懸澆梁邊跨梁段支架設(shè)計(jì)、施工及受力檢算

趙上海

（中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，廣西 柳州 545005）

1 工程概況

蕪申運(yùn)河大橋位于江蘇省常州市溧陽市南渡鎮(zhèn)，跨越三級航道蕪申運(yùn)河，通航凈空為寬70m×高7m。全橋共有30個墩臺。孔跨布置：14×30m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁+（51+85+48）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+12×30m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁。墩臺均采用正交布置，全長971.2m。

連續(xù)梁兩個邊跨梁段分別位于14#和17#邊墩上，14#邊墩墩高8.75m，17#邊墩墩高8.41m。邊墩為兩根直徑Ф1.6m鋼筋混凝土門式柱墩，鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土實(shí)體蓋梁。上部結(jié)構(gòu)連續(xù)梁為三跨變截面單箱單室箱梁，頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。14#墩邊跨梁段長為7.42m，17#墩邊跨梁段長為4.34m,梁高均為2.3m，橋面寬度為13.5m。頂板厚度28cm，底板厚度由30cm漸變至60cm，腹板厚度由50cm漸變至70cm，翼板厚度由20cm漸變至65cm。

2 總體施工方案

根據(jù)柱墩及邊跨梁段的結(jié)構(gòu)類型、尺寸及0#塊支架已有鋼材、施工情況，經(jīng)對多方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面綜合比選及改進(jìn)后，擬以邊跨梁段最長、墩身最高的14#邊墩為設(shè)計(jì)對象，采用梁柱式鋼管支架。

梁柱式鋼管支架采用四點(diǎn)直徑?325mm、壁厚12mm鋼管支撐柱，其中距離橋墩較近的鋼管支撐柱立于承臺上，距離橋墩較遠(yuǎn)的鋼管支撐柱采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)，鋼管支撐柱水平桁撐采用鋼管焊接連接。柱頂布置縱向工字鋼主梁，主梁與柱頂設(shè)置調(diào)高沙桶，主梁上再布置橫向工字鋼分配梁，縱、橫向工字鋼接觸處采用焊接，形成受力整體。再在橫向工字鋼上鋪設(shè)縱向方木，縱向方木上鋪設(shè)竹膠板底模。邊跨梁段模板支架結(jié)構(gòu)如圖1所示，模板支撐平臺平面布置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 支架施工技術(shù)

3.1 混凝土樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)N5為直徑?1.25m，樁長L1=16.0m的C30鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)，采用鉆孔灌注樁施工。樁基礎(chǔ)與柱墩間縱向中心距離6.23m,樁基礎(chǔ)間橫向中心距離6.40m。樁基礎(chǔ)頂面預(yù)埋M25地腳螺栓，地腳螺栓應(yīng)采用定位鋼板準(zhǔn)確定位，并與樁基礎(chǔ)鋼筋骨架焊接牢固，防止地腳螺栓偏位，影響鋼管柱安裝施工。

圖1 邊跨梁段模板支架結(jié)構(gòu)示意圖（單位：cm）

圖2 模板支撐平臺平面布置結(jié)構(gòu)簡圖（單位：cm）

3.2 鋼管支撐柱

鋼管支撐柱N1采用直徑?325mm、壁厚12mm鋼管柱，鋼管柱間縱向中心距離3.98m，橫向中心距離6.40m。鋼管柱底部采用在承臺和樁基礎(chǔ)上預(yù)埋M25地腳螺栓連接，中部水平橫撐采用直徑?219mm、壁厚6mm鋼管焊接連接。支撐柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示，水平橫撐結(jié)構(gòu)布置如圖4所示。

圖3 支撐柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡圖（單位：mm ）

圖4 水平橫撐結(jié)構(gòu)布置簡圖（單位：cm）

3.3 縱向工字鋼主梁

在鋼管柱頂設(shè)置調(diào)高沙桶，再在沙桶頂順橋向布置縱向主梁N2。主梁N2采用雙拼2I45b工字鋼組合梁，單根長度8.0m，橫向中心距離5.94m。施工前調(diào)高沙桶需進(jìn)行預(yù)壓，施工時調(diào)高沙桶分別與兩根主梁和鋼管柱頂部上蓋板焊接牢固，確保支架整體穩(wěn)定性。

3.4 橫向工字鋼分配梁

橫向工字鋼分配梁N3設(shè)置在縱向工字鋼主梁N2上，采用15根I36a工字鋼，單根長度14.0m，分配梁工字鋼間距為40cm，橫向分配梁工字鋼與縱向主梁工字鋼采用焊接連接，以確保在工作狀況下整體受力。

3.5 縱向方木及底模

在橫向工字鋼上鋪設(shè)縱向方木，方木規(guī)格為10cm×10cm，腹板下間距為30cm，底板下間距為40cm，縱向方木上鋪設(shè)18mm厚竹膠板，以形成7.0m寬底模。

3.6 作業(yè)平臺及人行通道

縱向主梁工字鋼及橫向分配梁工字鋼均懸挑出邊跨梁段周邊外2.0m，其上滿鋪腳手板，作為操作平臺及人行通道，四周設(shè)置防護(hù)欄桿，上部護(hù)身欄桿高1.5m，下部護(hù)身欄桿距通道腳手板0.6m，并設(shè)置寬18cm的擋腳板。

3.7 支架預(yù)壓

為了檢驗(yàn)支架的承載能力、安全穩(wěn)定性，以及消除支架非彈性變形，取得支架彈性變形和非彈性變形的實(shí)測數(shù)值，為梁體施工提供數(shù)據(jù)參數(shù)，并作為線性調(diào)控的依據(jù)。在支架搭設(shè)完畢后，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行預(yù)壓處理，壓載選用砂袋（每袋1t，便于計(jì)算重量）。

支架承受的總荷載：

支架壓載前，在縱向工字鋼主梁上設(shè)置6個沉降觀測點(diǎn)，每根主梁在邊跨梁段水平投影位置均勻布設(shè)3個。觀測點(diǎn)位置要求明顯且不易被壓載沙袋遮擋或破壞，觀測點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)凸起以便于觀測。壓載時按照總荷載的0%→70%→100%→120%逐級進(jìn)行加載，加載前應(yīng)先對觀測點(diǎn)做好觀測記錄，每加載一級需要在加載完畢且穩(wěn)定2h后進(jìn)行觀測記錄，然后再進(jìn)行下一級加載，觀測程序類同。加載至120%荷載時，靜載24h后再次測量，直至同一個觀測點(diǎn)在沉降量不大于1mm后方可卸載。卸載按照加載逆順序逐級進(jìn)行，卸載的同時，同樣需要進(jìn)行觀測記錄。

4 支架結(jié)構(gòu)受力檢算

4.1 荷載計(jì)算

（1）結(jié)構(gòu)恒載按式（2）計(jì)算。

式中：γc為鋼筋混凝土重度，取26kN/m3。

梁端1.44m范圍受力直接作用于墩柱蓋梁上，根據(jù)不同梁段截面面積計(jì)算可得：。

（2）模板自重。模板體系主要為方木、竹膠模板、木框架和小鋼管。模板自重按式（3）計(jì)算。

式中：q1為模板重量，取2.5kN/m2[取自《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）第14頁]；A為邊跨梁段頂面積，取80.73m2。

（3）支架自重。支架結(jié)構(gòu)主要有鋼管支撐柱、中部水平桁撐、頂部水平剪刀桁撐、縱向工字鋼主梁和橫向工字鋼分配梁。通過對各桿件計(jì)算，支架約占箱梁結(jié)構(gòu)恒載的15%，故：

計(jì)算可得：支架自重Q3=0.15×1699=254.9kN。

（4）施工人員及機(jī)械活載按式（5）計(jì)算。

式中：施工人員及機(jī)械面荷載q2=1.0kN/m2[取自《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 166-2008）第13頁]。

（5）設(shè)計(jì)計(jì)算荷載按式（6）計(jì)算。

式中：1.2為恒載系數(shù)；1.4為活載系數(shù)。

4.2 支架結(jié)構(gòu)受力分析及計(jì)算

（1）鋼管支撐柱受力分析及計(jì)算。鋼管支撐柱直徑?325mm、壁厚12mm，材質(zhì)Q235，其幾何特征為：截面面積A=118.00cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=11.07cm，彈性模量E=2.1×105MPa，允許抗拉抗壓應(yīng)力f=215MPa。鋼管支撐柱N1受力如圖5所示。根據(jù)圖5進(jìn)行受力分析可知，每根鋼管支撐柱N1承受荷載為式（7）。

鋼管柱支撐高度L=9.6m，中間設(shè)置一道桁撐，自由受壓長度L0=4.8m，則鋼管支撐柱長細(xì)比：

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017－2003）查附錄C中表C-1可得，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.933[1]，則鋼管支撐柱允許承載能力：

安全儲備系數(shù)：

鋼管支撐柱壓縮量：

以上均滿足要求。

（2）縱向工字鋼主梁受力分析及計(jì)算。雙拼2I45b工字鋼主梁，材質(zhì)Q235。其幾何特征為截面面積A=222cm2，慣性矩I=67518cm4，截面抵抗矩W=3000cm3，彈性模量E=2.1×105MPa。單根縱向工字鋼主梁N2受力如圖6所示。

圖5 鋼管支撐柱N1受力簡圖

圖6 單根縱向工字鋼主梁N2受力簡圖

根據(jù)圖6進(jìn)行受力分析可知，單根縱向工字鋼主梁N2承受荷載為：

①強(qiáng)度驗(yàn)算。

②撓度驗(yàn)算。由力學(xué)可得，主梁N2在最大正彎矩區(qū)間內(nèi)作用一單位荷載q=1的狀態(tài)下：

以上均滿足要求。

（3）橫向工字鋼分配梁受力分析及計(jì)算。I36a工字鋼分配梁N3，材質(zhì)Q235。其幾何特征為截面面積A=76.48cm2，慣性矩I=15800cm4，截面抵抗矩W=875cm3，彈性模量E=2.1×105MPa。單根橫向工字鋼分配梁N3受力如圖7所示。

圖7 單根縱向工字鋼主梁N2受力簡圖

根據(jù)圖7進(jìn)行受力分析可知，單根橫向工字鋼分配梁N3承受荷載為：

①強(qiáng)度驗(yàn)算。

②撓度驗(yàn)算。由力學(xué)可得，分配梁N3在最大正彎矩區(qū)間內(nèi)作用一單位荷載q=1的狀態(tài)下：

以上均滿足要求。

（4）樁基礎(chǔ)受力分析及計(jì)算。樁基礎(chǔ)N5為直徑?1.25m，樁長L1=16.0m的C30鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。橋基地質(zhì)基本承載力σ0=100kPa，抗剪切允許強(qiáng)度τ0=30kPa，樁基礎(chǔ)N5承受荷載F=675kN，通過式（26）計(jì)算可得樁基礎(chǔ)N5允許承載能力，式（27）可得安全儲備系數(shù)，均滿足要求。

（5）桁撐受力分析及計(jì)算。桁撐N4采用?219mm，壁厚6mm，材質(zhì)Q235，其幾何特征為截面面積A=40.15cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=7.53cm，允許抗拉抗壓應(yīng)力f=215MPa。

①按受拉桿件工況計(jì)算，桁撐N4允許抗拉能力：

桁撐N4中BD桿最長約L2=7.54m，取BD桿為計(jì)算對象。鋼管支撐柱BD間距b=7.54 m，柱高L=9.6 m，鋼管支撐柱軸向壓力Ncr=R=67kN。參考童根樹先生[2]《柱間水平撐桿設(shè)計(jì)方法》第131頁公式（49）可知：桁撐N4中BD桿的承拉能力應(yīng)滿足：

由于桁撐N4中BD桿聯(lián)結(jié)2根鋼管支撐柱，則n=2；按《路橋施工計(jì)算手冊》第789頁鋼構(gòu)件容許最大長細(xì)比的相關(guān)規(guī)定，取λ=[λ]=150[3]，計(jì)算可得：

②按受壓桿件工況計(jì)算，桁撐N4中BD桿長細(xì)比：

以上均滿足要求。

5 結(jié)束語

針對懸澆連續(xù)梁邊跨梁段，合理選擇支架結(jié)構(gòu)形式，可以保證施工安全，提高施工質(zhì)量，縮短施工工期，節(jié)約施工成本。文章結(jié)合墩柱和邊跨梁段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分利用0#塊支架已有鋼材對邊跨梁段支架進(jìn)行設(shè)計(jì)。該支架方案無需在墩柱和蓋梁上埋設(shè)預(yù)埋件，保證了工程外觀質(zhì)量，為工程創(chuàng)優(yōu)提供保障。施工實(shí)踐證明，支架承載能力大、剛度大、穩(wěn)定性好、變形小、安拆方便，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益方面均取得了良好效果，為類似懸澆連續(xù)梁邊跨梁段施工提供借鑒。