京杭運(yùn)河特大橋連續(xù)梁0#段支架施工改進(jìn)技術(shù)

舒 林

(貴州省高速公路集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550004)

1 工程概況

新建鐵路宿淮線京杭運(yùn)河特大橋連續(xù)梁橋橋址位于江蘇省宿遷市泗陽(yáng)縣西北側(cè)，橋梁跨越京杭大運(yùn)河.施工里程為DK172+864.10～DK172+881.90，全長(zhǎng)256 m.本連續(xù)梁為一聯(lián)(62+132+62)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)，主跨為132 m先梁后拱結(jié)構(gòu)，其鋼管拱跨度按照單線設(shè)計(jì)為全國(guó)之最.基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主跨橋墩(25#、26#墩)樁直徑為1.50 m外，其余樁直徑均為1.00 m，上部結(jié)構(gòu)主梁中支點(diǎn)梁高7.0 m，跨中及端部梁高3.5 m，為單箱雙室截面，頂板寬10.60 m，梁底下緣按照二次拋物線變化，全橋2個(gè)T構(gòu)，每個(gè)對(duì)稱澆筑15段.主墩承臺(tái)為2級(jí)，下層承臺(tái)18.2×11.4×3.5 m，上層承臺(tái)12.5×7.5×2.5 m，拱肋采用啞鈴形截面，鋼管直徑1.0 m，拱肋全高2.8 m，拱軸矢高22 m.0#塊、邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆，中跨合攏段采用懸吊支架現(xiàn)澆，其余梁段采用掛藍(lán)懸臂澆注施工.

2 原0#段支架施工方案

2.1 原0#段臨時(shí)支墩方案

采取臨時(shí)支敦與臨時(shí)支座分離的辦法，即臨時(shí)支敦由四根對(duì)稱布置的φ600δ10 mm鋼管混凝土柱構(gòu)成，主要起頂撐連續(xù)梁施工過(guò)程中T構(gòu)兩端不平衡重和0#段施工平臺(tái)的作用；墩頂沿兩個(gè)永久支座兩側(cè)布置四個(gè)混凝土臨時(shí)支座，在主跨和合龍前起支撐梁體和全部施工荷載的作用，直到體系轉(zhuǎn)換完成.承臺(tái)施工時(shí)做好鋼管柱法蘭鋼板預(yù)埋.[1]臨時(shí)支墩為φ600δ10 mm的鋼管混凝土柱，混凝土標(biāo)號(hào)C30；提前加工好上部牛腿和沙筒，測(cè)量人員對(duì)臨時(shí)支墩位置，標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量放線，鋼管采用25t汽車吊吊裝，對(duì)位準(zhǔn)確后，對(duì)鋼管進(jìn)行臨時(shí)固定.

對(duì)四個(gè)臨時(shí)支墩的位置進(jìn)行復(fù)核，準(zhǔn)確無(wú)誤后，對(duì)柱腳進(jìn)行圍焊，再焊接柱腳肋板.在吊裝支敦牛腿上的型鋼和0#平臺(tái)型鋼時(shí)對(duì)臨時(shí)支敦鋼管與墩身頂部進(jìn)行臨時(shí)支撐加固，防止吊裝構(gòu)件碰撞歪斜[2].

0#平臺(tái)型鋼搭設(shè)完成后，澆筑臨時(shí)支墩內(nèi)混凝土，澆筑至管頂與法蘭位置平，法蘭上口留30 cm帶楔形管節(jié)底部預(yù)留沙筒活門(mén)，該管節(jié)另外制作，管外周邊焊預(yù)埋錨固鋼筋伸入梁體不少于50 cm，然后在管內(nèi)填入砂子，砂子頂部與梁底模板平略少2 mm，打緊后剪一塊薄鋼板焊在管頂沙上作為底模一部分.

臨時(shí)支墩及頂部詳圖見(jiàn)圖1所示.

2.2 原0#段支架方案

2.2.1 0#塊支架布置

在承臺(tái)頂預(yù)埋1200×1200×15 mm鋼板，焊接壁厚10 mm外徑60 cm鋼管立柱，在立柱內(nèi)澆筑混凝土作主要承載支柱，上端通過(guò)工字鋼與墩身預(yù)埋鋼板焊接，以保證其穩(wěn)定性，立柱頂設(shè)置I45 a工字鋼，位于鋼管內(nèi)橫向布置，長(zhǎng)度為1.3 m，橫穿立柱的工字鋼上橫向鋪設(shè)4根I45×12 m工字鋼使總鋪設(shè)寬度為12米，作為整個(gè)結(jié)構(gòu)最底層的支撐，然后縱向鋪設(shè)20根I45a×9m工字鋼，相臨兩根重合2米，使總鋪設(shè)寬度為16米，最上層為橫向鋪設(shè)40根I12.5 a×12 m工字鋼，相臨兩根重合2米，使總鋪設(shè)寬度為14米，最終形成支架平臺(tái)，在支架平臺(tái)上鋪掛籃底模板，在墩頂范圍鋪設(shè)小塊模板，在支架平臺(tái)外模部分采用木墊塊支墊外模架，在底、外模內(nèi)進(jìn)行0#塊現(xiàn)澆梁的施工，詳見(jiàn)圖2.由于本連續(xù)梁0#塊長(zhǎng)度為16米，順橋向最下層承臺(tái)寬度滿足支架位置需要，因此在施工承臺(tái)時(shí)不需要加寬，可直接在承臺(tái)施工時(shí)預(yù)埋鋼筋，設(shè)置鋼管立柱.

圖1 臨時(shí)支墩立面圖

圖2 0#段支架搭設(shè)圖(單位：mm)

3 計(jì)算模型及計(jì)算荷載工況

3.1 原0#段支架計(jì)算模型

根據(jù)原0#段支架方案，運(yùn)用Midas/Civil有限元軟件建立支架模型.根據(jù)支架型鋼的特點(diǎn)，全模型采用每個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度的空間梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，嚴(yán)格按照“0#段支架搭設(shè)圖”進(jìn)行建模，全模型共分764個(gè)單元，實(shí)際計(jì)算模型如圖3所示；運(yùn)用剛性連接來(lái)約束不同自由度，正確反映了上下層型鋼之間的實(shí)際力學(xué)行為，具體的剛性連接方式見(jiàn)圖4所示(整個(gè)支架關(guān)于橋墩中心線對(duì)稱，取1/4模型)；橋墩周圍部分型鋼擱與其上，模型中通過(guò)約束Dy向自由度來(lái)模擬.

圖3 三維整體模型

圖4 剛性連接方式(1/4模型)

3.2 計(jì)算荷載工況

(1)根據(jù)規(guī)范，計(jì)算荷載取值為：混凝土濕重：26.5 kN/m3；振搗混凝土荷載：2.0 kN/m2；施工荷載：2.5 kN/m2；方木按間距0.15 m，密度為500 kg/m3；梁體側(cè)模：0.5 kN/m2.

(2)荷載情況：1.3×箱梁重量+1.3×自重+振搗混凝土荷載+施工荷載，自重包括方木和側(cè)模重量.

通過(guò)荷載統(tǒng)計(jì)計(jì)算，換算成線性均布荷載，施加在最上層I12.5工字鋼上，如圖5所示.

圖5 荷載布置(kN/m，1/4模型)

4 計(jì)算結(jié)果及分析

4.1 0#段支架計(jì)算

4.1.1 鋼管混凝土立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)鋼管混凝土手冊(cè)查得相應(yīng)鋼管混凝土柱的截面特性為：Ac=2642cm2,Ic=55496cm4

按照柱底固定、柱頂自由壓桿檢算：μ=2，Q235鋼材E=206 GPa，l=9 m.

則Fcr=3.142×EI/(μl)2=9.859×206×109×55496×10-8/4×81=3550kN.

立柱的最大支座反力為：1627kN<

4.1.2 牛腿剪切驗(yàn)算

Q235鋼材容許應(yīng)力：[σ]=170 MPa，[τ]=100MPa.

外側(cè)牛腿最大剪應(yīng)力：τmax=227.3MPa>[τ]=100MPa，不滿足要求.

內(nèi)側(cè)牛腿最大剪應(yīng)力：τmax=109.6MPa>[τ]=100MPa，不滿足要求.

4.1.3 型鋼抗彎驗(yàn)算

整體模型關(guān)于橋墩對(duì)稱，取1/4模型桿件驗(yàn)算其內(nèi)力，模型單元分配如圖6所示.(1)I12.5橫向工字鋼.最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在牛腿附近的173、174單元上，σmax=134.3MPa<[σ]=170MPa，滿足要求.

(2)I45a橫向工字鋼(牛腿上).牛腿附近單元5、6、12、13的應(yīng)力超過(guò)容許應(yīng)力值，其中，最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在5單元處：σmax=282.6MPa>[σ]=170MPa，不滿足要求；

圖6 支架單元平面圖(1/4模型)

(3)I45a縱向工字鋼.牛腿附近單元37、38、43、44的應(yīng)力超過(guò)容許應(yīng)力值，其中，最大彎曲應(yīng)力出現(xiàn)在37單元處：σmax=206.5MPa>[σ]=170MPa，不滿足要求.

不滿足要求的單元位置如圖7所示.

(注：圖中黑色框中紅色單元應(yīng)力不滿足，分別為5 6 12 13 37 38 43 44，牛腿單元為：1和2)

圖8 改進(jìn)后的0#段支架搭設(shè)圖

4.2 原0#塊支架方案計(jì)算結(jié)論

(1)牛腿剪應(yīng)力超過(guò)容許應(yīng)力；

(2)鋼管混凝土臨時(shí)柱和最頂層I12.5橫向工字鋼能夠滿足穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；

(3)牛腿附近I45a工字鋼(橫、縱向)彎曲應(yīng)力超過(guò)容許應(yīng)力值.

5 0#塊支架改進(jìn)方法及驗(yàn)算

5.1 改進(jìn)方法

(1)針對(duì)外側(cè)牛腿抗剪不足的情況，牛腿改用I50c的并排雙工字鋼；

(2)根據(jù)牛腿上橫向I45a工字鋼抗彎不足的情況，牛腿上橫向工字鋼各加一根I45a，為了使其有足夠的搭設(shè)寬度和方便施工，牛腿原有的1.3 m可適當(dāng)增寬；

(3)針對(duì)牛腿兩側(cè)縱向I45a工字鋼抗彎不足的情況，使其在原有的基礎(chǔ)上各加設(shè)一根I45a工字鋼；

在原方案的基礎(chǔ)上，改進(jìn)后的0#段支架搭設(shè)圖見(jiàn)圖8所示.

5.2 改進(jìn)后驗(yàn)算

(1)牛腿(I50c雙排工字鋼)剪切驗(yàn)算.外側(cè)牛腿最大剪應(yīng)力：τmax=70Mpa<[τ]=100Mpa，滿足規(guī)范要求.內(nèi)側(cè)牛腿最大剪應(yīng)力：τmax=43.9Mpa<[τ]=100Mpa，滿足規(guī)范要求.

(2)鋼管混凝土臨時(shí)柱和最頂層I12.5橫向工字鋼.最大彎曲應(yīng)力：σmax=105MPa<[σ]=170MPa，滿足規(guī)范要求.

(3)I45a橫向工字鋼(牛腿上).最大彎曲應(yīng)力：σmax=138.4MPa<[σ]=170MPa，滿足規(guī)范要求；

(4)I45a縱向工字鋼.最大彎曲應(yīng)力：σmax=105.4MPa<[σ]=170MPa，滿足規(guī)范要求.

6 結(jié) 語(yǔ)

工程實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的連續(xù)梁0#段支架方案安全可行，確保了工程施工順利進(jìn)行.本方案為同類工程施工提供了很好的借鑒.

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊延崗.城際鐵路車站深基坑主體結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,26(增刊)：219～212

[2]陽(yáng)利平.跨金華江連續(xù)梁0號(hào)段支架施工設(shè)計(jì)[J].門(mén)窗，2013(2)：257～258