市政橋梁現(xiàn)澆蓋梁支架的優(yōu)選

賀永樂，田利鋒，蘇 琦，蘇 昭，郭小謀

(1.中鐵一局集團 第三工程公司，陜西 寶雞 721006;2.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000)

蓋梁施工穿心鋼棒法與滿堂支架法相比具有投資少、架設快、干擾少的優(yōu)點。本文針對新疆喀什地區(qū)資源匱乏、人工費較高、施工時間有限、市政工程干擾大、工期緊的特點，結合一工程實例對這兩種施工方法的施工效率、經(jīng)濟效益、適用性進行量化比較，以更好地制定經(jīng)濟可行的施工方案。

1 工程概況

小亞郎大橋跨越喀什市東城區(qū)小亞郎水庫下游河道，設計采用分離式先簡支后連續(xù)箱梁結構，單幅橋面寬度為20.5 m。下部結構采用三根墩柱支撐蓋梁，蓋梁底面距填土圍堰頂面約6 m，蓋梁構造見圖1。

2 穿心鋼棒方案

2.1 支架的布置

在墩柱距離柱頂85 cm處預埋一根直徑為125 mm的PVC管，作為蓋梁支架支撐鋼棒的預留孔，鋼棒直徑為100 mm，在鋼棒上架設兩根I40b的工字鋼，然后以間距30 cm布置15 cm×15 cm的方木(橫梁)。蓋梁支架平面布置見圖2。

圖1 蓋梁構造(單位:cm)

2.2 有限元模型的建立

對蓋梁穿心鋼棒法搭設方案，采用有限元軟件MIDAS/Civil進行模擬。對蓋梁、方木、工字鋼分別建立有限元模型。模型均采用空間梁單元來模擬，其中蓋梁、工字鋼的計算模型均為89個節(jié)點、88個單元;方木的計算模型共計13個節(jié)點、12個單元。蓋梁、方木、工字鋼模型效果圖見圖3。

圖2 蓋梁支架平面布置(單位:cm)

圖3 計算模型示意

2.3 計算結果分析

根據(jù)該體系的受力特點，方木與蓋梁組成的力學模型可等效為多跨連續(xù)梁結構，即方木可等效為支點，確定最大支反力后，即可對該結構體系的所有構件進行驗算。荷載基本組合按1.2D(恒載)+1.4L(活載)計算，施工人員及機具荷載取2.5 kN/m2，振搗混凝土荷載為2.0 kN/m2，各構件最不利的剛度、強度、剪力計算結果見表1。

由表1可知:方木的最大位移為3.44 mm，＜L/400=1 944/400=4.86 mm(L為跨度);最大抗彎強度為6.49 MPa，＜11 MPa(松木的容許應力);工字鋼的最大位移為10.64 mm，＜L/400=7 250/400=18.125 mm;最大抗彎強度為163.35 MPa，＜215 MPa(Q235鋼材的容許應力)。方木、工字鋼的最大位移均發(fā)生在跨中，最大拉應力分別發(fā)生在跨中和中間支點處。鋼棒的最大剪應力τ=Fmax/A=413.03×103/7 855=52.58 MPa，＜125 MPa(容許剪應力)，最大剪力發(fā)生在中間鋼棒支點處。

由以上的分析結果可知，該支架體系各構件的剛度、強度、抗剪強度均滿足要求，且安全系數(shù)均＞1.2，可見該方案經(jīng)濟可行。

3 滿堂支架方案

3.1 支架的布置

滿堂鋼管(φ48，δ=3.5 mm)支架，采用扣件連接。沿蓋梁縱向立桿間距為60 cm;沿蓋梁橫向立桿間距分別為 30，68，60，68，30 cm;大橫桿步距為 60 cm，然后設置剪刀撐。在立桿的頂托上先沿縱向布置15 cm×15 cm的方木(縱梁)，然后以間距為30 cm來布置15 cm×15 cm的方木(橫梁)。支架構造見圖4。

圖4 滿堂支架構造(單位:cm)

3.2 有限元模型的建立

采用MIDAS/Civil模擬蓋梁的滿堂支架搭設方案，考慮到整個支架系統(tǒng)為對稱結構，故取最不利蓋梁支架結構組進行計算分析。根據(jù)實際情況，沿橋橫向取模型寬度2.2 m，沿橋縱向取模型寬度8×0.6 m=4.8 m。模型共有664個節(jié)點，1 635個單元;蓋梁底模采用板單元建模，方木(縱梁和橫梁)、鋼管立柱均采用梁單元模擬，扣件處采用共節(jié)點連接方式，考慮到各節(jié)點的變形協(xié)調(diào)，板單元與梁單元之間的連接為共節(jié)點的連接方式。支架MIDAS模型效果圖見圖5。

3.3 計算結果分析

根據(jù)MIDAS有限元的應力計算結果，支架系統(tǒng)的應力值見表2。

表2 支架系統(tǒng)的應力值 MPa

Q235鋼的容許屈服強度為215 MPa，松木的容許屈服強度為11 MPa。從表2的計算結果可知，剪刀撐、立桿、方木的最大應力均未超出允許值，強度均滿足要求，且安全系數(shù)都在1.2倍以上，故該方案經(jīng)濟可行。

圖5 支架MIDAS模型

4 方案比較

本橋左右幅共計16片蓋梁，計劃用4套支架同時進行平行施工，為研究該橋蓋梁施工中兩種方案的經(jīng)濟性、施工效率，現(xiàn)就一片蓋梁的數(shù)據(jù)作統(tǒng)計對比。

4.1 經(jīng)濟性的對比

以下就兩種方案在材料、人工、機械設備使用方面所產(chǎn)生的費用對兩者的經(jīng)濟性進行比較，見表3。

表3 兩種方案經(jīng)濟性對比

由表3可以看出，一片蓋梁的施工，穿心鋼棒方案相比滿堂支架方案可節(jié)約成本86 376.1元;該橋的施工共制作4套支架，若采用穿心鋼棒方案可節(jié)約成本86 376.1×4=345 504.4元。故穿心鋼棒方案相比滿堂支架方案具有明顯的經(jīng)濟效益。

4.2 施工效率對比

以下就兩種方案在支架搭設、支架拆卸時所花費的時間對兩者的施工效率進行比較，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 兩種方案的施工用時 d

由表4可以看出:完成一片蓋梁的施工，穿心鋼棒方案相比滿堂支架方案可縮短4 d的時間，其效率是滿堂支架方案的5倍。該橋的施工共制作4套支架，若采用穿心鋼棒方案可縮短施工工期4×4=16 d，故相比滿堂支架方案施工效率大大提高，工期明顯縮短。

4.3 適用性對比

兩種方案的優(yōu)缺點對比見表5。

表5 兩種方案的適用性對比

由表5可知，穿心鋼棒方案相比滿堂支架方案具有很強的適用性。由于本橋跨越小亞郎水庫，地基承載力不高，洪水期圍堰存在被洪水淹沒的隱患，若采用滿堂支架方案施工，對地基必須作換填壓實處理，所以在經(jīng)濟效益和施工效率方面，穿心鋼棒方案更佳。

5 結論

本文采用有限元軟件MIDAS/Civil驗算了穿心鋼棒施工方案和滿堂支架方案的結構體系合理性。通過對這兩種方案在實際施工中的經(jīng)濟性、施工效率及適用性進行定量分析對比后可得，蓋梁穿心鋼棒方案相比滿堂支架方案具有較強的適用性，不僅大大縮短了施工工期，且具有良好的經(jīng)濟效益。本文所采用的分析方法和研究結論對市政橋梁蓋梁支架的設計與施工具有一定的借鑒意義。

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