高墩連續(xù)梁橋新型支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)

唐 政

(中國中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部， 貴州貴陽 550002)

高墩連續(xù)梁橋新型支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)

唐 政

(中國中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部， 貴州貴陽 550002)

為研究新型支架體系在高墩連續(xù)梁橋現(xiàn)澆施工中的運(yùn)用，以貴龍立交第19聯(lián)高墩連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用大力神SPS新型支架，對該支架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、受力檢算。計(jì)算表明，該新型支架在強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性方面均滿足規(guī)范要求，安全儲備較高。施工實(shí)踐證明該支架系統(tǒng)的安全可靠，為新型高強(qiáng)支架體系的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

橋梁工程; 高墩連續(xù)梁; 新型支架; 支架設(shè)計(jì)

1 工程概況

支架現(xiàn)澆施工在高墩橋梁中運(yùn)用比較廣泛[1-2]。隨著橋墩的增高，尤其是城市立交橋，因受地形及橋下復(fù)雜線路等諸多因素的限制，且考慮到緊張的工期，對支架的設(shè)計(jì)及施工提出了新的挑戰(zhàn)。因此，選擇合理合適的支架形式、支架類別、支架材料，進(jìn)行精確的計(jì)算分析，不僅關(guān)系施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全，更對工程經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。

貴陽市東站路4標(biāo)段主線橋第19聯(lián)為等高等寬33 m×3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。主梁平面位于R=600的圓曲線上。該橋里程為K7+112～K7+211，對應(yīng)墩號為102～105。上部箱梁為C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，單箱三室斷面，邊腹板斜置，斜度為4∶1。全橋采用等高度截面，截面高度

1.8 m，頂、底板設(shè)置1.5 %的橫坡。箱梁頂寬18 m，底寬12.104 m，跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為50 cm;端部頂板厚度60 cm，底板厚度50 cm，腹板厚度100 cm。本項(xiàng)目因工期緊，采取現(xiàn)澆施工，且橋梁位于山間谷地，墩身高度達(dá)39.5～44 m。高墩現(xiàn)澆施工，對傳統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)、構(gòu)造、工藝等帶來新的挑戰(zhàn)[3-6]，選擇何種支架形式，保障結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用，是本項(xiàng)目的一大難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。

2 新型支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本橋因墩身較高，荷載較大，為確保施工安全，創(chuàng)造性、大膽采用新型支架形式，其結(jié)構(gòu)形式為：貝雷片+工字鋼分配梁+大力神SPS支架。該支架為墩梁式結(jié)構(gòu)，其布置形式如圖1所示。

圖1 支架總體布置

該新型支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

(1)橫撐支架(2.4 m)。

方鋼管50 mm×50 mm，壁厚4.0 mm，Q345鋼。

(2)標(biāo)準(zhǔn)立桿(3.0 m)。

圓鋼管，直徑133 mm，壁厚5.6 mm，Q345鋼。

(3)橫撐架斜桿。

圓鋼管，直徑48.3 mm，壁厚3.2 mm，Q235鋼。

該支架體系單根立桿承載能力大，根據(jù)荷載試驗(yàn)，單根立桿承載691.5 kN，安全荷載345 kN(安全系數(shù)2.0)，安全荷載276 kN(安全系數(shù)2.5)。產(chǎn)品搭設(shè)簡單，設(shè)計(jì)有天托、地托，能方便的根據(jù)地面條件、頂部搭設(shè)高度要求進(jìn)行精確調(diào)節(jié)；立桿上每隔60 cm有橫撐架安裝位置，根據(jù)荷載大小方便快速進(jìn)行橫撐架安裝。支架布置形式如表1所示。

表1 支架布置形式

3 支架受力驗(yàn)算

3.1 驗(yàn)算荷載

根據(jù)支架搭設(shè)方案，支架系統(tǒng)荷載如下：

(1)箱梁混凝土荷載q1。

橫梁實(shí)心段和腹板處q1=45 kN/m2；空腹段q1=13.75 kN/m2；

(2)模板荷載q2為0.5 kN/m2；

(3)施工荷載q3為1.0 kN/m2；

(4)振搗混凝土產(chǎn)生的荷載q4為2 kN/m2；

(5)翼緣板位置混凝土側(cè)壓力荷載。

混凝土振搗荷載和傾倒荷載為2 kN/m2,混凝土壓力值取47 kN/m2；

(6)風(fēng)荷載。

基本風(fēng)壓w0=0.35 kN/m2。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

新型大力神SPS支架荷載至上而下傳遞順序?yàn)椋耗０濉侥?縱向)→大力神U型鋼(橫向)→大力神可調(diào)絲桿→大力神U型鋼(橫向)→貝雷梁(縱向)→工字鋼分配梁→大力神SPS支架→基礎(chǔ)。支架驗(yàn)算部分結(jié)果如表2所示。

3.2.1 貝雷梁驗(yàn)算

根據(jù)荷載分布不同，在箱梁底按不同間距布置貝雷梁片，如圖2所示。

混凝土箱梁荷載按支撐區(qū)域進(jìn)行分解計(jì)算，雖然頂部荷載為支架立桿傳遞的集中荷載，但由于頂部模板架的整體性和貝雷梁頂?shù)碾pU型鋼使荷載得以均勻分布，故采取按貝雷梁頂?shù)闹挝恢冒淳己奢d進(jìn)行分解計(jì)算。因結(jié)構(gòu)、受力對稱，荷載分區(qū)僅以一半示意，如圖3所示。

表2 支架驗(yàn)算結(jié)果

圖2 貝雷梁布置示意(單位：cm)

圖3 荷載分區(qū)示意(單位：cm)

支架、模型雙U型鋼、斜支撐桿、貝雷梁頂雙U型鋼合計(jì)256.4 kN，每片貝雷梁自重為0.9 kN/m，貝雷梁計(jì)算結(jié)果如表3所示。從表3可看出貝雷梁設(shè)計(jì)合理，滿足受力要求。需注意的是，計(jì)算得出貝雷梁的最大撓度為14.34 mm，該撓度值未包含貝雷梁因安裝誤差及使用過程中各連接部位存在間隙等因素引起的自然撓度?？紤]該因素的影響，貝雷梁撓度合計(jì)值為21.54 mm。根據(jù)此值，同時考慮箱梁反拱設(shè)置要求，在頂部支架上調(diào)整設(shè)置預(yù)拱度，消除貝雷梁撓度影響。在支架搭設(shè)完成后，按混凝土質(zhì)量的1.2倍荷載進(jìn)行預(yù)壓，取得桁架真實(shí)撓度，進(jìn)而精確確定立模標(biāo)高。

表3 貝雷梁計(jì)算結(jié)果

3.2.2 工字鋼檢算

該支架系統(tǒng)在貝雷梁及SPS處設(shè)置Q235工字鋼。貝雷梁下采用2根45a橫向工字鋼，SPS支架上采用雙拼I45a工字鋼。其檢算結(jié)果如表4所示。

3.2.3 SPS支架檢算

大力神SPS支撐系統(tǒng)中，選用的鋼管尺寸為直徑133 mm,壁厚5.6 mm ，材質(zhì)為Q345，則鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為：i=4.508，可得：

l=ml/i=[1×(2.4+2×0.45) ×100]/ 4.508=73.20

由《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018-2002)可得Q345的折減系數(shù)為0.686。根據(jù)壓桿穩(wěn)定條件，鋼管軸力容許值為：

N=φA×[f]= 0.686×22.413×10-4×310×106=476.63 kN

單肢立桿軸力291.79 kN <476.63 kN，安全系數(shù)大于1.5，SPS支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性滿足要求。

3.2.4 地基承載力驗(yàn)算

SPS支架采用混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)橫橋向布置，尺寸1.0 m(寬)×0.6 m(厚)，強(qiáng)度C20混凝土。立桿最大荷載291.79 kN。

(1)地基承載力。

σ=N/A=291.79×103N/(1.0 m×1.5 m)=194.5 kPa

因此，基底處理后，地基承載力不得小于194.5 kPa。

(2)混凝土抗壓強(qiáng)度。

SPS立柱地托尺寸0.3 m×0.3 m，C20混凝土設(shè)計(jì)抗壓

表4 工字鋼檢算結(jié)果

強(qiáng)度fcd值9.2 MPa。

f=294.79×103/(0.3×0.3)= 3.28 MPa

滿足要求。

為減小地基不均勻沉降，對土石交界或土質(zhì)地基承載力不一致的地基，混凝土底鋪設(shè)一層10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)片，II級鋼筋直徑10 mm。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目高墩連續(xù)梁橋采用大力神SPS新型支架，相對傳統(tǒng)碗口支架在目前橋梁現(xiàn)澆施工中，其正處于發(fā)展應(yīng)用階段。計(jì)算表明，該新型支架在強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性方面均滿足規(guī)范要求，安全儲備較高。施工實(shí)踐證明該支架系統(tǒng)的安全可靠，其與傳統(tǒng)碗口支架相比，大大減小了節(jié)點(diǎn)個數(shù)，支架材料用量減少，桿件定型，內(nèi)外鍍鋅，不易丟失和損壞，均降低了安裝風(fēng)險，減少工程安全隱患，工程造價相對減少。該支架系統(tǒng)能適應(yīng)復(fù)雜的地形變化，其較高的安全性能大大提高其應(yīng)用前景。

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[4] 吳偉國,蔣鑫,杜召華, 等. 高墩連續(xù)梁橋滿堂碗扣式支架施工安全控制研究與應(yīng)用[J]. 公路工程，2013,38(6)：206-212

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唐政(1974～)，男，工學(xué)學(xué)士，工程師，國家一級建造師，主要研究方向：橋梁與隧道工程。

U445.35

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[定稿日期]2015-02-12