小截面高墩预埋牛腿桁架和墩身裂缝计算研究

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1、小截面高墩预埋牛腿桁架和墩身裂缝计算研究　　摘要：某公公分离立交桥为跨越某市四环路桥梁，上部为四跨连续梁结构，下部结构为柱式Y型墩身，墩身下部截面2.7×1.8m，墩顶3.8m范围内逐渐增大至4.5×1.8m，墩高24.6-25.6m。桥址地处四环高路堑，考虑安全性及经济性，箱梁现浇支架采用型钢牛腿桁架+贝雷梁支架，由于箱梁自重较大且墩身截面较小，常规牛腿无法承载，该桥采用双层牛腿组合型钢桁架，共同承载，满足了设计要求，实际使用过程中取得了良好的安全性和经济性。本文以此为例，介绍小截面高墩支架法施工中，双层组合式牛腿桁架及墩身裂缝计算分析。关键词：小截面高墩牛腿

2、裂缝计算1工程概况某市公公分离立交桥为跨越四环路桥梁，起点里程：K0+415.175，终点里程：K0+561.175，中心桩号：K0+488.175，与四环交叉桩号为K56+638.5，交角为90°。上部结构为1联（4孔）的预应力混凝土等截连续箱梁，跨径布置为4×35m，桥梁全长146m，桥宽10m，梁高2m，C50混凝土共883m3；下部结构采用柱式墩（采用C30混凝土）、一字台，基础采用扩大基础。6箱梁总体采用型钢牛腿+贝雷梁支架，桥台前部分区域采用碗扣支架现浇施工。2主要依据及容许值2.1主要依据①《某公公分离立交桥施工图》。②《某公公分离立交桥施工方案》

3、。2.2容许应力以下各章结构计算均采用容许应力法，钢材容许应力取值见下表（单位：MPa）混凝土容许应力取值见下表（单位：MPa）3牛腿桁架计算3.1计算荷载3.1.1混凝土荷载贝雷梁横桥向15片，关于桥轴线对称布置，根据贝雷梁布置，箱梁横桥向分为15部分，各部分重量分别由其下对应的贝雷梁承受，如图3所示。贝雷梁计算图示如图4图5所示：混凝土重量取26.2kN/m3，则计算得到每片贝雷梁承受的混凝土线荷载列表如下：3.1.2风荷载风载按《公路桥涵设计通用规范》计算，F=KKKWA6其中：K0=0.75（按施工架设期间取值）；K1=ηK1=0.65×1.7=1.10

4、5（桁架风载系数）；K=1.4（按最不利地形地理条件选取）；K=1.12（按B类地表，离地面或水面25m高度计）；K=1.38（按B类取阵风风速系数）；Wd=r=0.012017e-0.0001Z=0.012017e-0.0020=0.01204沈阳市十年一遇风速为V=25.6m/sV=KkV=1.12×1.38×25.6m/s=39.6m/s求得：W===0.962kPa单片贝雷梁迎风面积：A=0.4A=0.4×1.6×3.0=1.92（m）；所受风载为：F=KKKWA=0.75×1.105×1.4×0.962×1.92=2.14（kN）将风荷载等效于集中荷载

5、施加在每片贝雷梁桁架节点上。3.1.3其它荷载贝雷梁支架自重：由计算模型按1.2自重系数自行加载。施工荷载：2.5kPa。模板及支架荷载：梁翼缘段1.2kPa，梁中间段0.75kPa。3.2荷载组合6混凝土荷载+施工荷载+模板支架荷载+贝雷梁支架自重+风荷载。3.3牛腿桁架计算结果采用midas/civil2006软件，建立计算模型。牛腿顶分配梁截面为2HM588×300，其应力如图6、图7所示。牛腿桁架材质为Q235，最大组合应力为112MPa，小于容许应力[σW]=140MPa，最大剪应力为71MPa，小于容许剪应力[τ]=85MPa。4墩身及预埋件计算4.

6、1计算模型及荷载墩身、预埋牛腿、预埋件利用有限元程序进行局部应力分析。墩身及钢结构采用实体单元。主筋采用线单元，将刚度折算到相应混凝土单元中。取墩顶以下10m范围，并根据结构对称性，以1/2的墩身建模，对称面设垂直于表面的水平约束。模型底部固结。根据前述现浇支架计算，取作用于上部牛腿N1的竖向荷载中跨侧为1400kN，边跨侧为1250kN；作用于下部牛腿N2的竖向荷载中跨侧为600kN，边跨侧为560kN。墩顶承受的荷载为550kN。建立的计算模型如图8所示。4.2计算结果牛腿及预埋件等钢结构（Q235）最大有效应力94.7MPa，小于容许应力[σW]=140M

7、Pa。最大应力出现在牛腿N1腹板上部。牛腿及预埋件应力满足要求，其分布如图9所示。6牛腿N1、N2上方局部边角的混凝土主拉应力达4.3MPa，超出容许值，将出现裂缝，需另行验算其裂缝宽度。墩身其余部位混凝土主拉应力均小于容许应力[σtp]=1.98MPa。墩身应力分布如图10所示。4.3牛腿上方局部混凝土裂缝验算从上述模型中可知牛腿上方主筋拉应力为σ=28MPa，如图11所示。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.4.3条裂缝宽度计算公式为：W=CCC其中C1=1.0（带肋钢筋）C2=1.0（按短期效应计算）C3=1.0（此局部区域按受弯构件计算）

8、Es=2.0×105MP