高速鐵路900t箱梁膺架現(xiàn)澆雙層貝雷梁支架施工技術(shù)

李傳鵬 張書良 （中國(guó)建筑第六工程局橋梁公司 天津 300451)

0 引言

從2005年我國(guó)掀起高速鐵路建設(shè)第一輪施工高潮至今，已經(jīng)進(jìn)入了第二輪高鐵建設(shè)高潮，高速鐵路900t現(xiàn)澆箱梁的施工技術(shù)也日臻完善?，F(xiàn)澆梁的施工有移動(dòng)模架制梁、碗扣支架現(xiàn)澆梁、滿堂支架現(xiàn)澆梁、工字鋼支架膺架現(xiàn)澆梁、貝雷梁支架膺架現(xiàn)澆梁等很多形式。在膺架制梁施工技術(shù)中，基本都需要對(duì)支架基礎(chǔ)進(jìn)行各種處理，而地質(zhì)條件的好壞又直接關(guān)系基礎(chǔ)處理費(fèi)用與成本。在實(shí)際施工中，具體施工方案的確定是依據(jù)其施工成本來綜合考慮的。在膺架制梁中采用雙層貝雷梁施工技術(shù)，支架支立在承臺(tái)上而不需地基處理的施工方法在實(shí)際施工中用得還不多。本文以某高速鐵路32m現(xiàn)澆梁為實(shí)例對(duì)雙層貝雷梁施工技術(shù)進(jìn)行了探討和研究，解決了結(jié)構(gòu)的檢算、結(jié)構(gòu)加固和施工等難題，為膺架現(xiàn)澆梁的施工技術(shù)開辟了一條途徑。

1 支架搭設(shè)

1.1 材料選擇

支架搭設(shè)鋼管采用φ630×8螺旋鋼管；剪刀撐采用[14槽鋼；鋼管頂上橫梁采用2I63a工字鋼；貝雷梁采用裝配式公路貝雷梁；貝雷梁頂橫梁采用I20a工字鋼；箱梁模板采用拼裝式整體鋼模板；標(biāo)高調(diào)節(jié)和落模采用16t螺旋式千斤頂。

1.2 支架搭設(shè)

在承臺(tái)支立一排5根φ630×8螺旋鋼管，鋼管間距2.4m。鋼管安裝之前測(cè)量放樣，將鋼管支立的位置在承臺(tái)上標(biāo)識(shí)出來。鋼管安裝要在一條直線上，垂直度不得大于0.5%，保證鋼管頂在一條直線上，鋼管軸心受壓。鋼管底用膨脹螺栓與承臺(tái)錨固牢固，空隙部位要用鋼板支墊牢固。橋墩施工時(shí)在墩頂以下4m和8m位置，在鋼管對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋鋼板，用[14槽鋼將鋼管固定在墩身上。鋼管與鋼管之間用[14槽鋼焊接剪刀撐，焊縫焊接飽滿，不得有焊碴、焊瘤。

在鋼管頂安放2I63a工字鋼，工字鋼與工字鋼之間用連接板焊接在一起。工字鋼必須位于鋼管樁的頂部中心位置，防止鋼管樁偏心受壓。工字鋼長(zhǎng)度不夠時(shí)可以采用連接板進(jìn)行對(duì)焊連接，接頭位置必須位于鋼管樁頂部位置。工字鋼與鋼管頂之間的空隙用不同厚度的鋼板支墊密實(shí)，在每個(gè)鋼管頂位置工字鋼兩側(cè)用I16a工字鋼斜撐牢固，確保工字鋼穩(wěn)定性。

工字鋼橫梁上布置雙層貝雷梁，翼緣板下布置4排雙層貝雷梁；腹板位置布置6排雙層貝雷梁；上蓋板和下底板位置布置3排雙層貝雷梁（半幅布置數(shù)量）。兩片貝雷梁采用45花窗連接，在雙層貝雷梁的上下層位置每隔4m用[14槽鋼橫向?qū)⑺胸惱琢哼B接為一整體。翼緣板下4排貝雷梁在支點(diǎn)位置采用兩根[20加強(qiáng)豎桿，靠支墊位置上下各增加一根加強(qiáng)弦桿。腹板和底板位置貝雷梁在支點(diǎn)位置采用兩根[20加強(qiáng)豎桿，在離支點(diǎn)1.5m位置豎桿采用I8工字鋼加強(qiáng)；在3.0m范圍斜桿采用I8斜桿一根加強(qiáng)于原斜桿旁。在4.5m范圍上下層貝雷梁采用加強(qiáng)弦桿加強(qiáng)。貝雷梁加強(qiáng)位置各加強(qiáng)桿件的焊接必須飽滿，質(zhì)量達(dá)到相關(guān)要求。

貝雷梁上布置I20a工字鋼橫梁，橫梁間距1.0m，其位置與鋼模板背桁架一一對(duì)應(yīng)。桁架與I20a工字鋼之間布置16t螺旋千斤頂，一排橫向布置13個(gè)千斤頂。千斤頂也模板之間必須頂緊，保證其充分受力。

2 支架計(jì)算

2.1 計(jì)算依據(jù)

①《通橋（2008）2221A－Ⅴ》、《漳江雙線特大橋設(shè)計(jì)圖》；②《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》16Mn鋼 [σ]=210MPa，[τ]=120MPa；③《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》；④《公路施工手冊(cè)》。

2.2 桿件截面驗(yàn)算與允許承載力驗(yàn)算

2.2.1 桁架弦桿容許軸力

弦桿截面積Am=25.48cm2

16Mn鋼容許應(yīng)力為[σ]=210MPa，弦桿上為了安裝風(fēng)勾開有橢圓形孔，故其強(qiáng)度會(huì)降低，取有效斷面系數(shù)為0.809。

2.2.2 桁架豎桿容許應(yīng)力

豎桿截面積Am=9.52cm2

16Mn鋼容許應(yīng)力為[σ]=210MPa，由 λx=52.5，則穩(wěn)定系數(shù)φ=0.818

2.2.3 桁架斜桿容許應(yīng)力

斜桿截面積Am=9.52cm2

16Mn鋼容許應(yīng)力為[σ]=210MPa，由 λx=74.2，則穩(wěn)定系數(shù)φ=0.66

2.2.4 桁架容許剛度

2.3 荷載設(shè)計(jì)值

2.3.1 模板和裝配式鋼橋自重

模板和裝配式鋼橋自重設(shè)計(jì)值：

2.3.2 箱梁自重

C50混凝土方量310.6m3；混凝土容重25kN/m3

C50混凝土重：310.6×25=7765kN

普通鋼筋重：1.95+54.357=56.307t=563.57kN

預(yù)應(yīng)力鋼筋重：117.25kN

每孔梁重：(7765+563.57+117.25)/32.6=259.1kN/m

每孔梁重設(shè)計(jì)值：259.1×1.2=310.9kN/m

2.3.3 施工附加荷載

施工人員和施工設(shè)備：1.0×1.4×13.4＝7.7kN/m

振搗混凝土產(chǎn)生的豎向荷載：1.0×1.4×5.5=7.7kN/m

傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：1.0×1.4×5.5=7.7kN/m

施工附加荷載設(shè)計(jì)值：7.7×3=23.1kN/m

荷載總值：q=121.52+310.9+23.1=455.52kN/m

2.4 箱梁計(jì)算荷載模型劃分（見圖1）

2.4.1 各部分面積計(jì)算

1/2箱梁截面劃分為第Ⅰ部分，第Ⅱ部分，第Ⅲ部分各部分面積如下：

全截面總面積為：A總=8.76m2

圖11 /2箱梁截面計(jì)算模塊劃分

2.4.2 各部分沿梁長(zhǎng)方向均部荷載計(jì)算：

2.5 雙層貝雷梁檢算

裝配式鋼梁片數(shù)：一孔箱梁按裝配式鋼橋采用26排雙層布置，共520片，各片均勻受力（不考慮分配系數(shù)）。詳細(xì)布置見圖2。

①第Ⅰ部分梁底布置6排貝雷梁（一排兩層），驗(yàn)算如下:

單排荷載：

q=（76.6+121.52/26×6+23.1/26×6）/6=18.3kN/m

②第Ⅱ部分梁底布置4排貝雷梁（一排兩層）驗(yàn)算如下:

單排荷載：

q=（39.75+121.52/26×4+23.1/26×4）/4=15.5kN/m

③第Ⅲ部分梁底布置3排貝雷梁（一排兩層）驗(yàn)算如下:

單排荷載：

q=（37.98+121.52/26×3+23.1/26×3）/3=18.2kN/m

圖2 32m梁貝雷架結(jié)構(gòu)示意圖

計(jì)算時(shí)只需考慮荷載qmax=18.3kN/m

單排桁架為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系如圖3。

圖3 單排桁架結(jié)構(gòu)體系

2.5.1 建立模型單排雙層模型驗(yàn)算

①當(dāng)q=18.3kN/m時(shí)，MIDAS建立單排雙層模型如圖4：

圖4 單排雙層模型

通過建模型計(jì)算得出給桿件軸力如圖5：

圖5 給桿件軸力

通過模型計(jì)算A、B、C3點(diǎn)出現(xiàn)各桿件軸力最大值，需對(duì)以上3點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算。

A點(diǎn)下弦桿最大軸力為561.8kN>432.9kN不符合要求，支點(diǎn)上方豎桿最大軸力為257.9kN>163.5kN不符合要求，斜桿最大軸力為164.3kN>131.9kN不符合要求。

B點(diǎn)上弦桿最大軸力為518.0kN>432.9kN不符合要求，需要對(duì)上弦桿進(jìn)行加強(qiáng)處理。

C點(diǎn)下弦桿最大軸力為561.71kN>432.9kN不符合要求，豎桿最大軸力為257.5kN>163.5kN不符合要求，斜桿最大軸力為154.5kN>131.9kN不符合要求。

綜上，從軸力分部圖可以看出該結(jié)構(gòu)是局部桿件強(qiáng)度不符合要求，可以對(duì)不符合要求的桿件加強(qiáng)其強(qiáng)度。

加強(qiáng)方法：支點(diǎn)上豎桿用兩根[20，高1.4m，用為支座上豎桿加強(qiáng)，斜桿采用I8斜桿一根加強(qiáng)于原斜桿旁，其他豎桿加強(qiáng)采用I8豎桿加強(qiáng)于豎桿旁。

②由MIDAS建立加強(qiáng)型單排雙層模型如圖6：

圖6 加強(qiáng)型單排雙層模型

通過建模型計(jì)算得出桿件軸力整體圖如下：

圖7 桿件軸力整體圖

從上圖可以看出出現(xiàn)控制軸力的部位為上圖中的B、C、D、E4個(gè)部位，下面就上述4個(gè)部位對(duì)桿件軸力進(jìn)行驗(yàn)算，單排雙層貝雷梁片各桿件強(qiáng)度符合要求。

2.5.2 檢算貝雷梁片撓度驗(yàn)算

MIDAS模型豎向位移如圖8：

單排桁架彈性撓度：f彈=3.06cm

圖8 MIDAS模型豎向位移

2.6 支墩頂橫梁檢算

上橫梁受力見圖9。

圖9 橫梁受力圖

①第Ⅰ部分梁底布置6排貝雷梁（一排兩層），驗(yàn)算如下:

單排荷載：

q=（76.6+121.52/26×6+23.1/26×6）/6=18.3kN/m

MIDAS模型計(jì)算支座反力：f1=261.6kN

②第Ⅱ部分梁底布置4排貝雷梁（一排兩層），驗(yàn)算如下:

單排荷載：

q=（39.75+121.52/26×4+23.1/26×4）/4=15.5kN/m

MIDAS模型計(jì)算支座反力：f2=221.6kN

③第Ⅲ部分梁底布置3排貝雷梁（一排兩層），驗(yàn)算如下:

單排荷載：

q=（37.98+121.52/26×3+23.1/26×3）/3=18.2KN/m

MIDAS模型計(jì)算支座反力：f3=260.2kN

下橫梁2I63a工字鋼截面特性：F=2×154.59cm2

Ix=2×94004cm4,Wx=2×2984.3cm3,Sx=2×1747.4cm3

D=2×13mm

按連續(xù)梁計(jì)算，貝雷片處加集中荷載，荷載如下：

腹板：f1=261.6kN

翼緣：f2=221.6kN

底板：f3=260.2kN

計(jì)算得最大支反力為：R=1478.7kN

彎矩為：Mmax=751kN·m

剪力為：Qmax=813.9kN

端面承壓（刨平頂緊）應(yīng)力：

工字鋼腹板壓應(yīng)力：

工字鋼腹板壓應(yīng)力符合要求。

2.7 鋼管樁檢算

鋼管樁軸向抗壓 采用Φ629，壁厚8mm鋼管樁，其截面特性如下（查管材截面特性表）：

3 支架預(yù)壓

支架搭設(shè)完成以后，通過支架預(yù)壓來檢測(cè)支架體系的穩(wěn)定性和安全性，通過觀測(cè)數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)計(jì)算支架變形量并以此來調(diào)整支架標(biāo)高，確?，F(xiàn)澆箱梁的線性滿足要求。

支架預(yù)壓的方式有固體物預(yù)壓法和水壓法兩種，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。采用固體物預(yù)壓法能夠準(zhǔn)確模擬箱梁的結(jié)構(gòu)受力型式，但是加載時(shí)間長(zhǎng)，所用機(jī)械和人工較多，施工成本大；其加載過程需要人員在支架上作業(yè)，當(dāng)支架結(jié)構(gòu)存在安全隱患時(shí)，可能出現(xiàn)安全事故。采用水預(yù)壓時(shí)，加載和卸載非常方便，需要的人員和機(jī)械設(shè)備較少，成本較低，加載過程比較安全；但是水的加載不能完全模擬箱梁的結(jié)構(gòu)受力型式。

某高速鐵路現(xiàn)澆箱梁均采用水預(yù)壓方法。采用防水板在箱梁內(nèi)焊接成一大水箱，在模板兩側(cè)用鋼模板加高以滿足荷載重量。采用抽水機(jī)抽水加載，卸載時(shí)直接將水放出即可。加載時(shí)分四級(jí)加載，加載荷載為箱梁重量的120%。

4 預(yù)留沉降量設(shè)置

在預(yù)壓之前，以每4m為一個(gè)橫斷面，一個(gè)橫斷面設(shè)置4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。由于采取水預(yù)壓方案，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在模板的背面。通過預(yù)壓觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，支架非彈性變形值為12mm，跨中最大彈性變形值為70mm。其彈性變形值與理論計(jì)算基本相符。

ΔL——支架跨中最大預(yù)拱度值（cm）；L1——支架預(yù)壓跨中最大彈性變形值（cm）；L2——現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的上拱度值（cm）；L3——現(xiàn)澆箱梁混凝土徐變產(chǎn)生的拱度值（cm）。

說明：向下為負(fù)，向上為正。

根據(jù)雙層貝雷梁支架變形的特點(diǎn)，其預(yù)留沉降量的設(shè)置采取二次拋物線法進(jìn)行分配。

5 結(jié)論

通過雙層貝雷梁方案的實(shí)施能夠解決地質(zhì)條件較差、地基處理成本較高的高速鐵路900t現(xiàn)澆箱梁膺架施工的難題，可為類似工程提供借鑒?！?/p>

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè)橋涵[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]周永興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2004.