玉磨鐵路王四龍?zhí)卮髽虼蟪叽?號段現(xiàn)澆支架方案設(shè)計探討

周腱

【摘 要】文章以玉溪至磨憨鐵路王四龍?zhí)卮髽?6 m+96 m+56 m連續(xù)梁施工為例，介紹了大跨度連續(xù)梁的大尺寸、大荷載0號段現(xiàn)澆支架的形式選擇、支架設(shè)計思路及最終方案，并對支架承受荷載的關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行了承載驗(yàn)算，為同類型0號段現(xiàn)澆支架設(shè)計提供一些設(shè)計思路。

【關(guān)鍵詞】大尺寸0號段;現(xiàn)澆支架選擇;落地式;鋼管柱;構(gòu)件承載計算

【中圖分類號】U445 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）04-0089-04

0 前言

由于0號段不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜且作為后續(xù)連續(xù)梁懸澆梁段的基準(zhǔn)，其施工質(zhì)量對連續(xù)梁整體的成型質(zhì)量起到?jīng)Q定作用，所以連續(xù)梁0號段的尺寸、標(biāo)高及線形必須達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求。故0號段現(xiàn)澆支架需具有高強(qiáng)度、高剛度，確保其安全穩(wěn)固、沉降少，使成型后的0號段尺寸和標(biāo)高準(zhǔn)確。

本橋?yàn)榇罂缍冗B續(xù)梁，其0號段尺寸大，一次澆筑砼數(shù)量大，對支架產(chǎn)生的荷載值也是普通小跨度連續(xù)梁無法比擬的，故對其模板支撐體系的安全穩(wěn)定性和承受荷載的能力提出了更高的要求。設(shè)計結(jié)構(gòu)簡便、施工快速、高承載能力且經(jīng)濟(jì)合理的0號段支架方案和臨時固結(jié)方案，是本項(xiàng)目施工的難點(diǎn)。

1 工程概況

玉溪至磨憨鐵路王四龍?zhí)卮髽蚱鹩櫂短枮镈2K497+418.784～D2K498+591.4，橋梁總長1 172.616 m，主跨為56 m+96 m+56 m連續(xù)梁，連續(xù)梁全長為209.4 m，25、26號墩為主墩，墩身高度均為6.7 m。梁體設(shè)計采用變截面、變高度的單箱單室形式，箱梁梁頂寬度為7 m，底部寬度為4.8 m，梁頂板厚度為35～45 cm，底板厚度為44～70 cm，腹板厚為35～80 cm，中間厚度按拋物線變化。

連續(xù)梁0號段長度為12 m，墩頂處梁高度為7 m，梁底寬度為4.8 m，梁頂板厚度為45 cm，腹板厚度為80 cm，梁頂全寬為7 m（其中兩側(cè)翼板為1.05 m寬），每個0號段砼量為251.9 m3，節(jié)段重6 675.4 kN。本橋兩個“T”構(gòu)采用4個菱形掛籃平行施工，“T”構(gòu)0號段則采用支架現(xiàn)澆法施工。

2 0號段現(xiàn)澆施工支架方案的設(shè)計

2.1 支架方案形式的選擇

因?yàn)楸緲?5號、26號墩高度均僅為6.7 m，落地式支架較墩頂托架而言，具有支架結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、變形沉降少及安全、質(zhì)量控制難度小等優(yōu)點(diǎn)，所以考慮采用落地式支架。

常用的落地式支架有滿堂鋼管支架、鋼管柱式支架、鋼桁架支架（如貝雷桁架、萬能桿件等）等多種類型。本項(xiàng)目充分借鑒各種支架類型的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合本項(xiàng)目0號段的具體設(shè)計情況、施工條件等，經(jīng)綜合比選后采用鋼管柱支架的形式。鋼管柱支架具有施工便簡、快速;因采用通長鋼管柱而減少了拼裝間隙而產(chǎn)生的沉降及變形;軸向受壓的鋼管柱承載能力強(qiáng);施工成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 支架設(shè)計思路及總體方案

2.2.1 臨時固結(jié)措施

連續(xù)梁掛籃懸澆施工時，為確保“T”構(gòu)的安全穩(wěn)定性，在橋墩兩側(cè)承臺上（0號段梁底）設(shè)置4個臨時支墩，臨時支墩采用直徑為1.3 m的鋼管，內(nèi)灌C50砼，墩頂設(shè)置硫黃砂漿臨時支座。每個臨時支墩內(nèi)預(yù)埋34根長度為3 m的φ25 mm螺紋鋼筋，螺紋鋼筋伸入臨時支墩及梁體砼內(nèi)150 cm。在臨時支座處的箱梁內(nèi)設(shè)置雙層φ25 mm，L=2.2 m的加強(qiáng)水平鋼筋網(wǎng)片，每層鋼筋數(shù)量均為15根、間距為15 cm。在支墩底部設(shè)錨固鋼板，鋼板下設(shè)4個螺栓，將鋼板固定在承臺上。

2.2.2 支架設(shè)計方案

（1）鋼管立柱：立柱采用φ609 mm×10 mm鋼管，共設(shè)置10根，立柱間采用槽鋼[10a連接件焊接連接，使支架聯(lián)結(jié)成穩(wěn)定、安全的承載整體。因?yàn)槌信_以外地基軟弱，承載能力差，如果將鋼管柱設(shè)立在承臺外，則基礎(chǔ)處理工程量非常大，不僅影響工期，而且增大施工成本，所以本項(xiàng)目的鋼管支柱均布置在一、二級承臺上。橋墩橫向側(cè)兩根鋼管柱需置于2級承臺上，因承臺寬度不足，支柱處2級承臺加寬30 cm。

（2）柱頂縱梁：柱頂設(shè)有落梁砂箱，縱梁為雙I45a“工”字鋼制成，擺放在砂箱上。在墩身頂部埋設(shè)6根通長的φ32 mm精軋螺紋鋼筋，中間縱梁近橋墩端焊接有與精軋螺紋鋼筋通過螺栓連接的鋼板（尺寸為500 mm×500 mm×25 mm），使支架與橋墩聯(lián)成穩(wěn)固的承載傳力體系，精軋螺紋鋼筋按36 t進(jìn)行張拉預(yù)緊[1]。因立柱布置在承臺上，柱頂縱梁的懸挑長度過長，荷載產(chǎn)生彎矩過大，采取設(shè)置雙I18“工”字鋼斜撐的措施，改善了縱梁的彎矩分布，從而可以使用較小型號的型鋼作縱梁，節(jié)約了施工成本。

（3）橫梁：橫梁擺放于柱頂?shù)目v梁上，每側(cè)設(shè)置12根，采用I36a“工”字鋼，按間距0.4 m布置。

（4）三角桁架：三角桁架位于橫梁上，以形成底模的坡度。三角桁架為[10槽鋼焊接件，每側(cè)20榀，除了最外側(cè)間距按35 cm布設(shè)外，中部均按40 cm布設(shè)。

（5）翼緣下縱梁：在翼緣下采用I22a“工”字鋼作分配梁，分配梁擺放在橫梁上。

（6）橫向方木：在三角桁架上擺放橫向方木，方木尺寸為100 mm×100 mm，腹板下橫向方木滿鋪（即間距為10 cm），底板按20 cm布設(shè)。

（7）模板：橫向方木上為梁底模板，采用18 mm厚的竹膠板。0號段支架底部平面布置圖、側(cè)立面布置圖、正立面布置圖分別如圖1、圖2、圖3所示。

3 支架堆載預(yù)壓方案

當(dāng)箱梁底模拼裝完畢后，對支架實(shí)施預(yù)加載試驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)際拼裝完成后的支架承載能力，并獲得支架實(shí)際的變形值（含彈性及非彈性），同時通過預(yù)加載消除支架的非彈性變形，最終依據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)計算底模標(biāo)高設(shè)置值[2]。

采用砼預(yù)制塊施加荷載，砼預(yù)制塊按0號段砼重量分布壓載。預(yù)壓荷載重量按0號懸臂段施工總荷載的1.2倍加載。0號段每懸臂端需由支架承載砼的重量（經(jīng)計算為175.5 t），模板荷載按20 t，其他施工荷載按1 t計，則每懸臂端施工荷載總量為196.5 t，則每端配重為1.2×196.5=235.8 t，取236 t，兩端總配重為472 t。

按3級（施工總荷載的60%、100%、120%）進(jìn)行支架預(yù)加載的實(shí)施和數(shù)據(jù)觀測，每一級加載后支架的沉降值變化達(dá)到規(guī)范要求的穩(wěn)定條件后，方進(jìn)行下一級的實(shí)施和數(shù)據(jù)觀測，完成全部堆載并達(dá)到規(guī)范要求的穩(wěn)定條件后按上述的逆順序分級卸載并觀測數(shù)據(jù)。

堆載按從支座開始向外側(cè)懸端的順序進(jìn)行，橫橋向?qū)ΨQ均衡實(shí)施。在每側(cè)底模上設(shè)置3個觀測斷面，每個斷面設(shè)置3個觀測點(diǎn)，同時在支架的地基上對應(yīng)的投影位置設(shè)置觀測點(diǎn)。在墩頂設(shè)標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀觀測沉降并詳細(xì)記錄。

最終根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及分析，確定箱梁需設(shè)置的合理預(yù)拱度，并調(diào)整底模標(biāo)高。

4 支架結(jié)構(gòu)承載計算

4.1 荷載分析計算

（1）砼自重。砼容重按26.5 kN/m3。0號段砼最大截面面積為16.105 m2，最小截面面積為15.166 m2。懸臂段等截面（長度1.2 m）處砼的重量16.105×1.2×2.65=51.2 t;懸臂段截面變化（長度3 m）處砼的重量（16.105+15.166）/2×3×2.65=124.3 t。得砼總重=175.5 t。

（2）砼振搗：2 kN/m2。

（3）砼傾：4 kN/m2。

（4）模板：考慮4 kN/m2。

（5）人、料、機(jī)荷載：2.5 kN/m2。

4.2 荷載系數(shù)考慮及材料應(yīng)力允許值

考慮荷載系數(shù)：靜載1.2，動載1.4。Q235鋼強(qiáng)度按[σ]=210 MPa、[τ]=110 MPa。方木強(qiáng)度按[σ]=13 MPa、[τ]=1.4 MPa。

4.3 支架關(guān)鍵承載構(gòu)件驗(yàn)算

4.3.1 橫向方木計算

橫向方木采用10 cm×10 cm方木，腹板區(qū)域滿鋪，其他區(qū)域按中對中間距20 cm布置。

（1）腹板區(qū)域。計算跨度0.4 m。q=1.2×（26.5×0.1×7+4×0.1）+1.4×（2.5人、料、機(jī)+2振+4砼傾）×0.1×1=23.93 kN·m。最大彎矩M=ql2/8=0.479 kN·m，δ=M/W=0.479 kN·m/166.7 cm3=2.87 MPa<13 MPa。最大剪力Q=ql/2=4.786 kN。τ=Q/A=4.786 kN/（10×10 cm）=0.48 MPa<1.4 MPa。

（2）箱室區(qū)域。q=1.2×（26.5×0.2×1.15+4×0.2）+1.4×（2.5人、料、機(jī)+2振+4砼傾）×0.2×1=8.274+2.38=10.65 kN·m<腹板均布荷載q=23.93 kN·m。由于腹板區(qū)域方木布置符合要求，計算跨度均取0.4 m，因此箱室區(qū)方木也符合要求。

4.3.2 I36a“工”字鋼橫梁計算

“工”字鋼間距為40 cm，計算長度為8.7 m，最不利區(qū)域?yàn)殚L度1.2 m等截面懸臂段，該段重量為51.2 t。單根“工”字鋼承受砼重量荷載：0.4×（512/1.2）=170.7 kN。模板荷載：4×0.4×7=11.2 kN。人、料、機(jī)械、振搗、砼傾的荷載：0.4×7×（2.5人、料、機(jī)+2振+4砼傾）=23.8 kN?？偤奢d：1.2×（170.7+11.2）+1.4×23.8=251.6 kN。考慮荷載全部由寬度為4.8 m的底板承受：q=251.6/4.8=52.4 kN·m。橫梁受力如圖4所示。

采用清華大學(xué)的結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行配合計算得：最大彎矩為-179.1 kN·m，δ=M/W=179.1 kN·m/875 cm3=204.7 MPa<210 MPa。最大剪力為109.3 kN，τ=Q/A=109.3 kN/76.3 cm2=14.3 MPa<110 MPa。最大豎向位移為1.525 mm<4 350/400=10 mm。

4.3.3 雙拼I45a“工”字鋼縱梁計算

梁體的砼重量為1 755 kN。模板荷載：7×4.2×4=117.6 kN。人、料、機(jī)械、振搗、砼傾：7×4.2×（2.5人、料、機(jī)+2振+4砼傾）=235.2 kN。總荷載：1.2×（1 755.1+117.6）+1.4×235.2=2576.52 kN?？v梁的橫向間距為4.35 m，根據(jù)縱梁布置進(jìn)行面積劃分，邊縱梁主要承受區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅲ重量，中縱梁主要承受區(qū)域Ⅱ重量[3]，區(qū)域面積劃分如圖5所示。

區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅲ受力計算：Q=2576.52×2.043/16.105=326.84 kN，q=326.84/4.2=77.8 kN/m。區(qū)域Ⅱ受力計算：Q=2 576.5×12.019/16.105=1 922.82 kN，q=1 922.82/

4.2=457.8 kN。

（1）邊縱梁受力計算。邊縱梁受力如圖6所示。采用清華大學(xué)的結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行配合計算得：最大彎矩為-91.9 kN·m，δ=M/W=91.9 kN·m/（2×1 430 cm3）=32.1 MPa<210 MPa。最大剪力為201.6 kN，τ=Q/A=201.6 kN/（2×102 cm2）=9.9 MPa<110 MPa。最大豎向位移為0.568 mm<4 000/400=10 mm。

（2）中縱梁受力計算。中縱梁受力如圖7所示。采用清華大學(xué)的結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進(jìn)行配合計算（計算偏保守，未考慮臨時支墩受力）得：最大彎矩為-182.1 kN·m，δ=M/W=182.1 kN·m/（2×1 430 cm3）=63.7 MPa<210 MPa。最大剪力為548.8 kN，τ=Q/A=548.8 kN/（2×102 cm2）=26.9 MPa<110 MPa。最大豎向位移0.388 mm<2 000/400=5 mm。最大反力為R3=1 000.1 kN。

4.3.4 鋼管立柱穩(wěn)定性計算

鋼管立柱直徑為609 mm，截面面積A=188.181 cm2，彎曲的計算長度Lx=650 cm，截面慣性矩Ix=84 423.116 cm4，容許長細(xì)比[λ]=150。根據(jù)中縱梁反力計算結(jié)果，鋼管最大反力為1 000.1 kN;同時，鋼管立柱承受縱梁斜撐傳遞的368.1 kN軸向壓力，故鋼管立柱承受的軸心壓力設(shè)計值=1 368.2 kN。回轉(zhuǎn)半徑ix=（Ix/A）1/2=（84 423.116/188.181）1/2=21.18 cm。長細(xì)比λx=Lx/ix=650/21.18=30.7<[λ]=150，剛度條件滿足要求。根據(jù)λ查表得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.933。穩(wěn)定性檢算：σ=F/（φA）=1 368.2 kN/（0.933×188.181 cm2）=77.9 MPa<210 MPa。

4.3.5 雙I18斜撐穩(wěn)定性計算

雙I18斜撐截面面積A=61.579 cm2，彎曲的計算長度Lx=240 cm，截面慣性矩Iy=1 624.105 cm4，容許長細(xì)比[λ]=150。斜撐豎向受力為368.1 kN，承受的軸力為1.414×368.1=520.49 kN，斜撐最大長度為239.78 cm，取值240 cm計算。回轉(zhuǎn)半徑ix=（Ix/A）1/2=（1624.105/61.579）1/2=5.14 cm。長細(xì)比λx=Lx/ix=240/5.14=46.7<[λ]=150，剛度條件滿足要求。根據(jù)λ查表得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.871。穩(wěn)定性檢算：σ=F/（φA）=（520.49 kN）/（0.871×61.578 9 cm2）=97 MPa<210 MPa。從以上計算可知，所有關(guān)鍵承載構(gòu)件均能滿足施工要求。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目連續(xù)梁0號段支架方案經(jīng)結(jié)構(gòu)承載驗(yàn)算及現(xiàn)場施工監(jiān)測，證明該方案的安全性、穩(wěn)固性、承載力等是符合施工要求的，并具有施工快速、沉降小、安全可行、低造價等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

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