軟土地基大跨度混凝土箱梁支架設計與施工

田春生

摘 要：在天津港南疆復線公路橋工程3×32.7米預應力混凝土箱梁施工中，根據(jù)工程特點，對預應力混凝土箱梁支撐體系尋求新突破使用六四式軍用梁，充分利用同濟大學3D3S空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD軟件建立三維立體模型，模仿施工過程中支撐體系變形，設計并優(yōu)化軍用梁支撐體系設計，保證了工程順利施工，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：六四式軍用梁；支架體系；優(yōu)化設計；

一、引言

天津港南疆復線公路橋工程引橋橋梁寬度為26.5米，為3×32.7米和4×32.7米現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱形梁，箱梁梁高1.8米，橫斷面為單箱5室結(jié)構(gòu)，邊肋板采用直腹板，懸臂寬2.0米，其中現(xiàn)澆長度1.88米，懸臂根部厚50厘米，端部厚15厘米。預應力混凝土連續(xù)箱梁頂、底板厚度為0.3、0.22米，跨中正常段腹板厚0.5米，支點加厚段腹板厚0.7米。其中3段3×32.7米梁和主橋2段直線段混凝土箱梁采用軍用梁支架體系。

天津港南疆復線公路橋工程引橋箱梁施工主要有三個難點，一是地質(zhì)條件差，即新吹填土或淤泥土；二是橋梁寬度、跨度較大，寬度為26.5米，跨度為32.7米；三是橋梁底板存在縱橫雙向坡度，給支架體系施工帶來了一定影響。

二、支架體系方案的設計及計算

2.1支撐結(jié)構(gòu)設計

在臨時承臺及工程承臺上，安裝Φ630mm，δ=12mm的圓鋼管做為支撐立柱，臨時承臺上的鋼立柱橫向間距為2.4米，縱向間距為2.0米；工程承臺側(cè)的鋼立柱，上下行承臺間鋼立柱間距為3.9米，其他間距為2.4米，縱向間距3.12米。鋼立柱頂部焊接鋼板，順橋向采用3拼56b工字鋼做為小縱梁，3拼工字鋼在接觸橫梁部位焊接δ=10mm鋼板，在軍用梁的兩個主要支撐部位采用雙拼56b工字鋼做為橫梁，支撐軍用梁。

3、軍用梁體系驗算

3.1荷載施加狀況

序號 部位 重量（KN） 備注

1 混凝土梁重 15447.5 一跨

2 模板重 770.9 含一跨木方重

3 腳手架 693.6 一跨最大高度4米

4 軌枕及配件 212.42 一跨

5 軍用梁重 1179.4 一跨

6 工字鋼重 330.75 跨中部位

7 臨時承臺重 3845.63 跨中部位

8 螺旋鋼管 490.5 跨中部位，高度取10米

說明：每立方米鋼筋混凝土重取26KN/m3計算；

單位面積活荷載取6.0 KN/㎡（取規(guī)范最大值）。

六四式軍用梁承受組合荷載=（1+2+3+4+5）×1.4+（32.7×22.5×6）×1.2

工字鋼承受組合荷載=六四式軍用梁承受組合荷載

臨時承臺承受組合荷載=六四式軍用梁承受組合荷載+（6+8）×1.4

臨時鉆孔灌注樁承受荷載=臨時承臺承受組合荷載+7×1.4

3.2六四式軍用梁支撐體系驗算

六四式軍用梁支撐體系是由臨時樁基、臨時承臺、鋼立柱支撐、56b工字梁、六四式加強軍用梁及腳手架六部分組成，在方案確定后對以上六個部分分別進行復核驗算。其中腳手架的布置方案已得到施工驗證在此不需進行驗算。其中六四式加強軍用梁和鋼立柱采用同濟大學3D3S空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD軟件進行驗算，臨時承臺采用MorGain 結(jié)構(gòu)快速設計程序進行荷載驗算并進行結(jié)構(gòu)配筋設計，56b工字梁及樁基承載力由手工進行驗算。

1）六四式加強軍用梁驗算

首先，需要了解六四式加強軍用梁基本桿件的斷面特性和承載能力。

構(gòu)件名稱 桿件

部位 材質(zhì) 斷面組成 斷面積cm2 計算長度cm 承載能力 說明

受力狀態(tài) 承載力

加強三角21

N1 15錳釩氮

2[16b

50.30

400 受拉 140

受壓 142/152

受撓

N2 16錳 2[8 320.48 250 受拉 42

受壓 42

N3 16錳 2∟50×50×5 受壓 10

N4 16錳 2∟50×50×5 受壓 10

N5 16錳 2∟50×50×5 受拉 8

標準弦

桿節(jié)點 15錳釩氮 受拉 140

端構(gòu)架②

N1 16錳 2[16a 43.90 200 受壓 86

受撓 71

N2 16錳 2[10 25.48 150 受壓 54

N3 16錳 2[10 25.48 180 受壓 55

N4 16錳 2[8 20.48 180 受壓 41

N5 16錳 2∟50×50×5 受拉 10

標準弦

桿節(jié)點 16錳 受拉 45

加強弦桿23 15錳釩氮 2[16b 50.30 400 受拉 140

端弦桿④ 16錳 2[16a 43.90 300 受壓 100

然后，計算軍用梁每個節(jié)點荷載

恒荷載qdk〞=31.27×1÷2=15.64（KN）

活荷載qlk〞=7.2×1÷2=3.6（KN）

其次，在3D3S空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD軟件中建立六四式加強軍用梁三維立體結(jié)構(gòu)模型，并依據(jù)基本桿件斷面特性，將立體結(jié)構(gòu)模型中的桿件進行桿件材料特性定義，對結(jié)構(gòu)模型進行檢查刪除重復節(jié)點，確定軍用梁的約束點及約束方式。建立節(jié)點荷載庫恒荷載、活荷載及荷載組合方式，確定荷載方向，將荷載施加在軍用梁節(jié)點。

選擇內(nèi)力分析，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017—2003）定義基本桿件計算長度，并選擇鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范；進行優(yōu)化處理后進行整體結(jié)構(gòu)計算。

*輸入荷載庫中的活荷載：

序號 Px（kN） Py（kN） Pz（kN） Mx（kN.m） My（kN.m） Mz（kN.m）

1 0.0 0.0 -15.64 0.0 0.0 0.0

*輸入荷載庫中的活荷載：

序號 Px（kN） Py（kN） Pz（kN） Mx（kN.m） My（kN.m） Mz（kN.m）

1 0.0 0.0 -3.6 0.0 0.0 0.0

荷載組合

（1） 1.20 恒載 + 1.40 活載工況1

（2） 1.20 恒載

工況位移圖（黑點表示最大位移所在節(jié)點 單位：mm）

“合位移”最大的前 10 個節(jié)點位移表 （單位：mm）

序號 節(jié)點號 組合號 組合序號 X向位移 Y向位移 Z向位移 位移平方和

1 116 1 1 1.4 -0.0 -27.8 27.8

2 115 1 1 1.4 0.0 -34.8 34.8

3 119 1 1 1.4 -0.0 -37.5 37.6

4 120 1 1 1.4 0.0 -43.5 43.6

5 114 1 1 1.8 -0.0 -47.4 47.5

6 111 1 1 1.8 0.0 -47.4 47.5

7 110 1 1 1.7 0.0 -43.5 43.5

8 109 1 1 1.7 -0.0 -37.4 37.5

9 124 1 1 1.6 -0.0 -34.4 34.5

10 123 1 1 1.6 0.0 -27.4 27.5

設計驗算結(jié)果

以上計算以16.48米六四式加強軍用梁為例，在實際計算中32.48米軍用梁同樣進行了計算，32.48米軍用梁與16.48米軍用梁計算結(jié)果無論是從桿件剛度、整體變形位移基本相同。243個基本桿件滿足施工要求（16.48米軍用梁計算結(jié)果）。

三、支架體系使用后驗證

六四式軍用梁在本工程施工中解決了軟土地基上大跨度橋梁施工的難題。軍用梁拼裝及安裝不占用施工時間，即不影響施工工期。六四式軍用梁在混凝土施工過程中沉降變形小，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)由沉降引起的橋梁混凝土裂縫，橋梁底板混凝土平順。

四、結(jié)論

目前混凝土橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工中支架基礎處理方式是多種多樣的，結(jié)合工程特點，選擇更優(yōu)化的支撐方案，在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工中是值得進一步探討。本方案設計計算中使用同濟大學3D3S空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD軟件，減少了人力投入，加快了方案設計，并且能夠通過計算機準確展現(xiàn)了施工過程的工況。

施工期間通過改進軍用梁平面布置設計，節(jié)約了部分材料，支撐方式使施工工藝更便捷、安全更可靠。由于對軍用器材認知度少，使此方案中存在一定缺陷和浪費，若在施工中將鋼立柱改用八三式軍用墩，將為工程節(jié)約部分經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 《天津港南疆復線公路橋設計施工圖紙》

[2] 《天津港南疆復線公路橋巖土工程勘察報告》

[3] 《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041—2000）

[4] 《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》（JGJ130—2001）