钢管支架的强度和稳定性分析

钢管支架的强度和稳定性分析

摘要：本文以大榭第二大桥工程20米以上组合支架现浇箱梁（跨距：42.8m）为实例，对大钢管立柱强度和稳定性进行分析、验算，得到的钢管立柱强度和稳定性均满足设计及规范要求。

关键词：组合支架；钢管立柱；强度；稳定性

Strength and stability analysis of steel pipe piles

ZHANG Xiao-tianLI Chang-suo

(No.1 Eng.Co.Ltd.of CCCC First Harbour Eng.Co.Ltd Tianjin300456)

Abstract: Taking the Cast-in-place Box Beam(span:42.8m) of 20-meters-above combined supports of the Second Bridge in Daxie as a living example, this paper analyzed and checked the strength and stability of the large steel pipe posts, then calculated that the strength and stability of these large steel pipe posts met with the requirements of design and specification.

Keyword ：Combined Support；Steel-pipe Posts；Strength；Stability

1、工程概况

大榭对外第二公路通道（大榭第二大桥）工程，位于宁波市北仑区和大榭岛之间的黄歭江上。大榭侧引桥工程20m以上现浇箱梁支架采用组合支架，按跨距可分别为32.4m跨、35m跨,38m跨和42.8m跨计四种类型，以Pdx51-52跨（42.8m跨，净空高26－28m）为例进行钢管桩的强度和稳定性分析计算。

2、大钢管支架结构形式

2.1现浇梁结构形式

本跨箱梁断面形式为标准断面。桥宽12.5m，采用单箱双室箱形截面。箱梁高2.3m；箱梁顶板宽12.3m（两侧各设置0.1m宽防撞墙滴水），顶板厚0.22m，底板厚0.2m（0.4m），挑臂长1.9m，悬臂根部高度0.4m。箱梁外腹板为斜腹板，斜率1:2.5，腹板跨中厚0.4m，支点厚0.6m。具体如下2-1图示：

图2-1 箱梁横断面图（渐变段）

2.2支架设计方案

据现场施工条件，决定采用短跨度大钢管立柱贝雷梁支架施工。该类型支架(临时支墩) 荷载传递途径明确，对钢管立柱和贝雷梁要求低；支架构件较大，数量少，较易保证施工安全；但临时支墩设置较繁琐，支架搭设、拆除工作量大；临时支墩设置费用高，机械设备投入大。

2.3支架总体结构

组合支架传力途径：模板—方木—U托—门式支架—横向槽钢—纵向贝雷梁—工字钢横梁—钢管立柱—钢管桩基础（或混凝土条形基础）。以42.8m跨箱梁为例，支架总体布置如下图2-2所示。

图2-2 支架体系纵断面图

3、分析内容

3.1大钢管立柱强度验算

3.2大钢管立柱稳定性验算

4、荷载组合分析

4.1上部总荷载统计

①箱梁砼自重：N1 ＝26×335.5＝8723 kN

（本跨374方砼，箱梁端头实心段位于墩柱顶，该部分不在支架承重范围内，扣除＝19.245×2＝38.5方，即砼为374-38.5＝335.5方）

②模板自重：N2＝0.75×12.5×40.3＝377.8KN（模板取0.75 kN/m2 ）

③支架自重：N3＝0.29×4×18×21＝438.5KN（门架单榀0.29 kN/m2，纵21横18高4层）

④活荷载：N4 ＝6×12.3×40.3 ＝2974 KN（施工荷载取6 kN/m2 ）

⑤风荷载：N5 ＝4.25×18×21＝1606.5KN（门架单榀轴力4.25KN，纵21横

18 ）

⑥支垫槽钢自重：N6 ＝0.227×13×21×2＝124 KN（槽钢自重0.227KN/m,单根13m，42排）

⑦贝雷梁自重：N7 ＝3.0×16×13＝624KN（贝雷片平均自重3.0KN/片,纵13横16）

⑧工字钢横梁自重：N8 ＝0.676×15×（8×2）＝162.3KN（工字钢自重

0.676KN/m,8个双拼）

⑨钢管立柱自重：N9 ＝2.02×16×24＝776KN（钢管自重2.02KN/m,24根，每根16m）

⑩连系杆自重：N10 ＝0.227×64×3×6＝262KN（槽钢自重0.227KN/m）

4.2钢管立柱上部总荷载：

1）不组合风荷载

N＝1.2×（N2+N3+N6+N7+N8+N9+N10）+1.4×(N1+N4 )＝19693KN

2）组合风荷载

N＝1.2×（N2+N3+N6+N7+N8+N9+N10）+0.9×1.4×(N1+N4 )+ N5 ＝19662KN

取较大值，上部结构总荷载N＝19693KN

5、强度、稳定性验算

5.1依据现场大钢管立柱布置形式和受力分析，得出每根钢管立柱承受荷载如下表：

5.2钢管柱验算

钢管立柱承受横梁的支座压力，根据计算可得。钢管立柱受力最大为：805.3KN，最小为264.1KN，以此对钢管立柱进行验算：

5.2.1单根钢管立柱最大受力：（18m高钢平台，钢管立柱长16m）

单根钢管自重及连接杆配重：

则钢管立柱承重：

5.2.2钢管柱参数（φ600钢管，壁厚10mm）：

钢材Q235，抗压抗弯强度

截面面积A＝18535.5mm2

截面最小回转半径r＝208.6mm

钢管长细比＝16000/208.6＝76.7<80

按钢结构设计规范5.1.2-1规定，截面类型b类,查附表C-2，，则：

5.2.3强度稳定验算

考虑施工原因可能产生局部钢管受力及钢管磨损，验算时取1.2的安全系数。强度验算＝54.9MPa<1.3=1.3×145=188MPa

强度满足要求

稳定验算＝75MPa<1.3=1.3×145=188MPa

稳定性满足要求

5.2.4压缩变形

=0.0042m=4.2 mm

=0.0015m=1.5mm