抱箍+貝雷梁現澆支架在李子潭互通立交橋的應用

陳博文，李　勝

(廣西長長路橋建設有限公司，廣西　南寧　530001)

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抱箍+貝雷梁現澆支架在李子潭互通立交橋的應用

陳博文，李勝

(廣西長長路橋建設有限公司，廣西南寧530001)

文章以李子潭互通式立交工程為例，介紹了抱箍+貝雷梁現澆支架施工方案，并對該現澆支架結構進行受力驗算分析。

抱箍；貝雷梁；現澆支架；驗算；應用

0　引言

現澆箱梁的施工技術有很多種，如滿堂支架現澆、鋼管貝雷梁支架現澆及抱箍+貝雷梁支架現澆等，各自適用的范圍有所不同。滿堂支架法施工最大的優(yōu)點是不需要大型吊裝設備，其缺點是施工用的支架模板消耗量大、工期長，對山區(qū)橋梁及高墩有很大的局限性，鋼管桿件本身承載能力也有限，如果采用常規(guī)滿堂支架施工，需要進行大面積的支架軟土地基處理；鋼管貝雷梁支架在高墩大跨現澆箱梁施工中運用較多，該工藝可避免大面積處理地基，能夠減少人員投入，但因其支架基礎較為集中，對地基承載力要求較高，配合施工的吊車等機械數量需求較多；而抱箍+貝雷梁支架適用于跨度較小的橋梁，且在地基不便處理、山溝等地勢有較大優(yōu)勢，需要一定的設備配合，不宜用于較高的現澆箱梁施工。本文結合工程實例，對抱箍+貝雷梁支架的施工方案與設計驗算進行介紹。

1　工程概況

李子潭互通式立交是廣西防城至東興一級公路的控制性工程，其中Q匝道為分離式立交跨線橋，上跨主線及李子潭河(該河無通航要求，但受防城港西灣海潮汐影響，百年重現期的設計潮水位為+3.95 m(黃海高程))，匝道連通R、S匝道與玉羅嶺至李子潭一級公路。Q匝道橋長為207 m，跨徑布置：第一、三聯為3×20=60 m連續(xù)梁，第二聯為4×20=80 m連續(xù)梁。匝道上構為鋼筋混凝土等高連續(xù)箱梁，采用C50混凝土，共2 129.4 m3，鋼筋共722.1 t，20 m箱梁頂部16.5 m，底部寬12.5 m，高1.4 m，為一箱3室結構。匝道橋布置圖如圖1～2所示。

圖1　Q匝道橋立面圖

圖2　Q匝道單跨立體模型圖

2　施工方案概述

箱梁每聯為一施工段，箱梁混凝土分上下2層澆筑，在翼板底部轉角處分界。

根據現場施工條件及施工經驗，6#～9#跨為跨越河流位置，采用鋼抱箍+貝雷梁現澆支架進行施工?，F澆支架為加強型貝雷梁支架和滿堂架結合的方式，在每個墩柱上安裝抱箍，抱箍作為主要的受力支點，承載貝雷梁支架及現澆鋼筋混凝土的質量，抱箍高度為150 cm，用24顆高強螺釘錨固；在抱箍兩側牛腿上各設置雙拼Ⅰ63 a工字鋼作為主橫梁，主橫梁長14 m；縱橋向布置4組共16排貝雷梁，每組由4排組成，每排間距45 cm，每組橫向間距分別為168 cm、412 cm、168 cm，在貝雷梁與Ⅰ63 a工字鋼橫梁接觸位置，每排貝雷片下加裝一條加強弦桿(即該處貝雷片下部設2根加強弦桿)，貝雷梁直接落在主橫梁上；在貝雷梁頂部設置Ⅰ22 a工字鋼橫梁，縱橋向間距100 cm，Ⅰ22 a工字鋼橫橋向每隔400 cm用φ16鋼筋連接固定；然后在Ⅰ22a工字鋼橫梁上安裝鋼管滿堂模板支架，鋼管滿堂架立柱間距為100×100，立柱底部縱向設置[8墊梁，在底板下設兩道立柱平聯，翼板下設3道立柱平聯。另外，在中腹板下，將立柱橫向間距調整為60cm。在立柱頂部設調節(jié)頂托，安裝模板體系。

貝雷梁支架情況如圖3～4所示。

圖3　現澆支架正面示意圖

圖4　現澆支架側面示意圖

3　貝雷梁現澆支架驗算

3.1設計依據

(1)《裝備式公路鋼橋多用途使用手冊》；

(2)《中國公路橋梁荷載》(JTJ001-97)；

(3)《公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范》(JTJ025-86)；

(4)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)；

(5)根據施工需求、現場場地、施工條件等資料。

3.2驗算方法

貝雷梁現澆支架結構受力驗算采用有限元分析軟件Midas/civil2010進行計算，桿件單元主要按照梁單元分析，貝雷梁支撐架按桁架單元分析。根據箱梁總體施工方案，建立三跨現澆支架模型，通過施加荷載進行模擬計算。模型為三維立體，包含主橫梁、加強型貝雷梁、橫梁的各個構件，模型自行計入其桿件自重；滿堂支架及模板系統(tǒng)等未包含在模型中，但其重量通過增加箱梁混凝土重量系數的方式計入模型中。建模時，按Ⅰ22a橫梁間距計算荷載，并按線荷載布置在Ⅰ22a橫梁上。

3.3計算過程

3.3.1荷載組成

(1)箱梁自重

參考箱梁設計圖，建立單跨箱梁三維圖，得出單跨箱梁體積為207m3，與工程數量表計算值一致。其中由現澆支架承載部分需扣除墩頂長1.5m實心段重量(實心段截面積為18.8m2)。鋼筋混凝土容重按2.6t/m3計算。

支架承載的箱梁重量為：

G1=(207×3-(1.5×2+1×2)×18.8)×2.6=1 370 t。

建模時，箱梁荷載以其截面尺寸計算每延米的線荷載(橫向線荷載)，其荷載形式如圖5所示。

圖5　箱梁荷載加載示意圖

(2)滿堂支架+模板系統(tǒng)荷載

箱梁內模板及底模模板系統(tǒng)自重取40 kg/m2。

滿堂架(鋼管+[8)線荷載：

P1=((1.8×21+6×12)×3.85+8×16.5)÷16.5=34 kg/m2；

則該項總重為：G2=(40+34)×18×16.5×3=65 934 kg=66 t。

(3)活載

由于施工面積大，施工人員、機具、材料及其它臨時荷載+振搗荷載按1 kN/m2計算。

則活載共：G3=100×18×16.5×3=89 100 kg=89 t。

(4)貝雷梁支架自重

貝雷梁支架自重G4軟件自行計算。

(5)荷載組合

根據《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)，均布荷載設計值=結構重要性系數×(恒載分項系數×恒載標準值+活載分項系數×活載標準值)。結構重要性系數取三級建筑：0.9，恒載分項系數為1.2，活載分項系數為1.4。

強度驗算荷載總數為：

G5=G1+G2+G3=1 370+66+89=1 525 t=1.11 G1。

剛度驗算荷載總數為：

G5=G1+G2=1 370+66=1 436 t=1.05 G1。

3.3.2主要材料及性能

除貝雷片材料為16 Mn鋼外，其他材料為A3鋼，根據《裝備式公路鋼橋多用途使用手冊》，限制荷載的臨時性支架結構，允許應力可提高1.3倍系數。

(1)A3鋼：允許彎應力145 MPa，允許軸應力140 MPa，允許剪應力85 MPa。

(2)16 Mn鋼：允許彎應力210 MPa，允許軸應力200 MPa，允許剪應力120 MPa。

3.4建立模型

貝雷梁現澆支架模型如圖6～7所示。

圖6　貝雷梁現澆支架模型圖

圖7　貝雷梁現澆支架模型加載圖

3.5驗算結果

3.5.1強度驗算結果

按1.11 G1的荷載進行驗算，結果為：

(1)彎應力情況

16 Mn鋼：最大組合應力為255 MPa<210×1.3=273 MPa，出現在Ⅰ63 a主橫梁上的貝雷片桿件上，滿足要求。

A3鋼：最大組合應力為180 MPa<145×1.3=188 MPa，出現在Ⅰ63 a主橫梁上，滿足要求。

(2)剪應力情況

16 Mn鋼：最大剪應力為155 MPa<120×1.3=156 MPa，滿足要求。

A3鋼：最大剪應力為61.4 MPa<85×1.3=110 MPa，滿足要求。

(3)軸應力情況

16 Mn鋼：最大軸應力為155 MPa<200×1.3=260 MPa，滿足要求。

A3鋼：最大軸應力為119 MPa<140×1.3=182 MPa，滿足要求。

(4)支座反力

最大反力為157.5 t，出現在2#墩位置，單個抱箍最大要承載311.3 t。

3.5.2剛度驗算結果

按1.05 G1的荷載進行驗算，撓度情況為：

最大撓度為35 mm<20 000/400=50 mm，滿足要求。

根據以上驗算結果，本貝雷梁現澆支架滿足規(guī)范及施工要求。

4　抱箍驗算

根據前述驗算結果，抱箍位置支點的最大反力為157.5 t，本部分以1.2倍的最大反力(即189 t)作為抱箍實體驗算的荷載，以157.5 t驗算抱箍螺栓受力。抱箍采用Q235鋼材加工，用8.8級M30高強螺栓。

4.1抱箍體受力驗算方法

抱箍體驗算用Midas fea非線性及細部分析軟件進行，抱箍法蘭螺桿的受力用手算方式驗算。

4.2驗算過程

首先建立抱箍實體模型并劃分網格，在抱箍牛腿上加載189 t豎向力，在抱箍法蘭上模擬固定約束。建立的模型如圖8所示。

圖8　抱箍實體受力驗算模型圖

(1)反力

根據軟件自動驗算結果，抱箍共加載的力為189.8 t，如圖9所示。

圖9　抱箍加載力截圖

(2)鋼材應力

鋼材的應力使用范梅塞斯應力，抱箍應力如圖10所示。

圖10　抱箍范梅塞斯應力圖

由圖可知，抱箍絕大部分應力均小于A3鋼材的屈服強度235 MPa，只有≤0.1%的小局域超過該值，這些小區(qū)域為應力集中的位置，可忽略不計。

(3)位移

抱箍受力時的位移如圖11所示。由圖可知，抱箍最大位移為1.03 mm，發(fā)生在抱箍牛腿位置，該位移不影響抱箍的使用。

圖11　抱箍位移示意圖

4.3抱箍螺栓受力驗算

4.3.1螺栓數目計算

抱箍體需承受的豎向壓力N′=1 575×2=3 150 kN。

抱箍所受的豎向壓力由8.8級M30的高強螺栓的抗剪力產生，查《路橋施工計算手冊》第426頁：

M30螺栓的允許承載力：

[NL]=Pμn/K

式中：P——高強螺栓的預拉力，取280 kN(《鋼結構設計規(guī)范2003》P69)；

μ——摩擦系數，取0.35；

n——傳力接觸面數目，取1；

K——安全系數，取1.7。

則：[NL]=280×0.35×1/1.6=57.7 kN

螺栓數目m計算：

m=N′/[NL]=3 150/57.7=55個，取計算截面上的螺栓數目m=60個。

則每條高強螺栓提供的抗剪力：

P′=N′/m=3 150/60=52.5 kN<[NL]=57.7 kN

故60根螺栓能承擔所要求的荷載，60根螺栓每

邊法蘭布置30根，每邊豎向布置成2排。

4.3.2螺栓軸向受拉計算

混凝土與抱箍之間設一層3 mm橡膠，按橡膠與鋼之間的摩擦系數取μ=0.35計算，抱箍產生的壓力Pb=N/μ=3 150kN/0.35=9 000kN，由高強螺栓的拉力承擔。

則：N′=Pb=9 000 kN

抱箍的壓力由60條M30的高強螺栓的拉力產生。即每條螺栓拉力為：

N1=Pb/60=9 000 kN/60=164.7 kN<[P]=280 kN

軸向拉應力σ=N″/A=N′(1-0.4 m1/m)/A

式中：N′——軸心力；

m1——所有螺栓數目，取60個；

A——高強螺栓截面積，A=621 mm2。

σ=N″/A=Pb(1-0.4 m1/m)/A=164.7×103×(1-0.4×60/60)/621=212.2 MPa<[σ]=400MPa(鋼結構設計規(guī)范P19頁)

通過以上驗算，抱箍滿足規(guī)范及施工要求。抱箍承載荷載較大，其高強螺栓的緊固力尤其關鍵，建議使用滿足扭矩的電動扳手對螺栓進行對稱逐級緊固。

5　結語

抱箍+貝雷梁支架在李子潭互通式立交的施工運用中，減少了施工周材設備投入、安全可靠且箱梁質量合格，施工方也節(jié)省了成本，可為同類型跨越河流、山溝的現澆橋梁施工提供一定的依據。

[1]崔昌洪，韋健江.鋼管貝雷梁柱式支架在高墩大跨現澆箱梁施工中的運用[J].公路，2005(10)：10-16.

[2]石治峰.抱箍+貝雷梁現澆箱梁支架施工技術及受力計算[J].山西交通科技，2011(3)：37-39.

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

[4]JTJ041-2011，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].

[5]GB50017-2003，鋼結構設計規(guī)范[S].

Application of Hoop and Bailey Beam In-situ Stent in Lizitan Interchange Bridge

CHEN Bo-wen，LI Sheng

(Guangxi Changchang Road and Bridge Construction Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

With Lizitan Interchange project as the example，this article introduced the hoop+bailey beam in-situ stent construction plan，and conducted the force computation analysis on this in-situ stent structure.

Hoop；Bailey beam；In-situ stent；Checking；Applications

U445.46

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.012

1673-4874(2016)07-0045-05

2016-06-09

陳博文(1985—)，工程師，研究方向：公路橋梁工程施工管理；

李勝(1974—)，主要從事公路橋梁工程施工管理與研究工作。