桥梁高墩定型爬梯的应用

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摘要：该文介绍了巴达铁路王爷庙大桥67米高墩定型爬梯的设计及应用，通过施工实践证明定型爬梯是解决高墩施工人员上下通行的可靠设备，在施工中应用取得了良好的经济效益。

关键词：高墩定型爬梯应用

中图分类号：K928文献标识码： A

一、概述

巴达铁路王爷庙大桥，现浇连续梁梁长145.2m，梁跨布置为40m+64m+40m连续梁，其中两主墩4#和5#墩处于巴河河道内，4#墩高64m，5#墩高67m，每个墩旁设置一个Z型定型钢爬梯，本文按67m高墩定型爬梯进行介绍。

二、定型爬梯结构设计

2.1定型爬梯结构图

图一：平面图

图二：爬梯侧面图

2.2定型爬梯构件用料

三、爬梯结构设计

3.1爬梯基础设计

爬梯设置在墩身左侧（线路方向）河流下游，主要考虑墩身对爬梯的保护作用，基础为C30混凝土，第一层浇筑厚度1.5米，结构尺寸为6*4米，第二层浇筑厚度1米，结构尺寸为5*3米。其中第一次浇筑时在混凝土中预埋L型100*100*10角钢，并按爬梯立柱间距进行定位、加固。具体见下图：

图三：爬梯基础平面图

图四：爬梯基础立面图

3.2爬梯安装与加固

在基础清至承台基础及塔吊基础顶面时，预埋1.5米长的Ｌ型100*100*10的角钢，并进行定位。浇筑基础第一节混凝土，待混凝土初凝后凿毛第一层基础顶面混凝土，并清理干净。根据预埋的角钢安装第一节爬梯，四周进行临时支撑，并保证塔吊提升不去掉。采用全站仪进行两面调直，并与预埋角钢焊死。根据基础第二层结构尺寸进行立模，并浇筑第二层混凝凝土，等强三天后方可进行上面爬梯的安装。

后面依次采用塔吊进行吊装，在每个角采用10×10的角钢进行包角加固，上下各采用３个￠25的高强螺栓进行连接（即每个接头12个螺栓），为保证上下两节后期不产生错位，在连接内角处采用￠20的钢筋进行焊接角加固。爬梯在18m、28m、38m、48m和58m处分别在墩柱预埋钢板上焊接附着进行加固。在墩顶处临时支墩上预埋￠32螺纹钢筋与附着连接再加固一次。到梁顶时预埋型钢再加设一道附着。即每个爬梯共设5道附着进行加固。

爬梯两侧采用￠16的钢筋焊接扶手，并按照50cm间距进行扶手立柱加强，休息平台采用6mm厚钢板进行焊接。爬梯四周采用防护网密封。

图五： 爬梯接头示意图

3.3爬梯拆除

上人爬梯的总体拆除顺序为安装顺序的逆行，即先安后拆、后安先拆的顺序。拆除过程应先检查吊装设备的安全性，拆除时提升设备必须先对需要拆除的部件进行提升作用（带上劲），然后人员应站立于需拆除节的下一节平台上，安全绳悬挂于下一节的节点上，让后方可进行螺栓拆除以及上阶段标准节的拆除。拆除时必须专人进行指挥。

四、力学检算

4.1爬梯受力分析

爬梯只为方便施工人员上下便捷而设，其除受自身的重力、四川季节性风力及洪水冲力外再无其他受力。

爬梯受力简图

爬梯高度H：72.00m，

爬梯宽度B：2m， 自重G：260kN，

基础厚度：2.5m，基础宽度Bc：6.0m，

混凝土强度等级：C30，标准节长度b：3m，

主弦杆材料：角钢,围栏钢筋c：12mm，

所处城市：四川巴中， 基本风压ω0：0.5kN/m2，

风荷载高度变化系数μz：1.56 。

4.2爬梯抗倾覆计算

1、爬梯ω风荷载计算

依据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中风荷载体型系数：

地处四川巴中，基本风压为ω0=0.5kN/m2；

查表得：风荷载高度变化系数μz=1.56；

挡风系数计算：

φ=[3B+2b+(4B2+b2)1/2]c/(Bb)

=[(3×2+2×3+(4×22+32)1/2)×0.012]/(2×3)=0.034；

因为是角钢，体型系数μs=2.9；

高度z处的风振系数取：βz=1.0；

所以风荷载设计值为：

ω=0.7×βz×μs×μz×ω0

=0.7×1.00×2.9×1.56×0.5=1.583kN/m2；

2、爬梯弯矩计算

依据《建筑地基基础设计规范》风荷载对爬梯基础产生的弯矩计算：

Mω=1/2×(ω×φ×B×H×H)=1/2×(1.583×0.034×2×72×72)=352.9kN・m；

3、爬梯基础抗倾覆稳定验算

依据《建筑地基基础设计规范》基础抗倾覆稳定性按下式计算：

e＝Mk/（Fk+Gk）≤Bc/3

式中 e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离；

Mk──作用在基础上的弯矩；

Fk──作用在基础上的垂直载荷；

Gk──混凝土基础重力，Gk＝25×（6×4×1.5+5×3）=1275kN；

Bc──为基础的底面宽度；

计算得：e=352.9/(260+1275)=0.23m < 5/3=1.667m；

基础抗倾覆稳定性满足要求！

4.3地基承载力验算

依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2条承载力计算。

计算简图:

混凝土基础抗倾翻稳定性计算：

e=0.23m < 5/3=1.667m

地面压应力计算：

Pk＝（Gk）/A

Pkmax＝(Gk)/A + Mk/W

式中：Fk──爬梯作用于基础的竖向力Fk＝260kN；

Gk──基础自重，Gk＝1275kN；

Bc──基础底面的宽度，取Bc=4m；

Mk──倾覆力矩，包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩，Mk＝ 352.9kN・m；

W──基础底面的抵抗矩，W=1/6(Bc h2)=1/6（4×62）=24m3；

不考虑附着基础设计值：

Pkmax＝（260＋1275）/（4×6）+352.9/24＝78.7kPa

实际计算取的地基承载力设计值为:fa=150.0kPa；

地基承载力特征值fa大于压力标准值Pk=78.7kPa，满足要求！

地基承载力特征值1.2×fa大于无附着时的压力标准值Pkmax=94.4kPa，满足要求！

4.4对爬梯四个立柱进行检算

1.风荷载产生的弯曲应力

б=M/W

由路桥施工计算手册查的100*100*10角钢w=179.51*102 mm2

A3钢材弯曲【бw】=145MPa

б=M/W=2051568÷179.51÷6÷102=19.05MPa＜145MPa

经计算风荷载产生力对杆件安全无影响。且在72米高度内还设置了七道附着，所产生的弯应力更小，作用是安全的。

2.竖向自重对六个支柱在最底部产生的应力检算

即支柱与各面处的角钢应力

N为72米爬梯自重取260KN

6个100*100*10角钢的截面面积19.26*6*102mm2

A3钢材抗压轴向力【б】=140MPa

б=N/A=260000÷(19.26×6×102)=22.5MPa＜140Mpa

满足要求。

4.5基础受冲切承载力验算

依据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）第8.2.7条。

验算公式如下:

F1 ≤ 0.7βhpftamho

式中 βhp --受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0.当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；取 βhp=0.94；

ft --混凝土轴心抗拉强度设计值；取 ft=1.43MPa；

ho --基础冲切破坏锥体的有效高度；取 ho=1.50m；

am --冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；am=(at+ab)/2；

am=[2+(2+2×1.50)]/2=3.5m；

at --冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽（即爬梯宽度）；取at＝2m；

ab --冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；ab=2+2×1.50=5；

Pj --扣除基础自重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；取 Pj=94.4kPa；

Al --冲切验算时取用的部分基底面积；

Al=（6.00+5）×（(6.00-5)/2）/2=2.75m2

Fl --相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值。Fl=PjAl；

Fl=94.4×2.75=259.6kN。

允许冲切力：

0.7×0.94×1.43×3500×1500=4939935N=4939.935kN > Fl=259.6kN；

实际冲切力不大于允许冲切力设计值，所以能满足要求！

五、结束语

通过在巴达铁路对高墩定型爬梯的使用实践，验证了高墩定型爬梯通过定型加工，既简单方便，又安全可靠，是解决高墩施工人员上下通行的一种好方法，并且由于采用了定型标准件拼装，可以重复使用，节约了施工成本。