鋼管柱模板支撐系統(tǒng)在大跨度連續(xù)梁0號段的應(yīng)用

唐佐忠

摘要：本文結(jié)合益婁高速公路中陽大橋主跨連續(xù)梁0號段現(xiàn)澆施工實踐，闡述了在大跨度連續(xù)梁0號段現(xiàn)澆施工時，以鋼管柱作為承載主體的模板支撐系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)，及對支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)承載情況進(jìn)行分析及驗算的方法，以指導(dǎo)工程實踐。

Abstract： Based on the practice of cast-in-place construction of the continuous beam of main span of Section 0 of Zhongyang Bridge in Yilu Expressway， this paper expounds the application of the formwork support system with steel tube column as the main body during cast-in-place construction of the long span continuous beam， and the analysis and checking methods of the structure bearing condition of the support system to guide the engineering practice.

關(guān)鍵詞：大跨度連續(xù)梁；0號段；模板支撐系統(tǒng)；鋼管柱；承載驗算

Key words： long-span continuous beam；section 0；template support system；steel pipe column；bearing check

中圖分類號：U448.21+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0133-03

0 引言

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，鐵路、公路及市政項目中橋梁工程的連續(xù)梁向著跨度更大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、質(zhì)量要求更高等方向發(fā)展，所以連續(xù)梁0號段尺寸也日趨大型化，故連續(xù)梁0號現(xiàn)澆施工時的模板支撐系統(tǒng)要求具有更強的承載能力和更高安全穩(wěn)定性。以往施工所采用的傳統(tǒng)支撐技術(shù)及材料已難以滿足大跨度連續(xù)梁0號段現(xiàn)澆施工的要求，需要創(chuàng)造性地使用新技術(shù)、新工藝和新材料，以滿足承載及安全施工的要求，并達(dá)到技術(shù)性，先進(jìn)性，經(jīng)濟性與實用性相結(jié)合，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的雙豐收。

在益婁高速中陽大橋大跨度連續(xù)梁0號段現(xiàn)澆施工中，采了施工簡便、承載能力強、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鋼管柱模板支撐系統(tǒng)，滿足了承載要求、保證了質(zhì)量、確保了安全，同時節(jié)約資源、加快工期，取得社會和建設(shè)單位信譽。

1 工程概況

益婁高速公路中陽分離式立交大橋，全長329.28m。其中主孔跨徑組合為（56+96+56）m，采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁上跨滬昆鐵路。大橋連續(xù)梁頂寬為12.5m，底寬8.5m。主墩箱梁0號塊長12m，0號塊根部高6.8m，端頭為6.451m，底板厚度為76.1cm，頂板厚度為40cm，腹板厚為通長的80cm，橫隔板厚度為110cm，箱梁0號塊混凝土為C55級，混凝土數(shù)量303.7m3，梁段重804.5t。0號塊鋼筋量59.5t，0號塊張拉的鋼絞線為2.87t，豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋為3.27t。

兩個主墩高度均為10.12m，周邊為軟弱地層。

2 支撐系統(tǒng)的比選

在設(shè)計0號段模板支撐系統(tǒng)時，首先考慮了在墩頂設(shè)置托架的方案，并擬定了3種不同的支撐方式進(jìn)行評估。因本項目0號段尺寸及重量大，經(jīng)按施工荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及驗算時，結(jié)果表明3種不同的托架方案均需采用大尺寸型鋼進(jìn)行托架的制作，不僅具有耗材多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大等缺點，且因預(yù)埋構(gòu)件及結(jié)構(gòu)電焊連接部位多，存在較大的質(zhì)量及安全風(fēng)險，故不建議采用墩頂設(shè)置托架的方案。

隨后對采用滿堂鋼管支架的方案進(jìn)行專家論證，認(rèn)為其存在承載不足、沉降量過大、地基處理工程量大、所需材料多、工期長及造價高等諸多不利因素，故滿堂鋼管支架方案不作為本項目的備選方案。

最終參考以往的施工經(jīng)驗，結(jié)合本項目0號段的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行了多次專家分析論證，決定采用鋼管柱作為承載主體的模板支撐系統(tǒng)，其具有施工快簡便、快速、承載能力強、沉降量少及造價低等優(yōu)勢。

3 鋼管柱支撐系統(tǒng)的設(shè)計方案

主墩0號段長度為12m，采用鋼管柱支架法施工。經(jīng)多次優(yōu)化的最終方案如下。

承臺、墩身澆筑時，承臺面預(yù)埋3組立柱底部預(yù)埋鋼板，墩身中部預(yù)埋三組附著連接預(yù)埋件，墩頂預(yù)埋3組高強螺栓（M27-10.9級）及定位鋼板；立柱采用500×16mm鋼管柱，鋼管立柱之間用[14槽鋼橫向聯(lián)接。支柱頂為加大受力面設(shè)置直徑80cm法蘭盤，鋼管柱頂上擺放的橫梁為雙拼45b工字鋼，橫梁上的縱梁為雙拼56c工字鋼，支架縱橫梁間采用U型螺栓卡加鋼板進(jìn)行連接固定。支架縱梁上鋪設(shè)雙肢32b槽鋼作為小橫梁，小橫梁上按間距為40cm鋪設(shè)32b槽鋼作分配梁。每組雙肢工字鋼梁及槽鋼梁加設(shè)鋼綴板焊接成整體。各節(jié)點焊接連接部位按設(shè)計圖設(shè)置端板，端板厚不小于15mm。

借用掛籃底模系為0號段底模，安裝時將底模系進(jìn)行整體安裝，在縱梁上底模支撐點處設(shè)置鋼支柱或方木進(jìn)行支墊調(diào)高，保證底模系受力均勻。

邊模在兩側(cè)利用掛籃邊模，墩頂部分采用小塊鋼模和膠合板，采用？準(zhǔn)48架管進(jìn)行搭設(shè)懸挑支架，架管縱向間距為100cm，橫向間距為50cm，豎向步距為100cm，并增設(shè)部分斜桿、掃腳桿及支撐點加密桿。

內(nèi)模采用小塊鋼模，部分倒角模板采用膠合板，內(nèi)模架采用？準(zhǔn)48架管進(jìn)行搭設(shè)支護(hù)骨架，架管縱向間距為100cm，橫向間距為60cm，豎向步距為100cm。

腹板兩側(cè)模型采用間距90cm，采用Φ22鋼筋拉桿進(jìn)行對拉，并在豎向每隔120cm設(shè)置一組Φ22鋼筋拉桿對兩側(cè)腹板進(jìn)行通拉固定。

鋼管柱支撐系統(tǒng)見圖1、圖2所示。

4 鋼管柱模板支撐系統(tǒng)預(yù)壓方案

4.1 堆載預(yù)壓目的

大尺寸0號段的模板支撐系統(tǒng)對安全性、穩(wěn)定性要求非常高，故整個支架系統(tǒng)拼裝完成后，需要對支架實施承載預(yù)壓，以實測支撐系統(tǒng)的非彈性變形，驗證支撐系統(tǒng)的承載能力；同時消除非彈性變形值；確保支架的使用安全。

4.2 加載材料

預(yù)壓采用堆載的方式，堆載材料為C20混凝土預(yù)制塊，尺寸大小為1.0×1.0×0.6m，單塊重量約為1500kg，在預(yù)制塊上設(shè)2根？準(zhǔn)20鋼筋吊環(huán)，以便進(jìn)行吊裝，用磅秤對預(yù)制塊進(jìn)行準(zhǔn)確稱重，并在預(yù)制塊上標(biāo)識重量，以確保按設(shè)計重量進(jìn)行堆載。

4.3 加載重量及方法

①加載重量。

加載重量按照施工時最大荷載的1.2倍配重，考慮施工荷載和施工的安全系數(shù)計算出壓重的數(shù)量。加載總重量為（0號節(jié)段施工重量減墩頂3.8m重量）的1.2倍超載系數(shù)加上模板重量。模板重量考慮30t。支架堆載預(yù)壓采用分級加載的方法進(jìn)行。壓重的先后順序應(yīng)按照混凝土的澆筑順序進(jìn)行，先澆筑混凝土的部位先壓重，后澆筑混凝土的部位后壓重，荷載分別按設(shè)計荷載的60%、80%、100%、120%進(jìn)行。

②加載方法。

首先，利用現(xiàn)有0#段外側(cè)模板將預(yù)壓范圍進(jìn)行支護(hù)。然后，將底部用砂袋墊平，擺放第一排第一層預(yù)壓塊，再利用砂袋將底部墊平，擺放第二排第一層預(yù)壓塊；依次將第一層擺放完成，擺放第二層預(yù)壓塊，直至達(dá)到堆載預(yù)壓重量。

③底模標(biāo)高計算及調(diào)整。

按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行了預(yù)壓時沉降點的設(shè)置和觀測，對觀測所得數(shù)據(jù)按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理，計算支架的彈性變形量，按設(shè)計預(yù)拱度計算底模標(biāo)高，并調(diào)整底模至設(shè)計標(biāo)高，以確保梁段線型。

5 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)承載驗算

5.1 荷載計算

①懸臂端重：懸臂單側(cè)長度4.2m，以懸端根部斷面進(jìn)行混凝土數(shù)量計算，其結(jié)構(gòu)趨于保守，得混凝土體積為80.3m3，則其重G1=80.3×26=2088kN。

②懸臂端底模、標(biāo)高調(diào)節(jié)支架及分配梁重：G2取60kN。

③側(cè)模（含翼緣板、模板加固桁架片）重：G3=150kN（按：2×250kg/m2×6.8高×4.2長=142.8kN，按150kN計）。

④內(nèi)模及支撐重：G4=50kN（內(nèi)模采用木模、支撐采用小鋼管）。

⑤施工活載包括作業(yè)人員荷載及機、料、具、混凝土搗固及混凝土澆筑沖擊荷載等，按2kN/m2，箱梁寬12.5m。合計：G5=12.5×4.2×2=105kN。

⑥支架自重（不含鋼管柱）：經(jīng)計算得G6=65kN。

則0號塊單側(cè)懸臂段施工荷載合計為：2518kN，將所有荷載簡化成作用于梁段底板下的均布荷載，底板寬8.5m。則得：均布荷載值=2518/（4.2×8.5）=70.5kN/m2。

5.2 分配梁32b槽鋼

分配梁采用32b槽鋼，其力學(xué)參數(shù)：A=55.1cm2；W=509.012cm3；I=8144.2cm4；E=2.1×1011Pa。

分配梁間距0.4m。按受線性均布荷載的簡支梁進(jìn)行計算，則有q=70.5×0.4=28.2kN/m，其計算工況如圖3所示。

計算得分配梁最大彎矩：Mmax=17.73kN·m；最大剪力：Qmax=38.85kN；支點反力R1=61.41kN；支點反力R2=57.03kN；撓度=1.5mm。則有：

彎拉應(yīng)力：σ=Mmax/W=17.73×103/（509.012×10-6）=34.8MPa<180MPa

剪應(yīng)力：Τ=Qmax/A=38.85×103/（55.1×10-4）=7.1MPa<180MPa

橫梁撓度：f=1.5mm

故強度、剛度均滿足要求！

5.3 雙肢32b槽鋼小橫梁

由分配梁32b槽鋼的支點反力可知，近橋墩的小橫梁承受的荷載為最大，因分配梁的布置較為密集（間距0.4m），將小橫梁簡化成受線性均布荷載的連續(xù)梁進(jìn)行計算，則有q=61.41/0.4=153.5kN/m，其計算工況如圖4所示。

計算得小橫梁：Mmax=174.32kN·m，Qmax=285.11kN，支點反力R1=367.3kN，支點反力R2=570.2kN，支點反力R3=367.3kN，撓度=2.1mm。則有：

彎拉應(yīng)力：σ=Mmax/W=174.32×103/（2×509.012×10-6）=171.2MPa<180MPa

剪應(yīng)力：Τ=Qmax/A=285.11×103/（2×55.1×10-4）=25.8MPa<180MPa

橫梁撓度：f=2.1mm

故強度、剛度均滿足要求！

5.4 雙拼56c工字鋼縱梁

56c工字鋼力學(xué)參數(shù)：A=157.85cm2；W=2551.41cm3；I=71439.4cm4；E=2.1×1011Pa。

由小橫梁的反力計算數(shù)據(jù)可知，中間雙拼56c工字鋼縱梁所承受的小橫梁傳遞的荷載為最大，故對中間雙拼56c工字鋼縱梁進(jìn)行承載檢算。同時計算得遠(yuǎn)離橋墩小橫梁傳遞給工字鋼縱梁的荷載為529.5kN。雙拼56c工字鋼縱梁按圖5所示工況進(jìn)行承載驗算。

計算得縱梁：Mmax=635.4kN·m，Qmax=529.5kN，支點反力R1=125.0kN，支點反力R2=974.7kN，撓度=2.4mm。則有：

彎拉應(yīng)力：σ=Mmax/W=635.4×103/（2×2551.41×10-6）=124.5MPa<180MPa

剪應(yīng)力：Τ=Qmax/A=529.5×103/（2×157.85×10-4）=167.7MPa<180MPa

橫梁撓度：f=2.4mm

故強度、剛度均滿足要求！

5.5 鋼管受力驗算

所受軸向集中力為F=雙拼56c工字鋼縱梁R2+鋼管柱自重=974.7+195=1169.7kN。

6 結(jié)束語

本項目綜合考慮技術(shù)可行性、安全可靠性及經(jīng)濟合理性，并對方案進(jìn)行多次評估及優(yōu)化，最終確定了以鋼管柱為結(jié)構(gòu)承載主體的大尺寸0號段模板支撐系統(tǒng)。并精心組織施工，嚴(yán)格進(jìn)行支架的沉降變形監(jiān)測。監(jiān)測的結(jié)果表明，支架沉降變形小，結(jié)構(gòu)安全可靠。成型后的0號段外形線條順直，符合設(shè)計要求。證明了本項目采用的支架方案是技術(shù)可行、安全可靠的，對此類大尺寸0號段現(xiàn)澆施工有一定借鑒價值。

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