基于MIDAS/Civil的現(xiàn)澆連續(xù)拱橋箱梁組合式支架檢算與施工技術(shù)

謝卿

【摘 要】文章結(jié)合工程實(shí)例，闡述利用MIDAS/Civil對(duì)現(xiàn)澆連續(xù)拱橋六四式單層軍用梁及碗扣式滿堂組合支架進(jìn)行檢算，同時(shí)詳細(xì)介紹現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工工藝控制措施，可對(duì)類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)澆連續(xù)拱橋；組合支架；施工技術(shù)

【中圖分類號(hào)】U448 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）11-0061-06

1 工程概況

某公路跨河橋結(jié)構(gòu)形式為5跨上承式連續(xù)拱橋，跨度為（27.9+36+46+36+27.9）m，橋面寬度為23.5 m，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆法進(jìn)行施工。邊跨0#臺(tái)～1#墩（4#墩～5#臺(tái)）之間采用碗扣式滿堂支架施工；次邊跨和中跨采用六四式單層軍用梁及碗扣式滿堂組合支架現(xiàn)澆施工。

次邊跨1#墩～2#墩（3#墩～4#墩）之間縱向采用（15.5+15.0）m分跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，橫向布置31片軍用梁；中跨2#墩～3#墩之間縱向采用（13.5+13.0+13.5）m分跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，橫向布置26片軍用梁。支墩2、5、6、9號(hào)采用八三軍用墩，基礎(chǔ)均采用條形基礎(chǔ)；支墩1、3、4、7、8、10號(hào)為八三軍用墩，直接支撐于承臺(tái)上。

軍用梁上部橫向鋪設(shè)15 cm×15 cm的方木，縱向間距為60 cm；方木上鋪設(shè)碗扣支架，順橋向間距為60 cm；碗扣支架頂部橫橋向鋪設(shè)15 cm×15 cm的方木，再在其上順橋向鋪設(shè)一層10 cm×10 cm的方木。支架簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2 支架主要技術(shù)參數(shù)

2.1 鋼材

采用Q235鋼，軸向容許應(yīng)力[σ]=215 MPa，彎曲容許應(yīng)力[σw]=215 MPa，剪切容許應(yīng)力[τ]=125 MPa；彈性模量E=2.06×105 MPa，剪切模量G=7.9×104 MPa。

2.2 軍用梁桿件容許軸力

六四式鐵路軍用梁是我國(guó)自行研制的、中等跨度適用的、標(biāo)準(zhǔn)軌距和1 m軌距通用的一種鐵路橋梁搶修制式器材，是一種全焊構(gòu)架、銷接組裝、單層或雙層的多片式、明橋面體系的拆裝式上承鋼桁梁。各構(gòu)件承載能力詳見(jiàn)《六四式鐵路軍用梁手冊(cè)》，按其設(shè)計(jì)承載能力輸入至軟件中。

2.3 八三墩容許承載力

基本鋼材為16 Mn低合金結(jié)構(gòu)鋼，容許應(yīng)力[f]=240 MPa，容許承載力見(jiàn)表1。

2.4 支架容許剛度

容許撓跨比：■≤■。

3 荷載

3.1 恒載

在主梁施工過(guò)程中，支架體系主要承受梁體自重，模板自重，施工機(jī)具、人員、施工振動(dòng)荷載及支架體系自重。

新澆筑梁體自重：Pc=γ×h，混凝土容重取26 kN/m3；模板自重取1.0 kN/m2。

支架結(jié)構(gòu)荷載：當(dāng)計(jì)算碗扣支架時(shí)，若立桿間距為30 cm，取0.8 kN/m3，若立桿間距為60 cm、90 cm，取0.55 kN/m3；當(dāng)計(jì)算軍用梁支架時(shí)，鋼構(gòu)件重量由MIDAS/Civil程序自動(dòng)計(jì)算，軍用梁自重考慮了1.7倍的提高系數(shù)，以模擬各種配件的重量影響。

3.2 活載

施工人員、材料及施工機(jī)具荷載，計(jì)算支撐模板的縱、橫梁時(shí)，均布面荷載取1.5 kN/m2；計(jì)算支架立柱及其他結(jié)構(gòu)時(shí)，均布面荷載取1.0 kN/m2；振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載，取2.0 kN/m2；澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載，取2.0 kN/m2。

風(fēng)荷載，其標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：

ωk=0.7usuzω0

式中：ωk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；us為風(fēng)荷載體型系數(shù)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）規(guī)定，垂直結(jié)構(gòu)us取0.8；uz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）表8.2.1選用，此處取1.0；ω0為基本風(fēng)壓（kN/m2），依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）附錄E.5選用，此處取0.65。

4 支架計(jì)算方法及模型

4.1 計(jì)算方法

支架結(jié)構(gòu)采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：

γ0 S≤R

式中：S為荷載效應(yīng)，R為結(jié)構(gòu)抗力，γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。當(dāng)支架結(jié)構(gòu)布置形式相同時(shí)，僅取最不利荷載位置進(jìn)行驗(yàn)算。軍用梁支架采用MIDAS/Civil軟件進(jìn)行整體空間受力分析，按極限狀態(tài)法進(jìn)行檢算。

4.2 荷載組合

各控制截面荷載組合結(jié)果見(jiàn)表2。

當(dāng)計(jì)算軍用梁支架時(shí)：計(jì)算強(qiáng)度荷載組合為1.2×（①+②+③）+1.4×③；剛度荷載組合為①+②+③；穩(wěn)定性荷載組合為1.2×（①+②+③）+0.9×1.4×④。

其中，上部模板與支架總荷載②+③按1.0 kN/m計(jì)，由程序加載在軍用梁上。

4.3 軍用梁支架計(jì)算

4.3.1 計(jì)算模型

分別對(duì)次邊跨1#墩～2#墩和中跨2#墩～3#墩臨2#墩部分進(jìn)行建模，利用MIDAS/Civil程序建立計(jì)算模型（如圖2、圖3所示）。

4.3.2 計(jì)算結(jié)果

支架整體變形如圖4所示，結(jié)構(gòu)形式為分跨簡(jiǎn)支，跨度為（15.98+15.48）m，最大撓度位于左跨跨中位置，凈跨徑為15.5 m，實(shí)際最大撓度為跨中撓度減去兩端支點(diǎn)位移平均值f=31.4-（1.0+1.4）/2=30.2 mm支架整體變形如圖5所示，結(jié)構(gòu)形式為簡(jiǎn)支，跨度為13.48 m，凈跨徑為13.0 m，最大撓度位于跨中位置，跨中撓度f(wàn)=23.4 mm

4.3.3 支墩整體失穩(wěn)檢算

支墩在荷載作用下的整體失穩(wěn)第一模態(tài)如圖6所示，對(duì)應(yīng)的臨界荷載系數(shù)K=10.0>1.5，滿足要求。

4.3.4 基底應(yīng)力驗(yàn)算

支墩反力見(jiàn)表3，基礎(chǔ)順橋向?qū)?.5 m，支墩立柱橫向間距為1.75 m，在支墩立柱間距范圍內(nèi)驗(yàn)算基礎(chǔ)應(yīng)力。

支墩基礎(chǔ)平均應(yīng)力最大值為268.4 kPa，小于地基承載力特征值280 kPa，滿足要求。

4.4 計(jì)算結(jié)論

通過(guò)計(jì)算結(jié)果分析表明，支架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求并有一定的安全儲(chǔ)備，可以滿足施工需要。

5 現(xiàn)澆梁主要工藝及質(zhì)量控制措施

5.1 模板安裝

進(jìn)場(chǎng)后對(duì)模板進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足要求后方可作為箱梁外模使用。箱室底模、腹板側(cè)模的長(zhǎng)邊方向垂直于順橋向，翼板底模的長(zhǎng)邊平行于順橋方向。兩塊模板拼接處需承壓于支撐方木上，如接縫處趕不上設(shè)計(jì)位置的方木，則采用局部加密方木來(lái)滿足模板支承要求。外模安裝順序是先安裝底模，再安裝側(cè)模，最后安裝翼板底模。模板安裝時(shí)從梁的一端開(kāi)始，由中軸線控制。

在底板、腹板鋼筋骨架及預(yù)應(yīng)力管道經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行箱室模板安裝，內(nèi)模采用滿堂支架作為支撐。內(nèi)模安裝完并經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后，開(kāi)始安裝頂板鋼筋骨架及預(yù)應(yīng)力管道，腹板和橫隔梁用對(duì)拉螺桿固定。內(nèi)模底部采用開(kāi)口式，砼澆筑時(shí)派專人下去振搗底板砼，并將砼面整平。每孔梁端頂部受力較小的部位留出60 cm×100 cm的孔，作為人員及材料通行的孔道，頂板鋼筋在此處斷開(kāi)，并留有足夠的搭接焊長(zhǎng)度，待內(nèi)模、支架拆除完，箱內(nèi)雜物清除后，再進(jìn)行封口。封口時(shí)，采用吊模法施工，預(yù)留口周邊砼需進(jìn)行鑿毛，頂板斷開(kāi)鋼筋全部進(jìn)行焊接，封口砼采用與梁體同標(biāo)號(hào)砼。

5.2 鋼筋制作及加工

箱梁鋼筋一次安裝，首先安裝底板和腹板部分，安裝并支撐加固好內(nèi)模后，安裝頂板和翼緣板鋼筋。按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行綁扎、焊接。鋼筋焊接、綁扎應(yīng)符合規(guī)范要求。為保證混凝土保護(hù)層厚度，在鋼筋與模板之間按梅花形錯(cuò)開(kāi)放置砼墊塊。

鋼筋的綁扎順序?yàn)榈装濉⒏拱濉?nèi)側(cè)?！壴淞喉敯寮耙戆邃摻睢A(yù)埋件、預(yù)留筋。

受力鋼筋焊接接頭應(yīng)設(shè)置在內(nèi)力較小處，并錯(cuò)開(kāi)布置。對(duì)于焊接接頭，在接頭長(zhǎng)度區(qū)段內(nèi)，同一根鋼筋不得有2個(gè)接頭。配置在接頭長(zhǎng)度區(qū)段內(nèi)的受力鋼筋，受拉區(qū)其接頭的截面面積占總截面面積的百分率應(yīng)滿足不大于50%。電弧焊接頭與鋼筋彎曲處的距離不應(yīng)小于10倍鋼筋直徑，也不宜位于構(gòu)件的最大彎矩處。

5.3 波紋管安裝

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范設(shè)置預(yù)應(yīng)力孔道定位筋，以確保預(yù)應(yīng)力孔道在砼澆筑等過(guò)程中始終處于設(shè)計(jì)的坐標(biāo)位置。嚴(yán)格檢查波紋管，確保其安裝位置準(zhǔn)確，管節(jié)連接平順且緊密。沿縱向每隔50 cm左右設(shè)置一道，“#”字形φ8 mm定位鋼筋，并點(diǎn)焊在主筋上，在管道轉(zhuǎn)折控制點(diǎn)處定位筋應(yīng)做加密處理，確保波紋管在砼澆筑過(guò)程中不出現(xiàn)變形、移位及漏漿現(xiàn)象。

波紋管安裝就位后，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙所定坐標(biāo)，用定位鋼筋可靠定位，保證波紋管在砼振搗過(guò)程中不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。

5.4 預(yù)應(yīng)力筋的下料及穿束

鋼絞線和錨具在使用前對(duì)鋼絞線重新作拉力試驗(yàn)，檢驗(yàn)其抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率。同樣，錨具進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)作硬度和靜載錨固性能試驗(yàn)。

鋼絞線下料前應(yīng)調(diào)直，計(jì)算好鋼絞線的下料長(zhǎng)度，鋼絞線下料切割在∠50角鋼焊制成的下料槽內(nèi)進(jìn)行。鋼絞線切割下料使用砂輪機(jī)，不得使用火焰切割。

鋼絞線穿束采用整束牽引。穿束過(guò)程中，鋼束不得轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)平直通過(guò)孔道。穿束后，檢查兩端鋼絞線的編號(hào)，其位置是否對(duì)應(yīng)正確，如不正確應(yīng)調(diào)整一致。穿束后，鋼束應(yīng)能在管道內(nèi)自由地滑動(dòng)，否則應(yīng)繼續(xù)查明原因，采取措施。

穿束完成后，應(yīng)檢查鋼絞線能否在孔內(nèi)自由滑動(dòng)，穿束完成后迅速安裝錨具，錨具的安裝應(yīng)與設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)，并應(yīng)根據(jù)張拉兩端鋼絞線的編號(hào)對(duì)應(yīng)安裝。

5.5 砼澆筑與養(yǎng)護(hù)

每聯(lián)混凝土縱向按區(qū)段依次澆筑，每區(qū)段混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑到頂板底，第二次澆筑翼板和頂板。第一次澆筑砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%之后（根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)整），即可立好內(nèi)模綁扎頂板鋼筋，待第一次澆筑砼達(dá)到100%強(qiáng)度后，即可進(jìn)行第二次澆筑翼緣板和頂板。

在澆筑頂板砼時(shí)，箱室頂板采用“分段向兩邊一端推進(jìn)”的澆筑方式，澆筑翼板時(shí)，先澆筑翼板最外點(diǎn)，最后在腹板處合攏。施工時(shí)，必須保證其間隔時(shí)間不超過(guò)砼的初凝時(shí)間。為保證和橋面鋪裝層的連接，頂板砼表面用要拉毛。

砼分層澆筑，分層厚度不大于30 cm，水平往復(fù)、分層對(duì)稱進(jìn)行澆筑搗固，上層砼必須在下層砼初凝前灌注完畢。搗固采用插入式和平板式振動(dòng)器配合，振搗棒移動(dòng)間距為作用半徑的1.5倍，插入下層混凝土10 cm左右，與模板保持5～10 cm距離，避免碰撞模板、鋼筋、預(yù)埋件。

箱梁砼灌注完成后，由專人對(duì)外露面及時(shí)覆蓋麻袋、土工布濕水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，必須覆蓋全部砼表面，保持持續(xù)濕潤(rùn)，確保足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間；養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)采取設(shè)置擋水埂等有效措施防止養(yǎng)護(hù)用水漫流，有組織進(jìn)行排水，防止污染箱梁側(cè)面。

在箱梁砼澆灌時(shí)，項(xiàng)目部將設(shè)技術(shù)人員專門對(duì)支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.6 預(yù)應(yīng)力張拉

張拉所用設(shè)備及材料應(yīng)進(jìn)行檢查，不得使用有裂紋、傷痕、銹蝕的錨具、夾片，所有的鋼束在張拉點(diǎn)之間能自由移動(dòng)，同時(shí)構(gòu)件可以自由適應(yīng)在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的水平和垂直移動(dòng)。第一步先將鋼絞線略微予以張拉，以消除鋼絞線松馳狀態(tài)，并檢查孔道軸線、錨具、千斤頂是否在一條直線上，并要確保鋼束中每根鋼絞線受力均勻。

各梁段預(yù)應(yīng)力鋼索張拉必須在該梁段混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以上，并達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度的彈性模量，混凝土凝期不少于7 d后方可進(jìn)行，張拉順序按施工順序從外到內(nèi)左右對(duì)稱張拉。各節(jié)段橫向預(yù)應(yīng)力筋在縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后再?gòu)埨Q向預(yù)應(yīng)力筋在此段橫向應(yīng)力筋張拉后再?gòu)埨?/p>

預(yù)應(yīng)力采用伸長(zhǎng)量與張拉應(yīng)力雙控，以應(yīng)力控制為主，伸長(zhǎng)量誤差應(yīng)在±6%范圍。當(dāng)伸長(zhǎng)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)認(rèn)真檢查預(yù)應(yīng)力管道位置及管孔。

張拉完畢后48 h之內(nèi)完成孔道壓漿。

5.7 封端

所有管道壓漿完成后，即可進(jìn)行封端。封端時(shí)，先將錨具周圍沖洗干凈并鑿毛，然后設(shè)置鋼筋網(wǎng)和澆筑封端砼。封端砼的標(biāo)號(hào)必須符合設(shè)計(jì)要求。

5.8 支架拆除

當(dāng)封錨砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以后，進(jìn)行落架和模板拆除，支架落架采用上托下面的可調(diào)螺帽，內(nèi)模及其支架由箱梁頂板預(yù)留天窗進(jìn)人拆除。拆架時(shí)一定要先拆箱梁翼緣板后拆除底模，落架和外模拆除應(yīng)對(duì)稱、均勻、緩慢、有序地進(jìn)行，先拆側(cè)模底模，從跨中對(duì)稱往兩端拆。支架拆除宜分兩階段進(jìn)行，先從跨中對(duì)稱往兩端松一次架，再對(duì)稱從跨中往兩端拆。支架和模板拆除后，及時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)維修，以備再用。多跨連續(xù)梁應(yīng)同時(shí)從跨中對(duì)稱拆除。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]CJJ 2—2008，城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]JGJ130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3]葛俊穎.橋梁工程軟件Midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]