现浇箱梁支架连续门洞应用性能研究

摘要：目前混凝土箱梁等现浇结构满堂支架的门洞结构多采用简支梁结构，具有搭设方便，结构受力简单，施工速度快等优点。同时，该类门洞结构由于静定结构自身的特点而造成一定程度的材料浪费或因跨度不足而无法使用。本文在理论分析的基础上，对现有门洞结构进行了较大的改进，提出了基于超静定理论的“连续门洞”的概念，给出了连续门洞的应用特点，为今后该类门洞结构的应用提供了理论支持。采用连续门洞结构能够提高跨度，稳定性能好，安全性能高，具有很高的经济和社会效益。

关键词：连续门洞满堂支架现浇箱梁增大跨度

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1引言

在公路桥梁建设过程中，现浇预应力箱梁取材方便、节约钢材，在结构整体性、安全性、耐久性等方面具有显著的优势，因此在中小跨径的永久性桥梁，无论铁路桥、公路桥或城市桥中得到了广泛的应用。现浇箱梁施工常常采用满堂支架法搭设模板支架，在跨越道路、河流、管线、既有桥梁时模板支架施工往往需要搭设施工门洞跨越障碍物，如工字钢门洞等。随着桥梁跨度的增加，箱梁截面高度增加，箱梁模板支架上部荷载增大，加之需跨越的障碍物越来越复杂，尤其在城市范围内跨越高等级公路、桥梁、河流时，箱梁模板支架门洞的跨度也日渐增大。因此，如何在确保门洞刚度、强度、稳定性的前提下提高门洞结构跨度，一直是土木工程技术界研究的热点问题之一【1】～【7】。

目前混凝土箱梁等现浇结构满堂支架的施工门洞主要分为两种，第一种是采用工字钢等型钢搭设的施工门洞，其支墩采用混凝土条形基础和碗扣支架组成，跨越结构采用工字钢等型钢，门洞单跨跨度一般为2～10m；第二种是采用贝雷梁等桁架结构搭设的施工门洞，其支墩采用混凝土基础和钢管柱等组成，跨越结构采用贝雷梁等桁架结构，门洞单跨跨度一般为10～30m。以上两种施工门洞结构组成、承载能力、跨度等均不同，但其力学模型均为单跨简支结构，属静定结构，因而造成一定程度的材料浪费或因跨度不足而无法使用。本文在理论分析的基础上，对现有门洞结构进行了较大的改进，提出了基于超静定理论的“连续门洞”的概念，给出了连续门洞设计与施工的基本原则，为今后该类门洞结构的应用提供了理论支持。

2基本原理

设现场需搭设跨度为的施工门洞，其跨越结构的刚度为，单根门洞跨越结构上承受的线荷载为。根据结构力学理论可知，普通单跨简支结构施工门洞的弯矩和剪力如图2-1所示。

图2-1：普通门洞剪力、弯矩图

根据结构力学知识可知，连续梁结构较简支结构可以减小跨中弯矩，提高材料利用率。因此，考虑对普通简支门洞跨越结构向两端延长（0＜＜1），延长后其力学模型如图2-2所示。

图2-2：向两侧对称延长后结构剪力、弯矩图

令

由此可知，当，即时，结构跨中正弯矩和支座上方负弯矩相等，结构材料利用率最高。

于此同时，施工门洞支座反力，较简支门洞结构门洞支墩受力增加了，在门洞上部荷载较大或支墩下地质条件较差时支墩受力增大对结构整体受力及安全性能非常不利，因此考虑在跨越结构向两端延长的同时增加两个支墩，使施工门洞受力成为三跨连续门洞，在提高门洞承载力和中跨跨度的同时增加结构稳定性，力学简化模型如图2-3所示。

图2-3：连续门洞受力简化图

此结构为二次超静定结构，根据对称结构原理简化计算，简化后为一次超静定结构。计算采用位移法，其结构简图、图和图如图2-4所示。

图2-5：位移法计算图

由图可知，，，根据可得：

根据可知：

其弯矩图如图2-6所示。

图2-6：弯矩图

令

可求得当时最小。

3连续门洞应用特点

根据连续门洞基本原理，在施工过程中除采用常见的普通简支门洞外，还可采用三跨简支门洞和三跨连续门洞，其简化模型如图3-1所示。

图3-1：简支门洞及连续门洞

在施工门洞的主跨度确定后，采用3种门洞形式分别具有如下特点：

1、普通简支门洞受力分析简单，施工方便且速度快，但跨中弯矩及挠度较大，在荷载和跨越结构刚度一定时，其门洞跨越能力受到一定限制。

2、三跨简支门洞受力分析简单，施工方便且速度快，由于支座上负弯矩而减小了跨中弯矩，当时跨中弯矩和支座上负弯矩均为简支门洞跨中弯矩的一半，大大增加门洞跨越能力，但支墩力增加。三跨简支门洞主要适用于采用普通简支门洞跨越能力不够的情况，或对跨中弯矩或挠度限制严格的情况。

3、三跨连续门洞受力分析相对复杂，由于增加了支墩和跨越结构长度等原因施工速度及便捷性变差，但该种形式在增大了门洞的跨越能力的同时支墩力增大较小，且结构稳定性能提高，尤其是当时结构跨越能力最大。三跨连续门洞主要适用于上部荷载较大、门洞主跨度大、采用普通简支门洞或三跨简支门洞跨越能力不够的情况。

4、三跨简支门洞和三跨连续门洞尤其适用于箱梁跨越道路门洞使用，其交通组织按第一、三跨为非机动车道，第二跨为机动车道。两种门洞形式在采用型钢搭设时可能存在结长问题，给施工造成一定的不便。

4结论

采用三跨简支门洞能够增加门洞的跨越能力，当时跨越结构最大弯矩降为简支门洞最大弯矩的一半，但支墩力增加；采用三跨连续门洞在增大了门洞的跨越能力的同时支墩力增大较小，且结构稳定性能提高，尤其是当时结构跨越能力最大。由于增加了支墩和跨越结构长度等原因三跨连续门洞较简支门洞复杂，施工难度有所增加。

参考文献

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【2】岳帅庆，崔登云，高云锋.青岛海湾大桥跨胶黄公路人行门洞支架结构计算分析[J]. 青岛理工大学学报,2011(06).

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【4】吴文迪，尹玉林，曲任权.现浇箱梁跨206 国道支架门洞设计与施工[J]. 公路交通科技应用技术版,2009(02).

【5】严朝锋.贝雷梁支架体系在混凝土系杆拱桥施工中的应用[J].铁道建筑2010(10).

【6】LI Wen-bin,LEI Jian-qiang,ZENG De-rong. Study on spatial stability of mobile bailey truss structure[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science). 2009(1).

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