大跨度預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆蓋梁支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

房 毅，廖 浪

（中交四航局珠海工程有限公司 珠海519080）

0 前言

國內(nèi)對(duì)于預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆蓋梁的主要施工方法有滿堂支架法、貝雷梁鋼管柱支架法［1］。而滿堂支架法施工不僅需要大面積的地基處理，而且對(duì)于大跨度且高度特別大時(shí)，滿堂支架法的安全性則無法保證，而且材料、人員的投入也較大，而貝雷梁鋼管柱支架法就很適用于高墩柱、大跨度的結(jié)構(gòu)施工中［2］。因此對(duì)于此類工程保證貝雷支架的安全穩(wěn)定就顯得極為重要。國內(nèi)基本上都從結(jié)構(gòu)的計(jì)算、受力體系及施工方法上對(duì)貝雷支架施工進(jìn)行探討及研究。本文以某G323跨線橋跨國道施工的鋼管柱貝雷梁組合設(shè)計(jì)為研究對(duì)象進(jìn)行論述。

1 工程概況

某G323跨線橋位于廣東省清遠(yuǎn)市連州市境內(nèi)，為路線跨越國道G323而建設(shè)，橋梁兩側(cè)與路基相連，交通便利。右幅7#墩、左右幅8#墩、左幅9##墩為預(yù)應(yīng)力蓋梁。左幅9#蓋梁尺寸為21 m×2 m×2 m，8#墩蓋梁尺寸為40.4 m×2 m×2 m，蓋梁中心間距最大19 m，鋼管柱最大間距為15 m。C50混凝土用量84 m3，共重約210 t。G323國道現(xiàn)狀路基寬10.5 m，路面為混凝土結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 某G323跨線橋平面布置Fig.1Layout Plan of Bayberry G323 Flyover Bridge

2 支架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鋼管柱貝雷梁支架由：鋼管柱基礎(chǔ)、鋼管、I45b次橫梁、砂箱、貝雷主橫梁1.5 m+8×3 m、I10分配梁等組成。鋼管柱地基采用50 cm厚C20條形基礎(chǔ)處理，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸為2 m×1.5 m，鋼管柱由φ630 mm、壁厚8 mm的鋼管組成?；炷林亓客ㄟ^I10分配梁傳遞到貝雷梁，再傳遞給鋼管柱及基礎(chǔ)。支架系統(tǒng)布置如圖2所示。

3 貝雷支架內(nèi)力及位移計(jì)算

3.1 荷載驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)荷載通過計(jì)算得出荷載為如表1所示，由于風(fēng)荷載較小，在貝雷支架的內(nèi)力及位移計(jì)算時(shí)僅考慮結(jié)構(gòu)恒載及施工活荷載［3］。

圖2 支架系統(tǒng)布置Fig.2 Layout of the Bracket System

表1 荷載計(jì)算Tab.1 Load Calculation

3.2 橫梁計(jì)算

支架系統(tǒng)采用間距0.3 m的I10型鋼做橫梁，橫梁長4.5 m，通過計(jì)算得出共需布設(shè)橫梁70根，橫梁采用間距0.3 m的工字鋼，作用長度為蓋梁底模寬度2 m，則作用在單根橫梁上的均布荷載：

q=21.06 kN/m

3.2.1 橫梁抗彎與擾度驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)受力如圖3所示，I10型鋼橫梁的彈性模量E=2.1×105MPa；慣性矩I=245 cm4；抗彎模量Wx=49 cm3。

圖3 橫梁受力圖Fig.3 Beam Force Diagram

從圖3可以得出最大彎矩Mmax=6.32 kN·m，σ=Mmax/Wx=6.32/（49×10-6）=128.94 MPa＜145 MPa，滿足要求。

滿足要求。

3.3 貝雷梁驗(yàn)算

貝雷梁采用單層3排，上下加強(qiáng)型貝雷片（標(biāo)準(zhǔn)貝雷片規(guī)格：3 000 mm×1 500 mm，加強(qiáng)弦桿高度10 cm）連接形成縱梁［5］，長25.5 m。

貝雷梁所承受的荷載為蓋梁混凝土自重通過I10工字鋼以集中力的形式傳遞到貝雷梁上，考慮到分配梁間距較小，所以貝雷梁所承受的荷載假定為均布荷載q，則：q=3 163.335/25.5=124.05 kN/m。

3.3.1 力學(xué)計(jì)算模型

建立的縱梁計(jì)算模型如圖4所示。

根據(jù)力學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)得知，最大彎矩為Mmax=2203kN·m

⑴ 貝雷片的允許應(yīng)力計(jì)算

彈性模量：E=2.1×105MPa

截面抵抗彎矩：Wx=23 097.4 m3；σ=Mmax/Wx=2 203/（2×23097.4×10-6）=47.69MPa＜［σ］=210MPa，滿足要求。

⑵ 貝雷片的允許彎矩計(jì)算

查《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》［5］第59頁，3排單層貝雷梁的允許彎矩：M=4 809.4×0.9=4 568.93 kN·m，取0.9的折減系數(shù)，上下加強(qiáng)型貝雷梁的允許彎矩應(yīng)不小于此計(jì)算值，故Mmax=2 203 kN·m＜M=4 568.93 kN·m。

⑶ 貝雷片的允許剪應(yīng)力計(jì)算

查文獻(xiàn)［5］得3排單層貝雷梁的允許剪力Q=698.9 kN。

由計(jì)算可知Qmax=993.51/2=496.75 N＜Q=698.9kN，滿足要求。

圖4 縱梁計(jì)算模型Fig.4 Longitudinal Beam Calculation Model

3.3.2 縱梁擾度計(jì)算

⑴ 貝雷片剛度參數(shù)［5］

彈性模量E=2.1×105MPa

慣性矩I=2 309 737.6 cm4（加強(qiáng)）

⑵ 縱梁最大擾度發(fā)生在縱梁中心位置

fmax=10mm＜［f］=l/400=37.5mm

兩端擾度fmax=1.3mm＜［f］=l/400=11mm

4 鋼立柱計(jì)算

鋼立柱截面采用直徑630 mm、壁厚8 mm的Q235鋼管，計(jì)算高度L=9 m，通過計(jì)算得截面所受軸力1 732.83 kN，則為每根鋼立柱所受軸力為1 732.83×1.2/2=1 039.7 kN（考慮不均勻系數(shù)1.2）。d=630 mm，d內(nèi)=614 mm，A=π×/4=15 632.1 mm2，I=π×（d4-

長細(xì)比λ=L/i=9 000/220=10.9

因鋼立柱為焊接圓形截面，則截面類型屬于b類截面［6］，查文獻(xiàn)［6］得φ=0.79，鋼管應(yīng)力σ=P/（Aφ）=1 039.7×103/（15 632.1×0.79）=84.2＜［σ］=140 MPa，故該鋼立柱截面軸心受壓穩(wěn)定性滿足要求。鋼立柱按歐拉壓桿穩(wěn)定公式驗(yàn)算得壓桿臨界力［7］Fcr=3.142×EI/L2，當(dāng)L=9 m 時(shí)，F(xiàn)cr=3.142×2.06×105×7.561×108/9 0002=18 959.232 kN。E為鋼材的彈性模量，取2.06×105MPa，I為立柱截面慣性模量；L為立柱的計(jì)算高度。穩(wěn)定系數(shù)K=18 959.232/1 039.7=18.2＞4.0（安全）。

5 地基處理

5.1 地基處理方法

由于跨國道部分的橋區(qū)覆蓋層主要為耕植土。因此對(duì)地基處理前需清理原地面的雜物、浮土、淤泥等；清除雜物后采用合格的路基填料分層填筑，用挖機(jī)整平，壓路機(jī)碾壓過后，使其承載力達(dá)到設(shè)計(jì)的承載力160 kPa。檢測地基承載力合格后，再在上面澆筑高出國道50 cm厚C20條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長寬尺寸為2 m×1.5 m。為防止基礎(chǔ)受雨水浸泡，避免產(chǎn)生支架的不均勻沉降，故對(duì)條形基礎(chǔ)1 m范圍內(nèi)進(jìn)行澆筑厚度為5 cm的C20混凝土，澆筑時(shí)在基礎(chǔ)兩邊設(shè)計(jì)2%的左右排水橫坡。

5.2 地基承載力計(jì)算

鋼管柱地基處理方式為：50 cm厚C20條形基礎(chǔ)（2 m×1.5 m）。

C20混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算P=N/A≤fck=10 MPa（fck=C20混凝土軸心抗壓強(qiáng)度），N=1 113.222 kN，A為底部加強(qiáng)鋼板，A=800 mm×800 mm=640 000 mm2，代入公式：P=N/A=1 113.222 kN/640 000 mm2=1.74 MPa，硬化混凝土滿足要求，故結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠。

6 工程實(shí)施

某G323跨線橋跨國道蓋梁施工采用貝雷梁鋼管柱支架法施工，地基平整壓實(shí)到達(dá)承載力要求后，在地基上澆筑條形基礎(chǔ)，并且預(yù)埋鋼板在條形基礎(chǔ)上。用φ630 mm、壁厚8 mm的鋼管與鋼板焊接成整體，在鋼管柱上安裝砂箱焊接牢固后，將雙拼I45b工字鋼安裝到砂箱上，作為枕梁，并且焊接φ25 mm短鋼筋固定工字鋼。枕梁上安裝單層3排，上下加強(qiáng)型貝雷梁，并且用φ20 mm對(duì)拉螺栓固定貝雷梁，然后在貝雷梁上安裝間距為30 cm的I10工字鋼，最后鋪鋼模板做底模，側(cè)模采用定型鋼模板。受力的傳遞路線為：混凝土及模板自重?分配梁?貝雷梁?I45b工字鋼?砂箱?鋼管柱?基礎(chǔ)。

蓋梁支撐系統(tǒng)如圖5～圖7所示。

鋼管柱式貝雷梁支架系統(tǒng)施工注意要點(diǎn)：①鋼管柱基礎(chǔ)必須保證穩(wěn)定，排水措施需到位。②鋼管柱的垂直度應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證鋼管柱的垂直受力，且鋼管柱的頂面高程要嚴(yán)格控制。③確保貝雷梁的大節(jié)點(diǎn)落于雙拼I45b工字鋼上，保證結(jié)構(gòu)的安全受力。④確保貝雷梁緊貼于墩柱，保證結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。⑤支架結(jié)構(gòu)的拆除順序應(yīng)與安裝順序相反，先支后拆，后支先拆［8］。

圖5 支架系統(tǒng)整體Fig.5 Overall View of the Bracket System

圖6 基礎(chǔ)與鋼管柱連接Fig.6 Connection between Foundation and Steel Pipe Column

圖7 貝雷梁間的連接Fig.7 Connection between Beley Beams

鋼管柱式貝雷梁支架安全性及實(shí)用性主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

⑴ 鋼管柱式貝雷梁支架系統(tǒng)最大程度地減小了對(duì)交通道路的影響，提高了既有道路的通行能力，也大大減少了材料、設(shè)備的投入使用，施工快捷方便，加快了施工進(jìn)度，提高了經(jīng)濟(jì)效益［9］。

⑵ 在貝雷梁下方設(shè)計(jì)了防護(hù)棚架最大程度上保證了交通的順暢。貝雷梁支撐系統(tǒng)相較于普遍的滿堂支架在施工高度的限制上大大減小，既能保證施工的便利，又能保證施工的安全性。

7 結(jié)論

本文通過對(duì)大跨度現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)及支架系統(tǒng)施工各工序的注意要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，工程結(jié)合了實(shí)際的施工情況，利用現(xiàn)有材料進(jìn)行施工，合理解決了跨國道施工的難點(diǎn)，并保證了施工的質(zhì)量及安全目標(biāo)［10］，節(jié)約了工期，使效益最大化，獲得了大跨度現(xiàn)澆施工貝雷支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的成功經(jīng)驗(yàn)，希望能給以后類似工程提供相關(guān)借鑒。