钢结构在施工中的应用

钢结构在施工中的应用

作者：马帅

来源：《城市建设理论研究》2013年第06期

摘要：钢结构强度高、质量轻、制作简便、施工工期短，是现代建筑工程较为普遍的结构形式，本文通过栈桥的设计，对钢管桩基础、贝雷梁以及工字钢横梁作了系统的验算，为今后类似工程提供重要的借鉴及应用。 关键词:钢管桩贝雷梁工字钢验算

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1、工程概况：

湘桂铁路扩能改造工程红水河双线特大桥起点桩号D1K603+435.558，终点桩号

D1K605+686.286，全长约2.25Km。跨河部分主桥为单箱单室直腹板变截面连续箱梁，桥面板宽12.2m，梁体全长305.8m。本桥所跨红水河来宾市兴宾区河段汛期持续3个月，最高水位可达70m，与主墩承台基础顶面高差近13m。地形条件复杂、施工难度大，利用钢管桩基础，架设贝雷梁作为栈桥，确保主墩施工进度，保证材料供应。 2、荷载拟定

红水河特大桥栈桥最大车辆荷载考虑10m3砼灌车，自重15T，砼重25T，共重40T，人行及其它荷载共重10T；动荷载系数取1.2，故红水河特大桥栈桥检算荷载采用60T。（此荷载已经包括了动荷载的冲击系数，故以下计算不再计入动荷载的冲击系数）。 3、红水河特大桥栈桥结构拟定

红水河特大桥栈桥纵向跨度为12m，横向跨度两跨共5米，每跨为2.5m，桥面宽6m。钢管桩采用υ529×8mm钢管桩，平均打入完整岩面2.5m，具体长度由施工水位及地质条件决定。红水河特大桥栈桥管桩的横向均采用［16槽钢作横联；纵向采用［16槽钢作为剪斜撑，以增强其稳定性。下横梁采用2I40a工字钢，与钢管桩上部牛腿焊接在一起，钢管桩上部用钢板焊接牛腿加强；纵梁采用三列单层双排贝雷梁，贝雷梁之间采用［16槽钢作为剪刀撑，以加强稳定性。上横梁用I20工字钢，间距为0.4米.桥面板采用δ＝10mm防滑钢板。桥面安全护栏采用υ48mm的钢管。以上红水河特大桥栈桥材料除贝雷片以外，其余钢材的材质均为Q235钢，根据《钢结构设计规范》GB50017--2003查的：[σ]=210MPa，τ=125MPa。 4、红水河特大桥栈桥结构验算

4.1、I20工字钢上横梁验算：（按简支梁验算，计算跨径为0.40m。）计算图式如下：

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I20工字钢作为上横梁，其截面参数如下： 罐车后轴的触地宽度为600mm，长度为200mm。

按两根横梁直接受力,则每根横梁受力为：P活=60 /2/2/2=7.5t=75000N 恒载:桥面板和横梁自重q=0.4*0.01*1*78500+279=593N 静载产生的跨中弯矩： M1=Km*qL2=0.125*593*2.52=463.3N.m 静载产生的支座剪力：V1=KvqL=0.625*593*2.5=926.7N

恒载产生的跨中弯矩： M2=Km*F*L=0.203*75000*2.5=38062.5N.m 恒载产生的支座剪力： V2=KvF=0.688*75000=51600N 跨中的总弯矩取值： M=M1+M2=38062.5+463.3=38525.8 N.m 支座的总剪力取值：V=V1+V2=926.7+51600=52526.7N 故σ=M/W=38525.8/237=162.6 MPa 故τ=VS/Ib=52526.7*105/17.2/7=43.6 MPa 满足要求

4.2、贝雷纵梁验算：（按简支梁验算，计算跨径为12米。）

选用三列单层双排不加强型贝雷片，根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》查得： 计算图式如下： 贝雷片自重：

恒载:桥面板和横梁自重： 所以总恒载为

以上恒载由三组贝雷片共同承担，但是中间一组承受的恒载最大，为一半。故中间组所分担的荷载为：

贝雷梁接收由分配梁传来的活载为：

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活载产生的跨中弯矩： 活载产生的支座剪力： 恒载产生的跨中弯矩： 恒载产生的支座剪力： 跨中的总弯矩取值： 支座的总剪力取值：

4.3、2I40a工字钢横梁验算：（按简支梁验算，计算跨径为2.5m。） I40a工字钢作为上横梁，其截面参数如下： ，，， ，，。

作用在横梁上（横梁除外）的总恒载为：

由于横梁以上的恒载是通过贝雷梁而作用在横梁之上的，故将其看作以集中荷载的形式作用于横梁。（双排贝雷梁简化为与横梁只有一个接触点的集中荷载） ;

由活载作用而分配到横梁上的集中力为： 集中荷载产生的弯矩： 集中荷载产生的剪力： 横梁自重产生的弯矩： 横梁自重产生的剪力： 最大弯矩取值： 最大剪力取值： 故

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4.4、Φ529×8mm钢管桩强度验算： 1、桩受力：

桩采用Φ529×8mm钢管桩

横梁采用2I40a工字钢，其截面宽度B=2×142mm=284mm，两工字钢中间留1cm的间距，工字钢与钢管壁留1cm的4间距，则钢管需要切割的宽度是314mm。 桩的受力面积为： 钢管桩的强度为：

2、Φ529×8mm钢管桩稳定验算长度为5.5米，按6米的压杆稳定计算： Φ529×8mm钢管桩截面面积为；；；

故：λ=600/18.42=32.6；由查Q235b类截面轴心受压构件的稳定系数得υ=0.922Φ529×8mm钢管桩压应力：

σ=44580/0.922/130.88=18MPa 满足要求

4.5钢管桩防水冲刷计算：

根据《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)计算流水压力公式如下： 式中：P——流水压力(kN)；

A——桥墩阻水面积(m2)，通常计算至一般冲刷线处； λ——水的容重，红水河采用10kN/m3； gn——标准自由落体加速度(m/s2)，取10m/s2；

ν——计算时采用的流速(m/s)，取1.79m/s；（2006年6月） K——桥墩形状系数，圆形取0.73。

计算时，阻水面积按一般冲刷线高程65m取用，基岩面高程为57m，则钢管阻水面积为：

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A=0.5×6=3m2

单根钢管流水压力为：P=0.73*3*10*1.792/2*10=3.53KN。 同理，贝雷梁受力为P=1*1.9*4*10*1.792/2*10=12.16KN

流水压力的分布假定为倒三角形，合力的着力点位于水位线以下1/3水深处, M=3530*4+12160*(6+0.75) =96200N.m σ=96200/0.00168=57.3MPa＜210Mpa 强度满足要求 4.6嵌岩深度计算

根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005)，桩下端锚固在岩石内时，可假定弯矩由锚固侧壁岩石承受，锚固需要深度可不考虑水平剪力影响，并按以下公式近似计算： h=(M/0.066/K/R/d)^0.5

式中：h—自桩下端锚固点算起的锚固需要深度(m)； M—桩下端锚固点处的弯矩(kN·m),M=88562N.m；

K—根据岩层构造在水平方向的岩石容许压力换算系数，0.5～1.0,取K=0.5； d—钻孔直径(m)；

R—岩石单轴抗压强度(kPa)，根据地质情况，表层岩层破碎带厚1.5米，下层完整岩属于灰岩，取单轴抗压强度为35000kPa；

计算得：h=(M/0.066/K/R/d)^0.5=(96200/0.066/0.5/35000000/0.529) ^0.5=0.40m 嵌入地表深度为1.9米。实际施工过程钻孔2.5米控制。 参考文献

江正荣.朱国梁.简明施工计算手册.北京：中国建筑工业出版社，2005 建筑施工手册.北京：中国建筑工业出版社，2003