高墩大體積大跨度蓋梁無落地支架施工技術(shù)

■程 勇 ■中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶市 400037

1 工程概況

樓房溝特大橋是川陜交通主干道廣陜高速公路的組成部分，大多數(shù)橋墩高度為30米～40米，且為雙柱整幅式結(jié)構(gòu)。整幅式蓋梁長度24.1m，跨度14.2m，凈跨12m，高度2.5m，為C40預應力混凝土結(jié)構(gòu)，重約235t;雙柱為圓柱，直徑為2.2m。此型蓋梁具有高墩、大跨度、大體積的特點，選用安全可靠而又經(jīng)濟性較好的平臺支架系統(tǒng)是蓋梁施工的關(guān)鍵。

2 蓋梁施工平臺支架的設計

2.1 方案概述

蓋梁如采用滿堂落地支架需要大量材料，投入大，穩(wěn)定性不易控制，占用機耕道和河道。故采用無落地支架施工技術(shù)。

利用已施工完畢的圓柱作為豎向承重結(jié)構(gòu)，在墩柱適當位置分別設置上下兩個鋼抱箍，下抱箍用于斜撐構(gòu)件的支撐，上抱箍和斜撐用于搭設工字鋼橫梁，再于工字鋼橫梁上鋪設方木作為墊梁，來搭設施工平臺。如圖所示。

圖1 蓋梁支架系統(tǒng)示意圖(圖中尺寸以cm計)

2.2 主橫梁和斜撐的設計

主橫梁由2榀工字鋼橫梁構(gòu)成，單側(cè)橫梁長24m，由2根12m的工字鋼采用高強螺栓連接而成。斜撐采用雙槽鋼口對口對焊形成的方鋼，共計16根。通過受力分析來選擇工字鋼和槽鋼的型號。

2.2.1 荷載計算

(1)蓋梁自重:

蓋梁體積為90.4m3，長24.1m;C40鋼筋砼容重:26KN/m3，蓋梁自重26×90.4=2350KN，

q=2350/24.1=97.5KN/m

(2)模板自重:側(cè)模和底模按6mm厚的鋼模板(78KN/m3)，平臺寬度按5m計算，加上固定構(gòu)件荷載為:

q=5KN/m

(3)方木支撐:q=4.5KN/m

(4)工字鋼自重:保守估計采用Ⅰ50C工字鋼，單位重量為109kg/m，兩側(cè)總長28.1m，

q=2.2KN/m

(5)人員機械荷載:q=1.4KN/m

(6)砼振搗荷載:q=2.8KN/m

總荷載:q總=97.5+5+4.5+2.2+1.4+2.8=113.4KN/m

蓋梁自重、模板支架系統(tǒng)自重、人員和振搗荷載總計為 q=113.4KN/m

2.2.2 橫梁的計算

在下抱箍處加兩道斜撐，支點在1/3跨度處，如下圖所示的A、C、D、F處，B、E為抱箍支撐點。受力模型按5跨連續(xù)梁計算，即:

圖2 蓋梁支撐受力模型

其中最大彎矩在支點B處，為負彎矩:Mmax=－0.105ql2=－0.105×113.4×4.732= －266.4KN·m

跨內(nèi)最大彎矩在AB和EF跨中:MAB=MEF=－0.078×113.4×4.732=198KN·m

最大剪力在支座B處:Qmax=－0.606×113.4×4.73=325KN

為保證施工的安全性，取1.7的安全系數(shù)，工字鋼彎曲許用內(nèi)力［σ］取215N/mm2，則單側(cè)工字鋼所需要的最小抗彎截面系數(shù):Wx=266.4×1000×1.7×0.5/215=1053cm3

查詢計算手冊，結(jié)合工程實際情況，選用40b工字鋼。

驗算剪應力，查表得Sx=671.2cm3，Ix=22781cm4，腹板厚度tw=12.5mm，彈性模量E=2.1×105Mpa

QmaxSx/2Ix·tw=38.3Mpa＜125N/mm2剪應力滿足要求。

2.2.3 斜撐的計算

針對單根斜撐進行受力計算，考慮斜撐受軸向壓力而破壞的情況。

支座A、F處的反力:R=0.394×113.4×4.73=211.3KN

支座D、C處的反力:R=0.974×113.4×4.73=522.4KN鋼材軸向許應力取215Mpa

選取鋼材最小截面A=562×1.414×10/215=40cm2

查表宜選取2根不小于20a槽鋼作為斜撐，實際選擇22a的槽鋼。

2.3 抱箍的設計

(1)抱箍螺栓數(shù)目的確定

采用M24高強螺栓，8.8級，單個M24高強螺栓的預緊力［F］=225KN，鋼材與砼的摩擦系數(shù)μ取0.3，螺栓的傳力接觸面數(shù)目n=1，安全系數(shù)k取1.7。單個抱箍的產(chǎn)生的最大摩擦力等效為支座反力。按照極端情況，所有蓋梁自重由兩個抱箍去承擔，考慮到其它施工荷載，乘1.2的系數(shù)。

蓋梁體積為90.4m3，C40鋼筋砼容重取26KN/m3，則

單個抱箍產(chǎn)生的最大摩擦力N=26×90.4×1.2/2=1410KN

驗算螺栓的抗剪:

單個螺栓承受的抗剪力:Nj=N/m=38.5＜［NL］抗剪滿足要求。

(2)抱箍鋼板高度

理論上來說，抱箍螺栓在豎向方向排列成1排為最有利情況，但是必定使抱箍體高度增加。本抱箍按每側(cè)18個螺栓，豎向3排排列。螺栓中心間距的容許范圍為3d～12d，螺栓中心至構(gòu)件邊緣距離的容許范圍為1.5d～4d。d為螺栓孔直徑，取28mm。則高度H取值為60cm較合適。

(3)螺栓所需終擰力矩

螺栓連接處的扭矩系數(shù)平均值，k取0.13，

力臂L1，M24螺栓取0.015m

每個螺栓的終擰扭矩R=kN1L1=254.7N·m

(4)抱箍鋼板厚度

在抱箍高度H確定的情況下，可根據(jù)抱箍體鋼板的極限破壞應力來確定抱箍鋼板的厚度t。

考慮到抱箍和砼的摩擦，抱箍體面板承受螺栓的拉力:P=18Nl－18Nlμ=1645KN

抱箍體鋼板的縱向截面積:S1=Ht

抱箍體拉應力σ=P/S1＜［σ］=140Mpa時，滿足抗拉要求。

抱箍體剪應力:

當 τ=(N /2)/2S1＜［τ］=85Mpa，滿足抗剪要求

取鋼板厚度取t=2cm。

3 支架和平臺的安裝

支架和平臺的安裝通過塔吊或吊車來配合進行。首先進行抱箍的安裝，抱箍安裝完后再進行工字鋼橫梁的吊裝，然后安裝斜撐及斜撐之間的剪刀撐。支架安裝后，進行澆筑平臺的搭設。在橫梁上設置方木作為墊梁，上鋪蓋梁底模。

支架和平臺正式使用之前，必須進行加載預壓，進行平臺安全性和支架變形的檢測。通過前面的計算分析，可知理論上橫梁的最大撓度僅有0.5cm，但是考慮到實際施工的各項因素，實際的施工預拱度應結(jié)合預壓的參數(shù)結(jié)果來確定。

4 總結(jié)

采用本方案進行同類橋墩蓋梁的施工，具有取材方便，結(jié)構(gòu)簡單合理，安全可靠，施工簡便等特點。相對于滿堂支架法，在施工成本和安全性上有顯而易見的優(yōu)勢。同貝雷架等其它無落地支架法相比，在經(jīng)濟性和安全性上也具有一定的優(yōu)勢。

［1］周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］羅建華.西漢高速公路橋梁獨柱蓋梁雙抱箍法施工［J］.交通科技.2008(2).