肖家巷特大橋跨省道支架施工技術(shù)研究

劉姍姍 曹立波

1 概述

1.1 工程概況

肖家巷特大橋起訖里程為DK882+592.41～DK884+919.91，全長(zhǎng)2 327.48 m，孔跨結(jié)構(gòu)形式為:28×32 m箱梁+(40 m+56 m+40 m)連續(xù)梁+2×24 m箱梁+37×32 m箱梁。該橋處于圓曲線上，在DK883+591.7處跨越合蚌公路(101省道)立體交叉，交角為46°，既有省道路面寬12 m，路面標(biāo)高64.93 m，公路頂梁底標(biāo)高72.5 m。在充分考慮通車、工程造價(jià)、社會(huì)和諧發(fā)展的基礎(chǔ)上，采用在主跨下留設(shè)交通門洞，其余均采用滿堂支架現(xiàn)澆法施工。

1.2 施工方法簡(jiǎn)介

施工時(shí)，先將支架范圍內(nèi)的地基進(jìn)行處理，然后采用碗扣式滿堂支架現(xiàn)澆施工工藝進(jìn)行施工，箱梁內(nèi)外模均用1.5 cm厚優(yōu)質(zhì)木膠板和10 cm×10 cm的方木拼裝而成，底模用1.5 cm厚優(yōu)質(zhì)木膠板和10 cm×15 cm方木做縱梁，Ⅰ10工字鋼為橫梁拼裝而成。

1.3 施工工藝流程

地基處理→支架搭設(shè)→鋪設(shè)底模→支架預(yù)壓→綁扎底板、腹板及橫梁鋼筋→安裝側(cè)模和芯?！鷿仓?、腹板混凝土→安裝翼板、頂板模板→綁扎頂板、翼板鋼筋→澆筑頂板、翼板混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→拆除側(cè)?！鷱埨c壓漿→拆除支架及底模。

2 滿堂支架搭設(shè)及預(yù)壓

2.1 地基處理

為保證支架的穩(wěn)定性，需對(duì)基底進(jìn)行加固處理。首先清除原地面的有機(jī)土、腐殖土及雜填土，清表深度視現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定，由于本橋位地質(zhì)情況較差，開(kāi)挖深度一般為2 m左右。清表后用推土機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地整平，逐層換填A(yù)B料，再用重型振動(dòng)壓路機(jī)碾壓密實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到93%以上。最后在其上澆筑30 cm厚C30混凝土。

2.2 支架安裝

本支架采用碗扣式滿堂腳手架，其結(jié)構(gòu)形式如下:腹板采用30 cm×60 cm×120 cm;底板中采用60 cm×60 cm×120 cm;翼緣板采用90 cm×60 cm×120 cm;全橋縱向按間距180 cm(腹板處90 cm)，全橋橫向按間距180 cm增設(shè)橫向剪刀撐以增加支架整體穩(wěn)定性。在地基處理好后，按照施工圖紙進(jìn)行放線，進(jìn)行支架搭設(shè)。支架搭設(shè)完成后，測(cè)量高程，調(diào)整頂托高度，在可調(diào)頂托上鋪設(shè)Ⅰ10工字鋼為橫梁，然后在橫梁上鋪設(shè)15 cm×10 cm的方木作為縱梁，間距25 cm，鋪設(shè)底模木膠板。

2.3 支架預(yù)壓

支架預(yù)壓的目的:1)檢查支架的安全性，確保施工安全。2)消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響，有利于橋面線形控制。預(yù)壓荷載為箱梁?jiǎn)挝幻娣e最大重量的1.2倍。本方案采用砂袋一次性預(yù)壓。為了解支架沉降情況，在預(yù)壓之前測(cè)量各控制點(diǎn)標(biāo)高，測(cè)量控制點(diǎn)按順橋向每3 m布置一排，每排3個(gè)點(diǎn)。在加載25%，50%，75%和120%后均要測(cè)量各控制點(diǎn)標(biāo)高，加載完成后每24 h測(cè)量一次控制點(diǎn)標(biāo)高，作好記錄。若24 h沉降量小于2 mm即可卸載，卸載前記錄各控制點(diǎn)標(biāo)高。卸載完成后，要再次復(fù)測(cè)各控制點(diǎn)標(biāo)高，以便得出支架的彈性變形量。預(yù)壓完成后根據(jù)預(yù)壓成果通過(guò)可調(diào)頂托調(diào)整支架的標(biāo)高。

3 門洞結(jié)構(gòu)

由于受凈空不足的限制，門洞橫梁無(wú)法采用貝雷梁，采用工字鋼密排架設(shè)，門洞基礎(chǔ)采用C30混凝土，立柱采用φ400 mm×10 mm，間距1.5 m，立柱頂部采用Ⅰ36a工字鋼縱向布置，立柱之間橫向連接采用∠75 mm×75 mm×8 mm等邊角鋼，垂直公路方向采用Ⅰ36a工字鋼根據(jù)橋梁混凝土厚度進(jìn)行布置，頂層采用[20a槽鋼橫橋向布置，以便準(zhǔn)確定位頂部腳手架的位置。

針對(duì)支架和門洞，在施工中最主要的就是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，本文采用計(jì)算軟件ANSYS進(jìn)行計(jì)算分析。

4 有限元模型的建立

4.1 單元的選擇及截面生成

ANSYS中，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型主要使用Beam單元、Link單元、Shell單元和Solid單元。通常用Beam單元和Link單元分析整體行為，Shell單元和Solid單元分析細(xì)部結(jié)構(gòu)。綜合考慮本橋支架和門洞結(jié)構(gòu)分析的可行性及求解計(jì)算的實(shí)用性，選用Beam188單元和Link8單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)支架結(jié)構(gòu)情況利用APDL命令流生成各個(gè)截面，并進(jìn)行截面讀入生成，以縱梁工字鋼為例(見(jiàn)圖1)。

圖1 單根工字鋼截面圖

4.2 整體模型的建立

根據(jù)支架的實(shí)際布置情況利用Beam188單元(用于模擬基礎(chǔ)，立柱，橫梁和墊梁)和Link8單元(用于模擬立柱之間的橫梁L75 mm×75 mm×8 mm)建立整體有限元模型，具體見(jiàn)圖2。

4.3 荷載分析

圖2 門洞整體有限元模型

1)荷載類型。結(jié)構(gòu)計(jì)算分析荷載的施加要求盡可能與實(shí)際相符，進(jìn)而才能夠模擬結(jié)構(gòu)的受力情況，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)是否合理。因此支架荷載就包括混凝土荷載，施工荷載，模板荷載。

2)荷載施加。根據(jù)[20槽鋼墊梁和腳手架相交確定的立桿位置，分別將荷載以節(jié)點(diǎn)荷載的形式施加給墊梁，最后傳遞給每個(gè)構(gòu)件，完成整體受力效應(yīng)。

4.4 邊界選擇

計(jì)算模擬結(jié)構(gòu)的邊界條件與實(shí)際結(jié)構(gòu)邊界條件是不是一致，不僅關(guān)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化計(jì)算的準(zhǔn)確性，而且還將改變結(jié)構(gòu)的受力體系。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程，首先是邊立柱基礎(chǔ)和中間立柱的混凝土基礎(chǔ)與公路是直接連接，為保證混凝土基礎(chǔ)在受力時(shí)不移位，在基礎(chǔ)底部布置部分φ20鋼筋樁，直接打入公路內(nèi)，可以近似看做基礎(chǔ)和公路是固定連接。同時(shí)為了增加整個(gè)門洞的結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，橫梁與縱梁、縱梁與立柱之間均是滿焊連接，橫梁與墊梁槽鋼之間點(diǎn)焊連接，這樣就可以近似認(rèn)為縱梁，立柱，橫梁之間是鉸接。

4.5 結(jié)果分析

根據(jù)以上荷載對(duì)整個(gè)門洞進(jìn)行計(jì)算分析，得出最大撓度為5.32 mm，最大應(yīng)力59.2 MPa，最大彎矩49.971 kN·m，最大位置發(fā)生在腹板和橫隔板交界位置的一根橫梁上。該橫梁承受三種荷載:1)底板范圍內(nèi)荷載:P1=(Pmax+P模板+P施)×0.6×0.6=(1.2×26+1+2.7/12)×0.6 ×0.6=11.673 kN;2)腹板和橫隔板交界處，實(shí)際有2個(gè)節(jié)點(diǎn):P2=P3=(Pmax+P模板+P施)×0.6×0.3=(3.05 ×26+1+2.7/12)×0.6 ×0.3=14.494 5 kN;3)翼緣板范圍內(nèi)荷載，且翼緣板是個(gè)斜坡形式，但有一個(gè)節(jié)點(diǎn)恰好作用在中間縱向工字鋼上，不考慮，具體荷載數(shù)值如下:P4=(Pmax+P模板+P施)×0.6×0.6=(0.8 ×26+1+2.7/12)×0.6 ×0.6=7.929 kN;P5=(Pmax+P模板+P施)×0.9 ×0.6=(0.5 ×26+1+2.7/12)×0.9 ×0.6=7.681 5 kN;P6=(Pmax+P模板+P施)×0.9 ×0.6=(0.35 ×26+1+2.7/12)×0.9 ×0.6=5.575 5 kN。支點(diǎn)位置距離橫梁兩端分別為0.2 m和0.14 m，故計(jì)算跨度為5.66 m。根據(jù)前面講述方法計(jì)算，荷載加載見(jiàn)圖3。最大撓度為fmax=5.32 mm，fmax＜L/400=5 500/400=13.75 mm，滿足剛度要求，撓度變形圖如圖4所示。

最大彎矩49.971 kN·m，具體部位的彎矩?cái)?shù)值見(jiàn)圖5。

最大應(yīng)力 σmax=59.2 MPa，σmax＜[σ］=205 MPa，強(qiáng)度滿足要求，其他部位應(yīng)力見(jiàn)圖6。由以上計(jì)算分析可以知道，本門洞支架是安全可靠，滿足強(qiáng)度要求的。

圖3 單根橫梁受力荷載圖示

圖4 門洞最大荷載處單根橫梁撓度圖

圖5 門洞最大荷載處單根橫梁荷載彎矩云圖

圖6 門洞最大荷載處單根橫梁荷載應(yīng)力云圖

5 結(jié)語(yǔ)

混凝土連續(xù)梁滿堂支架在施工中通過(guò)檢算能檢驗(yàn)支架的安全性和經(jīng)濟(jì)性。內(nèi)外側(cè)模板及翼緣模板采用木模板，造價(jià)比采用大型鋼模板施工要廉價(jià)，加工方便，澆筑的混凝土的外觀質(zhì)量好且模板調(diào)整及脫模方便。在跨交通線路并受空間限制時(shí)，利用工字鋼密排設(shè)置交通門洞能夠有效的解決空間問(wèn)題，有效的提高空間利用率，通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算，對(duì)支架方案進(jìn)行優(yōu)化可以合理的控制周轉(zhuǎn)材料的使用數(shù)量，降低工程成本。本文通過(guò)ANSYS軟件對(duì)支架門洞進(jìn)行分析，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的合理性，門洞上部的預(yù)壓工作已經(jīng)結(jié)束，數(shù)據(jù)表明門洞結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

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[3]李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M］.北京:高等教育出版社，2004:67-70.

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