大跨度鐵路連續(xù)梁橋現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)

向德軍

【摘 要】為保障大跨度鐵路連續(xù)梁橋支架結(jié)構(gòu)施工期安全、穩(wěn)定，橋梁成橋線形及內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，文章以黔張常鐵路聯(lián)絡(luò)線特大橋跨新河（40+64+36）m連續(xù)梁橋?yàn)楣こ虒?shí)例，通過對(duì)該橋支架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，重點(diǎn)分析支架力學(xué)特性及桿件優(yōu)化。計(jì)算結(jié)果表明：支架系統(tǒng)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，且具有一定的富余量，力學(xué)指標(biāo)合理，為今后類似工程提供參考和經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程；大跨鐵路橋；連續(xù)梁橋；支架檢算

【中圖分類號(hào)】U445.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）01-0074-03

1 工程概況

支架現(xiàn)澆因節(jié)省工期，在現(xiàn)代橋梁施工中的運(yùn)用比較廣泛[1-3]。新建黔張常鐵路站前工程10標(biāo)聯(lián)絡(luò)線特大橋跨新河連續(xù)梁橋跨度為（40+64+36）m預(yù)應(yīng)力混凝土橋，采用支架現(xiàn)澆施工。該橋48#～51#墩為連續(xù)梁墩身。50#和51#墩高度為6 m，48#墩高為8 m，49#墩高為7 m，墩身坡比均為40∶1。梁底部寬度為6.7 m，頂部寬度為12 m，最大梁高5.19 m。梁體采用三向預(yù)應(yīng)力。該橋跨新河，50#墩位于新河內(nèi)，支架設(shè)計(jì)及施工是本工程的重難點(diǎn)。連續(xù)梁支架采用鋼管柱貝雷梁支架，在承臺(tái)上搭設(shè)鋼管柱，河內(nèi)鋼管柱采用打板機(jī)進(jìn)行打插，打插至無法貫入位置，岸上鋼管柱立在擴(kuò)大基礎(chǔ)上，在鋼管柱上搭設(shè)“工”字鋼，再安裝貝雷片，貝雷片上布置“工”字鋼橫梁，橫梁上設(shè)置“工”字鋼縱梁，縱梁上布置兩道方木，再安裝模板。連續(xù)梁采用兩次澆筑成型，梁體采用C55混凝土。

本項(xiàng)目施工工期緊，跨越既有河流，結(jié)構(gòu)跨度大，設(shè)計(jì)采取支架現(xiàn)澆施工，受力復(fù)雜，較傳統(tǒng)的施工方法面臨較大的難度。因此，為保障工期，設(shè)計(jì)合理的支架形式，確保施工安全、提高施工質(zhì)量、降低成本，使橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到合理的成橋內(nèi)力及線形，是本項(xiàng)目面臨的重大挑戰(zhàn)。

2 支架設(shè)計(jì)方案

聯(lián)絡(luò)線特大橋跨新河連續(xù)梁橋，由于主墩50#墩位于新河內(nèi)，故連續(xù)梁支架需要在河中進(jìn)行鋼管柱打插，在河岸上的鋼管柱基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。鋼管柱采用630 mm×8 mm規(guī)格，間距分別為6 m和12 m，其中新河河堤兩側(cè)鋼管柱間距為12 m，其余鋼管柱間距為6 m；鋼管柱上設(shè)置I32a“工”字鋼橫梁?！肮ぁ弊咒撋显O(shè)置貝雷梁，總計(jì)6組貝雷梁，翼板兩側(cè)各1組，底板處設(shè)置4組，貝雷梁上設(shè)置間距為1 m的I28a“工”字鋼橫梁，橫梁上布置間距為60 cm的I20a“工”字鋼縱梁，縱梁在連續(xù)梁腹板的位置加密，間距為30 cm。I20a“工”字鋼縱梁上設(shè)置10 cm×10 cm方木，連續(xù)梁底板處方木間距為60 cm，腹板處為30 cm，橫梁上設(shè)置間距為30 cm的方木作為縱向分配梁。分配梁滿鋪18 mm厚竹膠板。

3 支架受力分析

3.1 荷載及工況定義

作用于結(jié)構(gòu)上的荷載，考慮永久荷載（恒荷載）和可變荷載（活荷載）兩類[4]。荷載種類及取值見表1；荷載組合見表2。

3.2 結(jié)構(gòu)有限元模擬

本橋支架體系龐大，施工難度大，桿件數(shù)多，受力復(fù)雜，為了提高計(jì)算精度及效率，采用Midas/Civil 8.3.2 R1有限元軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析。結(jié)構(gòu)采用三維梁單元進(jìn)行模擬。支架體系在受力上，邊、中跨相對(duì)獨(dú)立，每一跨都是一個(gè)獨(dú)立的力學(xué)作用體系，因此每跨分別建立模型進(jìn)行計(jì)算。支架體系上的外荷載以線荷載的形式進(jìn)行力學(xué)簡化模擬，作用于相應(yīng)的構(gòu)件上。在不同工況作用下，荷載分區(qū)域模擬主要考慮主梁高度變化、截面形式，分3個(gè)區(qū)域段（翼緣板受力、腹板受力、頂?shù)装迨芰Γ┻M(jìn)行添加，用均布線荷載及梯度線荷載進(jìn)行模擬。為詳盡地模擬支架體系受力，40 m邊跨模型共有單元57 796個(gè)，節(jié)點(diǎn)33 782個(gè)；36 m邊跨模型共有單元57 751個(gè)，節(jié)點(diǎn)33 751個(gè)；主跨64 m模型共有單元94 854個(gè)，節(jié)點(diǎn)55 658個(gè)。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

每跨支架體系桿件規(guī)格一樣、結(jié)構(gòu)布置形式類似，且新河兩河堤分別位于64 m主跨及36 m邊跨處，相鄰鋼管柱間距最大，達(dá)12 m。因此本文以最不利結(jié)構(gòu)，中跨64 m支架系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析其結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，對(duì)支架受力進(jìn)行研究，從工程應(yīng)用角度提出優(yōu)化建議。工況一（靜荷載）作用下支架整體受力如圖1所示。

從圖1可看出，結(jié)構(gòu)應(yīng)力超限，最大應(yīng)力位于I32a“工”字鋼橫梁及貝雷梁豎桿處。I32a“工”字鋼橫梁最大應(yīng)力smax=246.9 MPa>f=215 MPa，tmax=130.7 MPa>f=125 MPa；貝雷梁豎桿最大應(yīng)力smax=354.6 MPa>f=310 MPa。計(jì)算分析表明，I32a“工”字鋼橫梁彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力較大值均出現(xiàn)在12 m跨鋼管柱處（即新河河堤兩側(cè)鋼管柱處），該區(qū)域?yàn)橹Ъ芟到y(tǒng)最大跨度區(qū)域（跨度達(dá)12 m），需對(duì)該區(qū)域橫梁進(jìn)行加強(qiáng)。力學(xué)分析表明，為改善結(jié)構(gòu)受力，可減小相對(duì)跨度或增加結(jié)構(gòu)剛度。本橋?yàn)楣?jié)約工期和成本，采取增大結(jié)構(gòu)剛度，選用三拼I32a“工”字鋼。貝雷梁豎桿應(yīng)力超限，不滿足設(shè)計(jì)要求，需加強(qiáng)豎桿。加強(qiáng)豎桿采用雙槽鋼（16Mnq或Q345鋼，截面類型為100×48×5.3/8.5），如圖2所示。加強(qiáng)后，I32a“工”字鋼橫梁smax=172 MPa截面加強(qiáng)后，工況二（剛度計(jì)算）作用下，I32a“工”字鋼橫梁變形最大豎向撓度為3.7 mm。由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2003）附錄A.1，容許撓度[uT]=l/400，umax=3.7 mm<3 050/400=7.625 mm，滿足要求。貝雷梁變形最大豎向撓度為10.6 mm。由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2003）附錄A.1，容許撓度[uT]=l/400，umax=10.6 mm<12 000/400=30 mm，滿足要求。

支架體系承受較大豎向荷載，構(gòu)件穩(wěn)定問題將直接關(guān)乎結(jié)構(gòu)的安全及使用。貝雷梁豎桿相對(duì)于630 mm×8 mm鋼管柱和模板下的48 mm×3.5 mm扣件鋼管，需考慮面內(nèi)及面位穩(wěn)定問題。對(duì)于加強(qiáng)截面，采用雙槽鋼（16Mnq或Q345鋼，截面類型為100×48×5.3/8.5），截面積為A=2 511.8 mm2；截面回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算如下：

對(duì)于40 m、36 m邊跨，計(jì)算分析表明，36 m邊跨跨新河河堤處，630 mm×8 mm鋼管柱間距12 m，貝雷梁豎桿及I32a“工”字鋼橫梁仍為結(jié)構(gòu)受力的薄弱環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)與中跨受力相同特征，采用相同的方法加強(qiáng)；40 m邊跨，鋼管柱間距均為6 m，結(jié)構(gòu)計(jì)算均能滿足要求。

本橋支架體系復(fù)雜，施工時(shí)需嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)程、施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行支架的搭卸[5-6]。

4 結(jié)語

支架設(shè)計(jì)，除了滿足結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)外，還需要考慮施工期支架搭設(shè)存在的一些誤差，如尺寸誤差、材料初始缺陷、荷載誤差等。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需具備一定的富余量，以保障結(jié)構(gòu)及人員的安全。支架設(shè)計(jì)本質(zhì)上是力學(xué)知識(shí)的深化與應(yīng)用，改善桿件受力特性可從截面剛度、桿件跨度、材料特性等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，此乃力學(xué)知識(shí)在工程實(shí)際中的應(yīng)用。聯(lián)絡(luò)線特大橋跨新河連續(xù)梁橋支架剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表明，該支架系統(tǒng)力學(xué)性能滿足規(guī)范要求，且具有一定的富余量。本橋現(xiàn)已施工結(jié)束，施工期支架安全穩(wěn)定，變形滿足規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，梁體線形滿足設(shè)計(jì)要求，可為今后類似支架設(shè)計(jì)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]畢永清.鋼管支墩與貝雷梁支架在現(xiàn)澆梁施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011，40（13）：84-86.

[4]GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[5]JGJ 130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[6]TB10203—2002，鐵路橋涵施工規(guī)范[S].

[7]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

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[8]唐政.高墩連續(xù)梁橋新型支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)[J].四川建筑，2015，32（2）：226-228.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]