貝雷梁懸臂托架在剛構(gòu)橋施工中的應(yīng)用

石虎強(qiáng)，陳　雷

（中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065）

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貝雷梁懸臂托架在剛構(gòu)橋施工中的應(yīng)用

石虎強(qiáng)，陳雷

（中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065）

摘要：在剛構(gòu)橋施工中，0#塊是上部主梁施工的關(guān)鍵部位，而0#塊施工的關(guān)鍵在于托架或支架的設(shè)計(jì)與布置。文章結(jié)合咸旬高速公路工程小花溝大橋0#塊施工，對(duì)貝雷梁懸臂托架的設(shè)計(jì)與布置進(jìn)行介紹，以期為類似施工提供參考。

關(guān)鍵詞：剛構(gòu)橋；施工方案；貝雷梁；懸臂托架

1　工程概況

小花溝大橋是咸旬高速公路工程建設(shè)中的控制性工程，主橋采用連續(xù)剛構(gòu)-連續(xù)梁組合體系，跨徑組合為75 m+3×135 m+75 m=555 m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，截面形式采用單箱單室，總體布置見(jiàn)圖1。

圖1　小花溝大橋橋型布置圖（單位：m）

小花溝大橋5#、6#墩頂0#塊與墩固結(jié)，4#、7#墩頂0#塊與墩通過(guò)支座連接，4個(gè)主墩0#塊外形尺寸相同，長(zhǎng)8.0 m，根部高7.8 m，底寬6.6 m，頂寬12 m， 0#塊底板與墩頂同寬。為便于掛籃的拼裝，將兩側(cè)利用臨時(shí)錨固于墩身上的托架同時(shí)澆筑兩側(cè)的0#塊和1#塊。兩側(cè)1#塊長(zhǎng)均為2.0 m，底寬6.6 m，頂寬12 m，0#、1#塊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2　小花溝大橋4#、7#墩0#、1#塊結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

2　0#、1#塊施工方案綜述

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形、橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，小花溝大橋4個(gè)主墩頂0#、1#塊均采用臨時(shí)錨固在墩身上的托架進(jìn)行施工，經(jīng)周密考慮，托架采用貝雷梁懸臂結(jié)構(gòu)。由于懸臂較大，高度較高，分2次澆注完成，第1次澆筑底板與腹板，第2次澆筑頂板與翼緣板［1］。

2.1托架設(shè)計(jì)

小花溝大橋箱梁0#、1#塊均采用牛腿托架法施工。由于箱梁底板寬度和墩柱寬度一致，因此0#塊與墩柱等長(zhǎng)范圍內(nèi)腹板、隔板、頂?shù)装寤炷梁奢d及施工荷載全部由墩柱承擔(dān)。翼緣板采用牛腿托架施工，牛腿托架采用型鋼組合焊接結(jié)構(gòu)，橫橋向布置。由于翼緣板荷載較小，牛腿采用雙肢槽25a型鋼焊接，托架主梁采用工25a型鋼，用于支撐模板桁架傳遞的荷載，操作平臺(tái)分配梁采用工12.6型鋼，用于承擔(dān)平臺(tái)部位人群及機(jī)具荷載?？v橋向懸挑出墩身的梁體采用貝雷托架施工，貝雷作為托架牛腿通過(guò)錨固于墩身上的錨固座連接固定，腹板下設(shè)置3排貝雷，間距45 cm，底板下設(shè)置3排貝雷，間距90 cm，懸臂端單側(cè)共設(shè)置9排貝雷。貝雷頂部鋪設(shè)雙肢工45a的型鋼作為主梁，分配梁采用型鋼組合焊接桁片。

型鋼牛腿托架各桿件之間均采用焊接方式連接，貝雷牛腿托架主梁通過(guò)U型卡固定，其他桿件之間均采用焊接方式連接［2］。托架總體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3、圖4。

2.2托架結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.2.1計(jì)算模型

計(jì)算采用應(yīng)用非常廣泛的Midas/civil專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)托架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立模型，建模時(shí)根據(jù)托架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選取與其一致的材料和截面特性、模型單元按照實(shí)際進(jìn)行模擬。貝雷與墩柱的連接采用銷(xiāo)軸連接，模擬釋放時(shí)的彎矩，型鋼托架與墩柱的連接采用栓接，按照固結(jié)模擬，型鋼之間焊接均采用固結(jié)模擬，計(jì)算模型如圖5所示。

圖3　0#、1#塊施工托架橫橋向布置圖1/2結(jié)構(gòu)（單位：cm）

圖4　0#、1#塊施工托架縱橋向布置圖（單位：cm）

圖5　托架計(jì)算力學(xué)模型（整體模型）

2.2.2計(jì)算參數(shù)

（1）小花溝大橋主橋箱梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，箱梁寬度沿橋軸線為等截面，箱梁 0#、1#塊自重根據(jù)設(shè)計(jì)混凝土方量計(jì)算，混凝土自重26 kN/m3。

（2）0#、1#塊施工托架均由各種規(guī)格的型鋼、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合而成，材料主要采用Q235鋼或Q345鋼。對(duì)于臨時(shí)結(jié)構(gòu)，Q235材料允許切應(yīng)力=110 MPa，允許彎拉（壓）應(yīng)力=188.5 MPa；Q345材料允許切應(yīng)力=156 MPa，允許彎拉（壓）應(yīng)力=273 MPa［3］。

（3）加載時(shí)，混凝土自重考慮1.05的超載系數(shù)，第1次澆注混凝土安全系數(shù)取1.25。

（4） 根據(jù)我國(guó)風(fēng)速等級(jí)劃分表，6級(jí)風(fēng)最大風(fēng)速V=13.8 m/s，橋區(qū)20年一遇基本風(fēng)速為23.6 m/s，施工期間，注意天氣和氣象情況預(yù)報(bào)，在超出6級(jí)風(fēng)的情況下，應(yīng)當(dāng)停止0#、1#塊的施工。

（5）托架系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算采用電算和手算相結(jié)合的方式，電算程序采用Midas/civil專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，結(jié)構(gòu)桿件部分通過(guò)軟件進(jìn)行計(jì)算，預(yù)埋件及銷(xiāo)軸等采用手算。

2.2.3計(jì)算荷載及最不利組合

設(shè)計(jì)荷載包括托架系統(tǒng)自重，0#、1#塊混凝土恒載，澆注混凝土?xí)r的傾倒和振搗荷載，人群機(jī)具荷載、風(fēng)荷載等。根據(jù)箱梁施工工序及初步計(jì)算，在4#、7#墩0#、1#塊第一次施工時(shí)，托架受力最大，托架的設(shè)計(jì)不利工況荷載組合如下：托架、模板結(jié)構(gòu)自重荷載+箱梁混凝土荷載+混凝土傾倒及振搗荷載+人群機(jī)具荷載+風(fēng)荷載。

2.2.4加載計(jì)算

（1）托架系統(tǒng)自重由軟件自行計(jì)入。

（2）根據(jù)0#、1#塊與墩身關(guān)系，箱梁0#塊與墩身等長(zhǎng)范圍腹板、頂?shù)装寮案舭搴奢d直接作用在墩頂，縱橋向托架主要承受伸出墩身部分的箱體荷載，橫橋向托架主要承受翼緣板的荷載。

翼緣板區(qū)域托架在最不利工況荷載組合下僅承受側(cè)模板荷載、人群機(jī)具荷載及風(fēng)荷載，模板荷載按照1.5 kN/m2加載。

（3）傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載按2.0 kN/m2加載（混凝土層厚度大于1 m時(shí)不計(jì))，振搗混凝土荷載按2.0 kN/m2加載［4］。

（4）平臺(tái)上人群機(jī)具荷載按2.5 kN/m2加載。

（5）風(fēng)荷載包括作用于托架和模板上的風(fēng)荷載，托架上的風(fēng)荷載根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D60-01—2004）進(jìn)行計(jì)算，模板上的風(fēng)荷載通過(guò)在墩頂設(shè)置撐桿進(jìn)行克服，以減小風(fēng)荷載對(duì)托架結(jié)構(gòu)的影響。

2.2.5計(jì)算結(jié)果

貝雷托架各構(gòu)件的最大應(yīng)力及最大位移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，其中貝雷梁前端最大豎向位移為5.66 mm ＜L/400=15 mm。型鋼托架各構(gòu)件的最大應(yīng)力及最大位移見(jiàn)表2，其中牛腿最前端最大豎向位移為0.97 mm＜L/400=15 mm。

表1　各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果（箱梁懸臂端托架）

表2　各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果（翼緣板部位托架）

2.2.6托架預(yù)埋件計(jì)算

懸臂貝雷梁與墩身通過(guò)錨固座和銷(xiāo)軸與埋置于墩身上的預(yù)埋件固定，上預(yù)埋件采用8根直徑為32 mm的錨筋，下預(yù)埋件采用6根直徑為32 mm的錨筋。

通過(guò)計(jì)算，單個(gè)上預(yù)埋件處最不利荷載為：拉力，228.2 kN；剪力，158.6 kN；彎矩，45.9 kN·m。單個(gè)下預(yù)埋件最不利荷載為：壓力，245.6 kN；剪力，108.1 kN；彎矩，1.4 kN·m（忽略不計(jì)）。

（1）上預(yù)埋件計(jì)算

通過(guò)計(jì)算，上預(yù)埋件中錨栓所承受的最大拉力為65.72 kN，遠(yuǎn)小于受軸向拉力的錨栓所能承受的容許拉力241.2 kN；最小錨固深度為327.03 mm［5］，具體施工過(guò)程中錨固深度按20 d（即640 mm）控制，實(shí)際埋設(shè)深度為660 mm，且端頭帶120 mm的彎鉤。

預(yù)埋件中的剪力通過(guò)對(duì)錨栓施加預(yù)緊力來(lái)承擔(dān)，由連接板與混凝土之間的靜摩擦力來(lái)抵抗?？紤]鋼板與混凝土之間的摩擦系數(shù)為0.3，通過(guò)計(jì)算可知，預(yù)埋件上單個(gè)錨栓的最大剪力為15.9 kN。單個(gè)錨栓需要的預(yù)緊力為15.9/0.3=53 kN。

（2）下預(yù)埋件計(jì)算

預(yù)埋件中錨栓受壓，混凝土的承壓應(yīng)力為1.85 MPa。預(yù)埋件中的剪力通過(guò)對(duì)錨栓施加預(yù)緊力來(lái)承擔(dān)，通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，預(yù)埋件上單個(gè)錨栓的剪力為10.81 kN，單個(gè)錨栓需要的預(yù)緊力為10.81/0.3= 36.03 kN。

（3）貝雷銷(xiāo)軸計(jì)算

上錨固銷(xiāo)軸：雙剪，剪力為228.2 kN，銷(xiāo)軸直徑50 mm，則剪應(yīng)力為58.14 MPa，遠(yuǎn)小于允許應(yīng)力585 MPa。

下錨固銷(xiāo)軸：雙剪，剪力為245.6 kN，銷(xiāo)軸直徑50 mm，則剪應(yīng)力為62.57 MPa，遠(yuǎn)小于允許應(yīng)力585 MPa。

（4）錨固座孔壁承壓計(jì)算

貝雷采用貝雷陽(yáng)頭端配合陰頭錨固座錨固，錨固座單側(cè)鋼板厚2 cm，材質(zhì)Q235，銷(xiāo)軸孔壁承壓應(yīng)力為245.6×103/（2×0.02×0.05）=122.8 MPa，小于孔壁允許承壓應(yīng)力210 MPa。

2.2.7計(jì)算結(jié)論

（1）通過(guò)計(jì)算結(jié)果可得出，托架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度均滿足受力要求。

（2）施工時(shí)0#、1#塊分2次澆筑，第1次澆筑底板與腹板，第2次澆筑頂板與翼緣板；第2次澆筑時(shí)，第1次的混凝土已經(jīng)形成強(qiáng)度，可以作為支撐體系，平臺(tái)僅承受翼緣板處的荷載。

（3）計(jì)算時(shí)，考慮混凝土超載系數(shù)1.05，第1次澆筑混凝土安全系數(shù)1.25，托架平臺(tái)仍有較大的安全富裕，按允許應(yīng)力控制，主要受力構(gòu)件安全系數(shù)大于2.0。

（4）施工時(shí)，貝雷懸挑梁均采用花架和斜撐連接，將9片貝雷全部連接為整體。

3　托架安裝及預(yù)壓

在墩身施工期間，進(jìn)行托架預(yù)埋件埋設(shè)，墩身混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，安裝托架牛腿部分，牛腿通過(guò)螺栓直接緊固在預(yù)埋件上。牛腿安裝完成后，從下至上依次安裝主梁、分配梁、面層及安全防護(hù)欄桿，最后采用安全防護(hù)網(wǎng)全封閉。

托架搭設(shè)完成后，進(jìn)行加載試驗(yàn)，以消除托架的非彈性變形，并檢驗(yàn)托架結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性。加載時(shí)按最不利荷載即第1次混凝土澆注完成時(shí)的結(jié)構(gòu)荷載為基礎(chǔ)進(jìn)行加載，按0→10%→80%→100% →120%→100%→0逐級(jí)加載。加載采用墩頂設(shè)置反力架進(jìn)行反頂?shù)姆绞?，反力架通過(guò)墩梁連接的鋼筋固定。加載前按照計(jì)算結(jié)果布點(diǎn)，過(guò)程中進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)、記錄［6］。根據(jù)托架總體結(jié)構(gòu)及各桿件布置，預(yù)壓系統(tǒng)總體布置見(jiàn)圖6、圖7。

圖6　預(yù)壓系統(tǒng)縱橋向總體布置圖1/2結(jié)構(gòu)（單位：mm）

圖7　預(yù)壓系統(tǒng)橫橋向總體布置圖（單位：mm）

4　結(jié)語(yǔ)

貝雷梁懸臂托架承載力大、質(zhì)量輕、用材少、安拆簡(jiǎn)便，施工便捷。本文結(jié)合咸旬高速公路工程小花溝大橋0#、1#塊施工對(duì)貝雷梁懸臂托架的設(shè)計(jì)、計(jì)算進(jìn)行探討，可供類似剛構(gòu)橋0#塊施工參考。

參考文獻(xiàn)

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［3］JTJ 025—86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［4］中交第二公路工程有限公司．公路橋梁施工系列手冊(cè)—梁橋［M］．北京：人民交通出版社，2014.

［5］周水興，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，2001.

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Application of Bailey Beam and Cantilever Bracket in Rigid Frame Bridge Construction

Shi Huqiang， Chen Lei
（CCCC Second Highway Engineering Co.， Ltd.， Xi'an 710065， China）

Abstract:In the construction of rigid frame bridge， 0# block is the key part in the construction of the upper main girder. The key of the construction of 0# block is the design and layout of bracket. Combining with the construction of 0# block of Xiaohuagou bridge in Xianxun expressway， this paper mainly introduces the design and layout of bailey beam cantilever bracket， which could provide reference for similar engineering construction.

Key words:rigid frame bridge； construction scheme； bailey beam； cantilever bracket

中圖分類號(hào)：U4425.46

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672–9889（2016）03–0054–04

收稿日期：（2015-08-11）

作者簡(jiǎn)介：石虎強(qiáng)（1984-），男，陜西榆林人，工程師，主要從事公路橋梁施工技術(shù)管理工作。