摘要：结合现代化的基础建设工程类型来讲，为了进一步满足不同工程建筑的性能和结构需求，悬挑结构已经成为了大部分建筑工程中使用的主要结构类型。文章便是建立在悬挑结构验算的基础上进行分析，阐述了实际案例中的结构验算流程，综合模型进行荷载计算、钢结构、挡土墙稳定性以及锚杆锚固长度作为验算主体，意在通过文章论述，能够为当前的悬挑结构施工提供一定的技术依据。
关键词：怒江美丽公路；绿道建设工程；悬挑结构；验算分析
结合当前的建筑工程结构设计来看，悬挑结构以侧向支撑为主，本身是梁板结构中的一部分，在实际的施工过程中必须要进行合理的验算，确保相关参数符合施工标准，才能够提升建筑的安全性和稳定性，因此建立在实际工程案例的基础上，分析悬挑结构设计过程中的相关验算内容以及验算方法，不仅是本文论述的重点，也是进一步提升悬挑结构应用价值的重点课题。
1建筑工程悬挑结构内容
从建筑专业角度来讲，悬挑结构主要指的是利用拉索结构或者其他方法来实现建筑构件外延的一种方式。部分或者整体悬挑结构下没有支撑物进行支撑，整体结构以侧向受力为主，从主体结构上延伸出悬挑梁或者板结构，形成悬臂，其中有一部分浇筑在整体的建筑结构内，另一部分以伸出式的方式形成外悬式结构，通常应用在跨度较大的厂房，体育馆，展览馆，高层建筑物或者桥梁等公共建筑物中，是当前建筑结构中不可或缺的重点，同时也是发挥建筑多样化功能的重要结构，大部分的悬挑结构能够提供遮雨、阳台等功能。
2悬挑结构验算实际案例分析
怒江美丽公路绿道建设工程位于泸水市鲁掌镇小沙坝服务区。该项目是G219线丙中洛至六库公路改扩建工程（怒江美丽公路）的重要组成部分，全长285.56公里，全线按城镇型和郊野型绿道标准建设。在结构设计过程中，针对工程挡墙外侧利用了悬挑结构进行设计，从外观上来看，不仅能起到结构优化的作用，也能够成为整体工程的个性化工程。另外，建立在工程安全性和稳定性的基础上，针对悬挑结构的设计必须要保持高度重视，严格落实相关受力情况和结构稳定性的验算。才能够为质量控制提供保证。
3结构验算流程
3.1模型建立及荷载计算。根据图纸建立6m跨钢结构支承模型，采用MIDAS/CIVIL2019通用有限元分析软件建模，模型共计72个节点，74个单元。包括斜撑、钢横梁、外侧纵梁、内侧纵梁以及平联等结构采用梁单元模拟。斜撑与横梁以及平联与横梁的的连接均采用共节点建立单元的方式模拟，横梁锚固于挡墙的边界条件通过各向均约束的一般支承的方式模拟，斜撑锚固于牛腿的边界条件通过各向均约束的一般支承模拟。模型消隐图以及边界设置如图1。结构施加自重、桥面板荷载、铺装及护栏荷载以及人群荷载，其中除自重外，单跨6m钢支撑所受的其余荷载均通过梁单元荷载的形式平均分配给两根钢横梁。桥面板荷载根据其构造考虑三遍支撑以及两边支撑两种情况，荷载计算如下：q桥面板1=1.96×2.5×0.15×26/（1.96×2+2.5）=3.0kNq桥面板2=1.96×2.5×0.15×26/（1.96×2）=4.9kNq护栏=1kN/mq铺装=1.2×2.5×6/（6×2+2.5×2）=1.06kN/mq人=2.5×4×6/（6×2+2.5×2）=3.53kN/m基本组合荷载取为：1.2×（自重+桥面板荷载+铺装和护栏+人群荷载）
3.2钢结构计算。针对整体悬挑结构的钢结构进行应力计算主要分为以下几点。首先需要进行应力计算，结合对整体悬挑结构应力云图进行分析，我们可以发现应力峰值为-54MPa，主要出现在外侧的纵梁跨中，整体结构处于安全范围内。其次需要计算钢横梁的应力分布情况，经过对应力云图进行分析之后，整体的钢桁梁荷载组合最大应力为34.4MPa，最大位置在悬臂的根部，符合安全标准。其次需要进行斜撑应力计算，荷载组合下的斜撑最大应力为-43.5MPa，应力水平较低，符合材料的使用需求。另外平联应力最大数值为18.9MPa，应力水平较低，满足材料要求。外侧纵梁应力最大数值为54MPa；内侧纵梁应力最大值为-29.8MPa。皆满足相关需求。另外对整体钢结构的变形情况进行了计算，4m跨钢支撑最大行变为-4.8mm，且主要出现在外侧纵梁的跨中位置变形，参数较小。弹性稳定特征值分析采用自重不变+人群荷载可变，得到结构一阶屈曲模态为外侧横梁的横向弯曲变形，特征值为19，满足工程一般要求λ≥4。斜撑截面为100×6mm的方形钢管，弯矩作用在对称轴平面内的实腹式压弯构件，弯矩作用平面内稳定性按照《钢结构设计标准》（GB50017-2017）8.2.1-1条验算。弯矩作用平面内的整体稳定性应按下列公式计算：
3.3挡土墙稳定性计算。挡土墙的倾覆稳定系数定义为抗倾覆力矩/倾覆力矩，实际的计算方式需要考虑到挡土墙的自重、墙后土压力以及悬挑结构的力臂参数，考虑到挡土墙类型众多，本项目选取高度最低和最高的两者进行计算。针对高度最低的挡土墙进行计算，自重：G=4.54×6×26=708.24kN土压力：F=12×3×12×17×××3=38.25kN；抗倾覆力矩=708.24×1.5+90.8×0.5=1107.76kNm；倾覆力矩=38.25×1+82×3=284.25kNm；抗倾覆稳定系数=1107.76/284.25=3.9>1.6。因此，3m的挡土墙其抗倾覆稳定性满足要求。针对高度最大的挡土墙稳定性进行计算时：自重：G=72.61×6×26=11327.16kN；土压力：F=12×12×12×17×1××2=612kN；抗倾覆力矩=11327.16×4+90.8×9.5=46170kNm；倾覆力矩=612×4+82×12=3432kNm；抗倾覆稳定系数=46170/3432=13.5>1.6。因此，12m的挡土墙其抗倾覆稳定性满足要求。本工程中采用简化计算方法，计算过程偏保守，没有考虑衡重式挡土墙特殊构造对倾覆稳定性的正向影响，同时墙后填土重度按17kN/m3考虑，从计算结果看挡土墙的抗倾覆稳定性是安全的。
3.4锚杆锚固长度计算。本工程中针对锚杆的计算，需要结合非预应力锚杆的计算方法进行综合分析，并且建立在锚杆和砂浆界面以及砂浆与岩层界面之间的质量控制角度进行考虑，因此普通中空锚杆以及锚固端抗拔承载力需要利用下述公式进行计算：式中：Nd：锚杆或单元锚杆轴向拉力设计值（N）；La：铺固段长度（m）；fmg：锚固段注浆体与地层间极限粘结强度标准值（MPa或kPa），应通过试验确定，当无试验资料时，可按表4.6.10取值；：锚固段注浆体与筋体间粘结强度设计值（MPa），可按本规范表4.6.12取值；D：锚杆锚固段钻孔直径（mm）；d：钢筋或钢绞线直径（mm）；K：锚杆段注浆体与地层间的粘结抗拔安全系数，按本规范表4.6.11取值；ξ：采用2根或2根以上钢筋或钢绞线时，界面粘结强度降低系数，取0.70~0.85；ψ：锚固段长度对极限粘结强度的影响系数，可按本规范表4.6.13选取；n：钢筋或钢绞线根数。相关系数如下：由于锚杆的锚固段包含C20混凝土以及土层两段，C20混凝土按软岩考虑，土层按坚硬黏性土考虑，根据表4.6.10取注浆体与周边地层的极限粘结强度为：前者为0.6，后者为0.12；注浆体与地层间的抗拔安全系数为2.2；注浆体与杆体之间的粘结强度设计值取为1.0；锚固段长度对强度的影响系数与锚杆长度有关，影响系数取为1.0；锚杆穿过挡土墙的长度取较小值0.6m，则穿过土层的长度为（L-0.6）m；荷载组合下单个衡量锚固端的拉力需要结合设计图纸进行分析，由于6m的悬挑拉力，大于4m的悬挑拉力，因此需要利用6m悬挑反力进行计算，恒载荷载系数取1.2，活载荷载系数为1.4。其拉力计算公式为：1.2G＋1.4F活＝1.2×34.73+1.4×20.58＝70.5kN另外还需要考虑锚杆数量以及锚固端的组合搭配方式，本工程中涉及到了单个锚固端设置两根锚杆的形式，单根锚杆所承受的拉力为35.25kN，那么注浆体与岩层之间的强度计算公式为：注浆体和杆体之间的强度计算公式为：利用上述公式进行参数带入，计算结果表示，当在一个锚固端设置两根锚杆的情况下，锚杆的锚固长度需要≥4.3m。其次涉及到了一个锚固端设置4个锚杆的情况，这时单根锚杆所承受的拉力为17.6kN，那么注浆体与岩层间的强度计算为：带入上述公式和参数之后结果为L≥0.8m，注浆体与锚杆体之间的强度，结果为L≥0.25m。因此在一个锚固端设置4个锚杆的形式下，锚杆的锚固长度应该大于等于0.8m，同时实际的规范中针对中空锚杆的长度参数限制为不小于3m，需要将锚固的长度设置为3m。
4结束语
综上所述，悬挑结构的应用不仅能够增强建筑的视觉冲击力，也能够优化建筑外部结构设计质量，但是由于悬挑结构本身的结构特点限制，在设计过程中必须要落实结构参数的计算和优化，综合核载力、挡土墙稳定性、钢结构支撑力以及锚杆锚固长度进行分析，加强验算的精准性，才能够真正实现对悬挑结构质量的控制。
作者:施汝军 单位:云南云岭公大公路工程有限公司
