基于midas某箱型桥梁支架系统验算报告

1.1 项目总体概况

     略

1.2 箱梁概述

   预应力混凝土箱梁标准段有17.9m宽，为单箱三室斜腹板型箱梁。梁高2.0m，箱梁顶、底板厚均为0.25m、0.22m，两侧翼缘板悬臂长度为2.45m。标准段箱梁截面示意图（图1）如下所示：

图1  18m 宽主线桥预应力混凝土箱梁标准断面图(单位：cm)

1.3 支架简介

   由于本工程位于交通流量较大的公路段，故采用门式支架布置，由下至上依次为钢筋混凝土条形基础、钢立柱、贝雷梁、碗扣钢管支架和模板。具体布置见下表：

二、midas模型

2.1 模型介绍

   本工程的模拟是以纵向四根钢柱、横桥向箱梁全截面为例。单位体系：KN、m。支架体系模型在结构上分为由下至上四层。第一层：钢立柱+纵梁1；第二层：贝雷梁；第三层：纵梁2+碗扣支架+主分配梁；第四层：次分配梁+底模板。层与层之间用弹性连接加以联系起来。模型轴侧图（图2）如下图所示：

图2  支撑体系基于midas模型轴侧图

2.1 材料选用

   模型中主要用到的材料包括钢材和木材。其中钢材，除了贝雷梁采用16Mn钢以外，其他的钢材均采用A3钢，这两种钢材的容许应力如下表所示：

2.2 荷载取值以及简化模拟

   模板荷载取0.55 KN/m2

   钢筋混凝土自重取26 KN/m2

   施工人员及机具荷载标准值1.5 KN/m2

   振捣混凝土产生的竖向荷载 1.0 KN/m2

   倾倒混凝土时产生的竖向荷载 2.0 KN/m2

   荷载效应组合：恒载×1.2+活载×1.4。恒载主要包括：支架体系上部钢筋混凝土荷载，支架体系自重荷载；活载主要包括：施工人员及机具荷载，倾倒以及振捣混凝土产生的竖向荷载。其中活载是通过底模上的面荷载来施加，而其中支架体系上部由预应力箱梁和模板传下来的荷载需要简化模拟，具体如下：

   荷载简化主要是针对支架体系上部箱梁的自重荷载的简化。如图3，将箱梁截面分为三个部分。在截面特性计算器中计算得出箱梁的截面积

A=124466.0cm2，

I部分和III部分的面积为

A1=18777.5 cm2，

II部分面积

A2=124466.0-18777.5=105688.5 cm2。

将II部分简化为底模板上的均布面荷载q1：

q1=（26×105688.5×10-4×9+0.55×250.83）÷（9×12）=24.2 KN/m2。

其中数字250.83为经计算得到的内模板的面积。将I部分简化为底部主分配梁I12.6工字钢上的线荷载q2：

q2=（26×18777.5×10-4×0.9+0.55×3.555）÷2.95=15.6KN/m。

其中数字3.555为为经计算得到的内模板的面积。q1、q2这两个荷载的施加如图4所示。

图3  箱梁横截面简化分割图

图4  箱梁自重荷载简化示意图

三、受力分析

模型在荷载组合（组合1）下的受力分析图如图（图5、图6）所示：

图5  支架受力变形图（荷载组合1）

图6  钢柱底部反力（Fz）

四、结构计算

4.1 满堂支架计算

4.1.1 建模

将以上模型的第三层和第四层分离出来单独建立满堂支架模型，受力分析如图（图7）所示：

图7  满堂支架变形图

   由满堂支架的变形图可知支架最大位移为0.36mm，远没达到3mm的极限规定，故可认为支架的变形符合要求。

4.1.2 主分配梁计算

   主分配梁材料为A3钢材，截面是I12.6工字钢，其受力分析如下图（图10）：

图10  主分配梁受力分析（My）

可以看出绝对值最大的弯矩Mmax=2.26 KN·m。I12.6工字钢截面特性如下表：

主分配梁弯曲强度：σ=Mmax/Wx=2.26×103/(77.4×10-6)=29.2 MPa ﹤145 MPa，满足要求。

4.1.3 立杆计算

支架钢管截面特性表如下：

第三层满堂支架立杆的受力分析如下图（图10）：

图11  支架立杆受力分析（Fx）

   有图知道立杆最大轴向压力为Fmax=22.17 KN，产生最大压力的立杆与周边立杆步距为0.9m，长细比λ=l/i=900/15.78=57，查规范得φ=0.7，那么有

σ=N/(φA)=22.17×103/(0.7×4.×10-4)=57.5 MPa﹤140 MPa，满足要求。

4.2 贝雷梁计算

4.2.1 强度计算

   满堂支架模型的支反力如下图所示（图12）：

图12  满堂支架支反力图

上面的满堂支架模型的底部边界条件施加在了与下部贝雷梁接触的结点上，由于模型纵横向均对称，那么可以认为最中间的一跨贝雷梁承受的弯矩是最大的，可以将满堂支架模型底部与中间跨贝雷梁接触的节点的支反力反向作用到贝雷梁上，可计算贝雷梁承受的弯矩和相应的挠度。计算模型如下图所示：

图13  贝雷梁计算模型a

   国内贝雷片的相关技术指标如下表（表5）：

贝雷梁模型计算弯矩及剪力如图：

由图可知，绝对值最大的弯矩Mmax=156.4 KNm﹤975 KNm，满足要求；

绝对值最大的剪力Qmax=179.3 KNm﹤245 KNm，满足要求。

4.2.2 位移计算

   同样使用上面方法建模，将支反力作用到贝雷梁上，模型以及位移分析如下图所示（图14、图15）：

图14  贝雷梁计算模型b

图15  贝雷梁位移分析图

   上图显示贝雷梁最大位移Dzmax=0.15mm，远小于容许位移L/400=18.5mm，满足要求。

4.3 混凝土条形基础计算

   钢立柱下面采用的是钢筋混凝土条形基础，混凝土标号为C30，设计抗压强度f=17.5MPa。由图6可知钢立柱最大支反力为593.8KN，可得基础承受的最大压应力为

σmax=593.8×103/(3.14×0.632÷4)=1.91 MPa﹤17.5 MPa

满足要求。

五、结论

本工程属于预应力混凝土箱梁公路桥，施工过程的支架体系设计合理，强度以及变形验算基本符合要求，可以投入使用。