg

   工字鋼16b:9440.7kg

   導(dǎo)梁總重G1:29484.4+205.6+9440.7=39130.7kg

   39130.7×10÷1000=391.307 kn

   導(dǎo)梁長(zhǎng)度L1:19.00 m

   導(dǎo)梁的自重荷載集度:q1 =G1/L1 =391.307 /19.00 =20.595 kn/ m

   2.2頂推段預(yù)應(yīng)力箱梁:

   HRB335鋼筋:55898.0kg

   C50砼:415.195m3 415×26=10795.07kn

   箱梁總重G2:

   55898.0×10÷1000+10795.07=11354.05kn=1135.405t

   箱梁長(zhǎng)度L2:56.00m

   箱梁的自重荷載集度:q2 =G2/L2 =11354.05/56.00 =202.75 kn/ m

   3.梁截面幾何性質(zhì)計(jì)算

   因?yàn)閷?dǎo)梁為工字鋼焊接加工而成,箱梁為單箱雙室,截面幾何性質(zhì)計(jì)算較為復(fù)雜。分別計(jì)算截面面積、周長(zhǎng)、形心以及慣性矩,截面幾何性質(zhì),計(jì)算結(jié)果作為梁的內(nèi)力計(jì)算和位移計(jì)算的基礎(chǔ)條件。

   導(dǎo)梁截面圖3-1

   面積A=7.808697m2 周長(zhǎng)S=48.59552m 形心C;(3.08m,1.00m)

   慣性矩I: Ix= 3.565m4 Iy=25.400 m4

   箱梁截面

   圖3-2

   面積A=8.41986m2 周長(zhǎng)S=45.1207m 形心C:(6.25m 1.17m)

   慣性矩I: Ix= 4.605m4 Iy=76.342 m4

   四、頂推過(guò)程中梁內(nèi)力及位移計(jì)算

   頂推過(guò)程中,導(dǎo)梁和頂推混凝土箱梁通過(guò)340套Ф20×950螺栓連接,實(shí)際中雖然有微小的轉(zhuǎn)角位移,但從位移約束考慮,在計(jì)算過(guò)程中作剛接處理。

   頂推結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下:

   頂推結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4-1

   鋼導(dǎo)梁長(zhǎng)1900cm,高200cm。由工字鋼焊接而成;牽引裝置設(shè)置在2#墩上,千斤頂為ZLD100千斤頂,共兩個(gè);在頂推端箱梁后端設(shè)置錨固裝置,它由OVM15-5拉錨器、OVM15-5拉索和錨固裝置組成,共兩套。

   臨時(shí)1#-4#樁基為直徑150 cm鉆孔樁,臨時(shí)5#-6#樁基為直徑150 cm挖孔樁,墩柱為鋼管柱。

   頂推梁的位移計(jì)算,梁受力較簡(jiǎn)單,約束條件較少,懸臂導(dǎo)梁屬于靜定結(jié)構(gòu),無(wú)超靜定內(nèi)力,采用圖乘法求解梁的撓度值。同時(shí)在頂推過(guò)程中千斤頂?shù)臓恳χ饕饔眯?yīng)為水平方向,對(duì)梁的下?lián)隙扔绊懞苄?,可以忽略不?jì)牽引力對(duì)撓度的影響。

  ?、?、當(dāng)鋼導(dǎo)梁頂推出L/4時(shí),計(jì)算內(nèi)力及位移:

   M臨5頂=1/2×20.595×(1/4×18)2=208.524kn.m

   F臨5頂=20.595×(1/4×18)+1/2×20.595×11

   =205.95kn =20.595t

   導(dǎo)梁前段=1/(2.1×3.656×105×10)×[(1/2×208.524×1/4×18×2/3×4.5-2/3×52.131×4.5×1/2×4.5]

   =0.00014m =0.014cm(豎直向下 )

  ?、颉?dāng)鋼導(dǎo)梁頂推出L/2時(shí),計(jì)算內(nèi)力及位移:

   M臨5頂=1/2×20.595×(1/2×18)2=834.098kn.m

   F臨5頂=20.595×(1/2×18)+1/2×20.595×11=298.63kn =29.863t

   導(dǎo)梁前段=1/(2.1×3.656×105×10)×[(1/2×834.098×9×2/3×9-2/3×208.52×9×1/2×9]

   =0.0022m =0.22cm(豎直向下 )

   Ⅲ、當(dāng)鋼導(dǎo)梁頂推出3L/4時(shí),計(jì)算內(nèi)力及位移:  M臨5頂=1/2×20.595×(3/4×18)2=1876.72kn.m

   F臨5頂=20.595×(3/4×18)+1/2×(20.595×5.5+202.75×5.5)=892.23 kn =89.223t

   導(dǎo)梁前段=1/(2.1×3.656×105×10)×[(1/2×1876.72×13.5×2/3×13.5-2/3×469.18×13.5×1/2×13.5]

   =0.011m =1.11cm(豎直向下 )

  ?、簟?dāng)鋼導(dǎo)梁頂推出L,即將到達(dá)臨6#墩的瞬間,計(jì)算內(nèi)力及位移:

   M臨5頂=1/2×20.595×182=3336.39kn.m

   F臨5頂=20.595×18+1/2×(20.595×1+202.75×10)

   =1394.76 kn =139.476t

   導(dǎo)梁前段

   =1/(2.1×3.656×105×10)×[(1/2×3336.39×18×2/3×18-2/3×834.098×18×1/2×18]=0.035199m =3.52cm(豎直向下 )

   頂推過(guò)程中,鋼導(dǎo)梁到達(dá)臨時(shí)16號(hào)墩前的位移圖如下:

   5.結(jié)論

   通過(guò)手算,鋼導(dǎo)梁前端在距15號(hào)臨時(shí)墩L/4時(shí)的撓度值為0.014cm;距15號(hào)臨時(shí)墩L/2時(shí)的撓度值為0.22 cm;距15號(hào)臨時(shí)墩 L3/4時(shí)的撓度值為1.11 cm;距15號(hào)臨時(shí)墩L 時(shí)撓度值為3.52cm。其中到達(dá)16號(hào)臨時(shí)墩的撓度值與“鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院”給出的撓度值3.5cm相差2mm,上述撓度計(jì)算值可供頂推施工參考。

   在實(shí)際頂推過(guò)程中,鋼導(dǎo)梁的下?lián)隙扰c理論計(jì)算值相差約±5mm,計(jì)算為頂推監(jiān)控起到了很好的作用,最后主梁上跨京秦鐵路頂推順利完成。

   參考文獻(xiàn):

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   [5] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院《上跨京秦鐵路立交橋施工圖設(shè)計(jì)》2008

   作者簡(jiǎn)介:

   陳鐵鋼,男,1983年―,河北秦皇島人,助理工程師,從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

   
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