王家口特大高架橋現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱梁施工支架分析計算

姚 力

（甘肅省蘭州公路局，甘肅 蘭州730030）

1 箱梁設計簡介

1）王家口特大高架橋位于G6京藏高速公路甘肅省與青海省交界處，大橋由左右分離式斷面組成。橋梁上部為8跨現(xiàn)澆預應力連續(xù)箱梁 （總長295m）和每聯(lián)6×40m預制預應力T梁（總長720m），8號柱墩為箱梁與T梁的過渡墩。箱梁下部為無墩帽的圓柱墩，3～6號為單柱墩，砼承臺，4根Φ1500mm群樁；其余為雙柱墩，2根Φ1800mm樁；0號臺為樁基礎。

2）箱梁左幅第1孔（右幅第8孔）跨徑24m、第5孔跨徑55m、其余孔跨徑36m，蘭西鐵路和國道109線（王家口處）從第5孔下穿且斜交35°～39°；施工支架比較復雜。

2 支架施工分析計算

現(xiàn)澆箱梁支架采用落地式滿堂支架，箱梁考慮10mm預拱度（正拱），在頂托上調整。在砼澆筑前對支架進行預壓，預壓重量為箱梁自重和施工荷載之和的85%。理論上箱梁現(xiàn)澆完成4孔時才能進行體系轉換，因此支架搭設多于4孔。

2.1 支架地基及基礎

1）地基允許承載力計算：半幅箱梁砼平均9.25m3/m，鋼材17.6KN/m，自重 9.25m3/m×26KN/m3=241KN/m；模板實重39KN/m、支架42KN/m；施工人員和機具等按 2.5Kpa，2.5KPa×12m（支架寬）=30KN/m，振搗砼按2.0Kpa，2.0KPa×12m=24KN/m；即沿橋縱向q=241+39+42+30+24=376KN/m;取1.2m為計算單元，立桿間距為60×60cm，梁底板寬B=8m，則立桿根數(shù)n=2×（8/0.6）=27，立桿基礎采用 20×20cm 方木或25×25cm砼條，單根立桿基礎底面積按A=0.2×0.5=0.1m2，支架搭設沿橋橫向半幅12m寬。現(xiàn)按最不利因素考慮，即全部荷載由箱梁底板下立桿傳遞到地基上，[δ]=P÷（nA）=376×1.2÷(27×0.1)=167Kpa。

2）清除支架所在位置的地面雜草、雜物、腐植土，將地面整平碾壓，鋪筑厚75cm天然砂礫，每層壓實度95%以上，經(jīng)測定地基承載力均在240Kpa以上，能滿足允許承載力，然后鋪設方木或現(xiàn)澆砼條形基礎，在基礎之間設小溝，防止積水。

2.2 支架搭設

1）支架采用滿堂扣件式鋼管作為現(xiàn)澆支架；鋼管為 Φ48，δ=3.5mm，A=489mm2。立桿采用對接扣件，布設間距沿橋縱向60cm，橫向60cm。立桿頂端安裝頂托，在頂托凹槽內擱置15×15cm方木或I20a工字鋼，其上安放箱梁底模；立桿底墊15×15cm厚10mm鋼板支墊。箱梁重量由立桿傳遞。沿橋橫向橫桿與立桿基礎相接觸開始向上布設；沿橋縱向橫桿與橫向橫桿相接觸開始向上布設；橫桿步距120cm。滿堂支架四邊和中間每隔四排立桿設置一道沿橋縱向斜撐，從底至頂連續(xù)設置；兩端和中間每隔四排立桿從頂層開始向下每隔兩步設置一道沿橋橫向斜撐。支架如圖1所示。支架內力驗算（半幅）：

圖1 滿堂支架示意

（1）頂托槽內方木驗算

方木可視為均布荷載三等跨連續(xù)梁，作用在方木上的均布荷載g=[(lq1)/2]/B=[(0.6×(241+39+30+24))/2]/8=12.525KN/m。

①彎矩 Mmax=0.08gl2=0.08×12.525×0.62=0.361KN.m

截面模量 Wij=bh2/6=0.15×0.152/6=5.625×10-4m3

σw=Mmax/Wij=0.361/(5.625×10-4)=64.2×104N/m2=0.64MPa<[σw]=14.4MPa

②方木慣性矩 I=bh3/12=0.15×0.153/12=0.42×10-4m4fmax=0.677gl4/100EI=0.677×12.525×0.64/(100×9×106×0.42×10-4)=0.03×10-3m

fmax<[f]=l/400=0.6/400=1.5×10-3m，滿足要求，與方木比較工字鋼也滿足。

E——木材彈性模量

σw——順紋彎應力

f——撓度

E、[σw]、[f]從《土木工程手冊》查取

（2）立桿計算

取1.2m跨計算，按最不利因素考慮，即箱梁全部重量及施工荷載由底板下支架承重，縱向立桿1.2÷0.6=2排，橫向立桿8÷0.6=14排，立桿根數(shù)n=2×14=28 根，1.2m 跨荷載 q1×1.2=334×1.2=400.8KN，1根立桿N=400.8÷28=14.3KN。縱向橫桿步距1.2m，查立桿回轉半徑i=15.78mm，長細比λ=l/i=76，查得φ=0.676。

[N]=φA[σ]=0.676×489×215=71.1KN，N<[N]滿足要求。

φ——軸心受壓構件縱向彎曲系數(shù)

[σ]——鋼材強度極限值

i、φ、A、[σ]從《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》查取。

2）跨蘭西鐵路采用門式鋼支架，沿鐵路跨徑8m，斜交方向10.5m(立柱中對中)，斜交方向全寬36m。門架凈高7m。支架立柱采用φ219mm，δ=7mm的鋼管，立柱間距3m，共13根。相鄰立柱間用75X5角鋼交錯焊接。立柱基底填筑30cm三七灰土，50×50cm砼條形基礎。鋼管頂端焊接厚25mm厚鋼板，然后將兩I40a工字鋼對焊后再焊到鋼板上。沿跨徑方向鋪設工字鋼梁，采用I40a型，間距50cm鋪設，共73根。工字鋼梁上鋪20cm×20cm方木，方木上搭設與2.2.1條相同的滿堂支架，空檔部分用竹排等封閉，防止墜物。門架如圖2所示。

圖2 跨鐵路門架示意

1根立柱截面應力驗算（近似為均布荷載）：

支座反力：Ra=Rb=(2q1)L/2=2×334×10.5÷2=3507KN；單根立柱承受荷載N=3507KN÷13=269.769KN=269769N。

應力 σ=N/A=269769/4660mm2=58MPa<[σ]=140MPa，滿足要求。

1根工字鋼強度驗算（單跨近似為均布荷載）：

彎矩 Mmax=[(2q1)/n]×L2/8=[（2×334）/73]×10.52/8=126.108KNM。

應力 σmax=Mmax/W=126.108×106/(1085.7×103)=116MPa<[σ]=145MPa。

W——截面抵抗彎矩，從《鋼結構設計手冊》查取 I40a，W=1085.7cm3。

3）跨109國道采用雙門式鋼支架，沿公路單跨4m，斜交方向5.25m(立柱中對中)，斜交方向全寬36m。門架凈高5m。b端立柱間距2.4m，共16根；a、c端立柱間距4.5m，一側9根。工字鋼梁采用I32a型，間距90cm鋪設，共41根。其余均與2.2.2條相同。雙門架如圖3所示。

（1）1根鋼管立柱驗算（近似為均布荷載）：

圖3 跨G109線雙門架示意

支座反力：Ra=Rc=3(2q1)L/8=3×(2×334)×5.25/8=1315.125KN;Rb=2(2q1)l-2Rc

=2×(2×334)×5.25-1315.125×2=4383.75KN。

a、c端1根立柱承受力N=1315.125÷9=146.125KN;

σ=N/A=146.125×103N/4660mm2=31.4MPa<[σ]=140MPa，滿足要求。

b端1根立柱承受力N=4383.75÷16=273.984KN;

σ=N/A=273.984×103N/4660mm2=58.8MPa<[σ]=140MPa，滿足要求。

（2）1根工字鋼強度驗算（雙等跨近似為均布荷載）：

彎矩 Mmax=9[(2q1)/n]L2/128=9×[(2×334)/41]×5.252/128=31.58KNM。

應力σmax=Mmax/W=31.58×106/(692.5×103)=45.6MPa<[σ]=145MPa。

W——截面抵抗彎矩，從《鋼結構設計手冊》查取 I32a，W=692.5cm3。

2.3 底模平臺

在立桿鋼管頂端安裝頂托，調整頂托的螺栓使其升高或降低以保證梁體標高，同時還可做卸架設備；在頂托凹槽內沿橋橫向鋪設15×15cm方木或I20a工字鋼，間距與立桿間距同。

2.4 安裝箱梁底模板

底模采用2×2m為主的組合鋼模板，板厚8mm，模板平整，接茬平順；同時安裝箱梁盆式支座。

2.5 支架預壓

支架經(jīng)過預壓，可將支架缺陷及時消除，如基礎沉陷，支架回彈等。

1）預壓所用材料。左幅橋用<2cm碎石，右幅橋用中粗砂。

2）設沉降觀測點。在支架基礎上橫向3m，縱向4m設觀測點。每天進行觀測。

3）全部壓重為梁體自重及施工荷載之和的85%，即 360.75KN/m×85%=306.6KN/m，306.6×103N/m÷9.8N/kg=31286kg/m。按材料堆積密度換算每延米的體積，用編織袋裝砂或碎石碼在底模兩邊，中間堆積預壓材料，全梁均布滿壓。

4）一次預壓長度：本橋1跨。

5）一次預壓時間：最短1個月。

6）架體卸載后，對各點進行一次觀測，得出支架卸載后的回彈量，從頂托調整回彈量，同時將預拱度考慮在內，此時的標高即能滿足梁體設計要求。觀察支架，將支架缺陷修復。

2.6 觀測

當上跨支架預壓完成后，轉移預壓材料至下跨，可進行上跨現(xiàn)澆預應力連續(xù)箱梁施工

2.7 卸架

當半幅橋的箱梁完成4節(jié)（一節(jié)為一跨+7m）或全部完成時，可以開始依次逐孔拆卸支架和底模進行周轉使用，支架的卸落應對稱、均勻有順序地從跨中向兩端進行。

3 結束語

現(xiàn)澆砼箱梁施工支架每座橋梁各有特點，不盡相同，計算相對復雜，且至關重要，稍有不慎肯定引起施工質量，本橋建成通車至今，橋梁完好無損，說明支架計算分析可行，可以供同類工程參考。