中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险研究.pdf

2024年第1期新疆钢铁总第169期中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险研究毛月祥，高阔(中交公路规划设计院有限公司，江苏 南京 210000)摘要：随着社会经济的发展和科技的进步，桥梁建设在满足功能需求的同时，对美观、环保、经济等方面的要求也越来越高。中跨变截面连续刚构箱梁以其优良的性能和广泛的应用，逐渐成为了现代桥梁建设的重要选择。然而，这种结构在支架设计和施工过程中存在一定的风险，需要对结构稳定性风险进行深入的研究和评估。本文依托徐明高速项目，将针对中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险进行研究。为了降低变截面箱梁支架设计的风险，需要进行充分的风险评估和管理。这包括进行详细的地质勘察和基础设计，以确保支架的稳定性和承载能力；合理选择施工设备和材料，确保施工质量和安全性；采取恰当的安全措施，保障施工人员的生命安全；以及进行严格的施工监控和管理，确保施工进度和质量符合要求。关键词：中跨变截面；连续刚构箱梁；支架设计DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.036中图分类号：TU312文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0110-03Research on the Design Risk of Mid Span Variable Cross-section Continuous Rigid Frame Box Girder SupportYuexiang Mao,Kuo Gao(China Communications Highway Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Nanjing 210000,Jiangsu)Abstract:With the development of social economy and technological progress,bridge construction not only meets functional requirements,but also has increasingly high requirements for aesthetics,environmental protection,economy,and other aspects.The mid span variable cross-section continuous rigid frame box girder has gradually become an important choice for modernbridge construction due to its excellent performance and wide application.However,there are certain risks in the design andconstruction process of this structure,and in-depth research and evaluation of structural stability risks are needed.This articlerelies on the Xuming Expressway project to study the design risks of mid span variable cross-section continuous rigid framebox girder supports.In order to reduce the risk of variable cross-section box girder support design,sufficient risk assessmentand management are needed.This includes conducting detailed geological surveys and foundation designs to ensure the stability and load-bearing capacity of the supports;Reasonably select construction equipment and materials to ensure constructionquality and safety;Take appropriate safety measures to ensure the safety of construction personnel;And carry out strict construction monitoring and management to ensure that the construction progress and quality meet the requirements.Key words:mid span variable cross-section;continuous rigid frame box girder;support design作者简介：毛月祥，男，33岁，本科，工程师，中交公路规划设计院有限公司。E-mail：引言中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险主要包括以下几个方面：（1）结构稳定性风险。如果支架设计不合理或施工不当，可能会导致整个结构的稳定性受到影响，从而增加安全风险；（2）支架沉降风险。如果支架的地基处理不当或支撑力不足，可能会导致支架沉降，进而影响箱梁的平整度和结构承载能力，甚至可能导致坍塌事故；（3）施工误差风险。在施工过程中，由于操作失误或测量误差，可能会导致箱梁的尺寸和位置出现偏差，这不仅会增加结构受力风险，还会影响外观质量，甚至可能导致返工；（4）设备故障风险。在施工过程中，使用的设备，如起重机、泵车等，如果发生故障，可能会影响施工进度和安全性，严重时可能导致现场事故；（5）天气影响风险。变截面箱梁施工时，天气变化可能会对施工产生不利影响，如大风、大雨等天气可能会影响施工安全和施工质量，甚至可能导致工期延误；（6）人员安全风险。支架施工需要高空作业，存在一定的危险性，如果安全措施不到位，可能会对施工人员的生命安全造成威胁，严重时甚至可能导致伤亡事故。1工程研究背景徐州东部绕越高速公路项目起点位于京台高速110新疆钢铁总第169期2024年第1期苏鲁省界以南3.4 km江庄镇，终点止于与徐淮高速交叉处的睢宁西枢纽，项目途径4个县区10个乡镇，路线全长约63.697 km，项目工期24个月。根据施工图纸计算，现浇箱梁共计45000 m。中跨变截面连续刚构箱梁作为徐州东部绕越高速公路项目一种常见的桥梁结构形式，这种桥梁的设计和施工涉及许多复杂的工程问题。其中，涉路研究是一个非常重要的方面。涉路研究主要是在建设过程中，需要对施工方案、交通疏导、道路改造等方面进行详细的研究和规划，以确保施工期间道路交通的顺畅和安全。在运营期间，需要对桥梁的通行能力、交通流量、交通事故等方面进行监测和分析，以便及时采取措施保障道路交通的安全和顺畅。针对中跨变截面连续刚构箱梁的涉路研究，需要考虑以下几个方面：（1）施工方案。中跨变截面连续刚构箱梁的施工过程相对复杂，需要采取合理的施工方案和工艺，以确保施工质量和安全。在施工过程中，需要对周边道路交通进行疏导和调整，避免施工对道路交通造成影响；（2）桥梁通行能力。中跨变截面连续刚构箱梁的通行能力是涉路研究的一个重要方面。在桥梁建成后，需要对桥梁的通行能力进行评估和分析，以便合理规划和管理道路交通；（3）交通事故。交通事故是涉路研究的一个重要方面。需要对桥梁周边道路交通事故进行统计和分析，找出事故原因，采取措施降低事故发生的概率；（4）交通流量。交通流量是涉路研究的一个重要指标。需要对桥梁周边道路的交通流量进行监测和分析，以便及时采取措施缓解交通拥堵；（5）环境影响。中跨变截面连续刚构箱梁的建设和运营过程中可能会对周边环境产生影响，需要进行环境影响评估和研究。中跨变截面连续刚构箱梁的涉路研究需要综合考虑施工方案、通行能力、交通事故、交通流量和环境影响等多个方面，以确保桥梁建设和运营过程中的道路交通顺畅和安全。2方案设计支架主要承受桥梁上部结构传来的荷载，包括主梁自重、支架、施工人员、堆载荷载等。采用 Midas/Civil 建立，由贝雷梁、I10工字钢纵梁、双拼I45a工字钢横梁、630钢管桩，下部混凝扩大基础组成，贝雷梁、I10工字钢纵梁、双拼I45a工字钢横梁、630钢管桩钢材均采用Q235钢材，混凝土采用C30。中跨双门洞跨径为9 m，尺寸相同，相邻贝雷片间距均为50 cm，I10工字钢纵梁与横向贝雷梁采用弹性连接，贝雷梁与纵向双拼I45b工字钢梁采用弹性连接，双拼I45b工字钢与钢管柱采用固结，630钢管桩与C30混凝土条形基础采用弹性连接，C30混凝土条形基础与地面设置一般支撑。所建有限元模型，共有节点6696个，单元13352个。中跨小门洞跨径为5 m，相邻I56b工字钢间距均为50 cm，I10工字钢纵梁与I56b工字钢横梁采用弹性连接，I56b工字钢与纵向双拼I45b工字钢梁采用弹性连接，双拼I45b工字钢与钢管柱采用固结，630钢管桩与C30混凝土条形基础采用弹性连接，C30混凝土条形基础与地面设置一般支撑。所建有限元模型，共有节点858个，单元865个。支架模型整体效果如图1所示。图1 支架有限元模型在图2中可以看出，I10工字钢满足要求。贝雷片尺寸长为3 m，高为1.5 m，相邻贝雷片间距均为50cm，上下弦杆由两根10号槽钢组成，竖杆与斜杆为8号工字钢。贝雷花架水平撑为 90567 mm的不等边角钢，斜撑为 40404 mm 的不等边角钢，竖撑为63405 mm的不等边角钢，贝雷花架满足要求。双拼I45b工字钢满足要求，钢管桩满足要求，桁架结构满足要求。根据桥梁工程地质报告，取桩基位置土层进行验算1。土层参数描述如下：第一层。素填土，土层厚度2.4 m，层底标高38.87 m，极限摩阻力50 kPa，地基承载力特征值 100 kPa；第二层。粘土，土层厚度4.1 m，层底高程34.77 m，极限摩阻力50 kPa，承载力230 kPa；第三层。全风化泥质粉砂岩，土层厚度2.4m，层底高程32.37 m，极限摩阻力60 kPa，承载力2801112024年第1期新疆钢铁总第169期kPa；第四层。强风化泥质粉砂岩，土层厚度17.6 m，层底高程 14.77 m，极限摩阻力 100 kPa，承载力 400kPa；第五层。中风化泥质粉砂岩，土层厚度17.8 m，层底高程-3.03 m，极限摩阻力160 kPa，承载力1000kPa；基底平均压力P=35.2 kPa。现场地基承载力大于0.4 MPa，现场地基承载力满足要求。工字钢应力图（MPa）贝雷片应力图（MPa）贝雷花架应力图（MPa）双拼I45b工字钢应力图（MPa）钢管桩应力图（MPa）桁架结构应力图（MPa）图2 有限元分析1由支座反力图可知，小承台的所受最大集中力为913.4 kN。可采用下图作为计算模型。将条形基础划分1 m为一段进行抗裂验算。由基础应力图可知，本次计算为局部抗裂计算，结果展示承台所受的组合应力，即承台抗裂验算满足要求。由上图可知，中跨门洞与中跨小门洞屈曲模态特征值最小值为52.044.0，满足设计要求。即钢管立柱稳定性合格。计算过程见图3。通过对现浇梁支架施工关键结构的验算可知，该设计在强度、变形和稳定方面满足相应的规范要求2-3。同时，在按设计图纸进行施工时，一定要严格按照相应规范进行施工，控制好施工质量。3 结论该文主要研究了中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险，通过对实际工程案例的分析和模拟，得出以下结论：（1）中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险是存在的，主要表现在施工阶段和运营阶段。施工阶段的风险包括支架稳定性、变形控制、施工安全等方面，而运营阶段的风险则包括结构承载能力、耐久性、抗风抗震性能等方面；（2）支架设计风险的影响因素很多，包括设计参数、施工工艺、材料性能、环境条件等。其中，设计参数是影响支架设计风险的关键因素，包括变截面箱梁的几何尺寸、支架的跨度、高度、布置形式等；（3）为了降低中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险，需要采取一系列措施。其中，最重要的是加强支架的稳定性设计，包括加强支架的连接和固定、增加支架的支撑和固定点等。此外，还需要加强支架的变形控制，包括增加支架的刚度和强度、合理布置支架的位置和数量等；（4）通过实际工程案例的分析和模拟，验证了中跨变截面连续刚构箱梁支架设计风险的可行性和有效性。同时，也提出了进一步的研究方向和建议，为类似工程的设计和施工提供参考和借鉴。门洞基础所受支座反力（kN）小门洞基础所受支座反力（kN）条形基础计算模型基础组合应力（MPa）结构屈曲模态特征值图3 有限元分析2参考文献1 何东，冯航.关于提升地质岩心钻探质量策略的思考 J.中国金属通报，2023（04）：183-185.2 程勇，龚磊.现浇连续箱梁满堂式碗扣支架体系计算的研究 J.黑龙江交通科技，2014，37（12）：96-98.3 庄文棋，李华，吴永荣等.大跨径、高支墩现浇箱梁贝雷支架支撑体系施工技术 J.福建建设科技，2015（01）：57-58.4 李娜.浅析现浇箱梁满堂支架体系中剪刀撑设置的重要性J.中国标准化，2017（08）：215+236.112