鋼結構臨時支架在實例項目中可靠性分析與應用

王曰亭 WANG Yue-ting

（中鐵二十五局集團第五工程有限公司，青島 266109）

0 引言

常規(guī)鋼拱橋施工往往采用兩種方法，一是先梁后拱支架法施工，即先搭設臨時支架施工系梁，然后在系梁上再搭設支架拼裝拱肋，該方法適合橋址區(qū)域地質地形較好且下方交通通行量較少的情況，缺點是施工周期較長，必須待下部結構施工完畢后方可進行拱橋上部施工。二是采用纜索吊吊裝施工，該方法適合拱橋跨越深谷或較寬的水域的情況，但該施工工藝成本很高，拱肋的吊裝危險性較大，安裝精度不容易控制。在杭州市湖州區(qū)南林大橋項目106m 下承式鋼桁架拱橋施工中，由于該拱橋所跨越的主航道橋部分施工場地狹小，工期緊張且橋址范圍有污水管線，從安全、工期及成本因素綜合考慮，采用岸邊整體拼裝然后頂推到位的施工工藝是最佳的施工方案。但由于拱橋在岸邊進行拼裝和頂推，臨時支架受力復雜。針對上述情況，項目部根據(jù)現(xiàn)場實際情況對臨時支架位置進行詳細規(guī)劃，同時對支架受力進行受力模擬計算，使得臨時支架同時滿足了鋼拱橋施工要求。該支架結構簡約明確，不但保證了支架的穩(wěn)定性和安全性，而且減少了支架的安裝和拆除工作量，降低了施工措施費用。通過現(xiàn)場實際使用，該臨時支架在鋼結構拼裝和頂推施工中取得很好的效果。

1 工程概況

湖州區(qū)吳越大道—南林路呈南至北走向，起點位于吳越路—強華路交叉口，樁號NK0+729，終點位于適園路交叉口，樁號NK2+392，道路全長1663km。主線橋全長917m，其中主航道橋長106m，兩側跨線橋總長811m。SW匝道橋梁樁號范圍SWK0+073.83～SWK0+622.43，全長548.6m；SE 匝道橋梁樁號范圍SEK0+174.082 ～SEK00+486.057，全長311.975m；ES 匝道橋梁樁號范圍ESK0+235.000～ESK1+049.136，全長814.136m；WS 匝道橋梁樁號范圍WSK0+210.619～WSK0+509.619，全長299m。

106m 長下承式鋼桁架拱橋上跨主航道，樁號范圍K1+355.000～K1+461.000，主航道兩岸均為平坦地形，臨時支架范圍內地面標高為6.5m-6.8m，地層表面為泥結碎石，表層下0.6-0.8mm 之間為強風化巖，0.8m 以下為中風化或弱風化巖，臨時支架范圍內地質狀況良好，可滿足地基承載力要求。拱肋是由上拱肋、下拱肋及腹桿組成的桁架結構；主拱設置鋼系梁，系梁與拱肋進行固結；主梁由橋面系及橫梁組成，主梁與系梁及拱肋均采用固結形式連接。兩個雙拱肋之間的中心距為26.8m。上下弦桿在拱頂處豎向中心間距為5.0m。上下弦桿均采用同心圓曲線。腹桿在中跨連接上、下弦桿，采用X 形斜腹桿的形式。見圖1。

圖1 鋼桁架拱橋總體結構示意圖

2 臨時支架設計結構

鋼桁架拱橋拼裝時需在靠近南岸布置約100m 長臨時支架，用于支撐鋼桁架拱橋；在靠近河兩岸橋礅內側布置臨時支柱，主橋前端設置40 米導梁，用于支撐鋼桁架拱橋和頂推施工。見圖2。

圖2 臨時支架支撐鋼拱橋示意圖

臨時支架截面尺寸為2.5m×2.5m，采用分節(jié)段制作，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，共分為3m、6m、9m、12m 四種高度的節(jié)段，每節(jié)立柱之間采用法蘭盤螺栓連接。立柱采用φ325*8mm Q235 鋼管，鋼管立柱橫向之間需采用[14b 槽鋼聯(lián)結系相連，確保立柱橫向穩(wěn)定性，平聯(lián)、斜撐與立柱之間均采用連接板進行焊接，連接板厚度12mm。立柱頂部設置雙拼25 工字鋼做為受力分配梁。見圖3，圖4。

圖3 臨時支架與鋼拱橋橫向位置布置示意圖

圖4 臨時支架與頂推滑道梁位置示意圖

3 支架受力驗算

3.1 材料容許應力值

依據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017-2017）第4.4.8 條，鋼材的材料特性如表1 所示。

表1 鋼材的材料特性（MPa）

3.2 構件剛度值

依據(jù)有關規(guī)范[4]結構或構件的變形允許值要求參考，支架受荷載后撓曲的桿件（橫梁、縱梁），其撓度為相應結構計算跨度的L/400，支架柱頂水平位移不宜超過H/500。

3.3 拱橋支架受力驗算

采用有限元分析軟件Midas/Civil 建立模型如圖5。

圖5 臨時支架模型圖

根據(jù)安裝工藝步驟，鋼疊合梁節(jié)段安裝時，支架整體受力分析結果如圖6。

由圖6 所示，臨時支架最大抗剪強度為-56.19MPa，小于125MPa，符合要求。

圖6 臨時支架抗剪強度應力圖（MPa）

由圖7 所示，臨時支架最大抗彎強度為-43.59MPa，小于215MPa，符合要求。

圖7 臨時支架抗彎強度應力圖（MPa）

4 臨時施工工藝及注意事項

4.1 施工工藝流程

基礎施工→支架現(xiàn)場制作→支架搭設→頂部標高復核→支架驗收。

4.2 臨時支架基礎

臨時支架基礎采用C30 混凝土剛性基礎，基礎設正方形基礎，寬3.2m，厚0.3m，長3.2m，鋼管立柱與基礎采用預埋件連接固定。每個鋼管立柱下預埋4 個預埋件，鋼板規(guī)格為14*80*200 共4 塊。每件預埋件采用2φ16“幾”字型鋼筋與混凝土連接。上下雙向配筋Φ12@200。

4.3 臨時支架安裝

臨時支架采用預制節(jié)段分段安裝的工藝，安裝前需復測基礎標高，根據(jù)梁體標高計算出支架整體高度，然后搭配不同高度的節(jié)段開始安裝。安裝第一節(jié)支架后要及時對其標高、垂直度進行復核，確認無誤后方可安裝下一個節(jié)段。每個支架節(jié)段之間采用法蘭盤螺栓連接，每個螺栓配備雙螺母，待支架標高及垂直度調節(jié)完畢后，將全部螺栓再次擰緊。

4.4 分配梁安裝

立柱頂部分配梁在地面進行拼裝焊接，經(jīng)專人檢查后由汽車吊吊裝至鋼管立柱頂部平臺上。分配梁中心位置必須與鋼管立柱中心重合以確保受力平衡。分配梁與鋼管立柱頂部平臺采用三角形鋼楔進行固定。

5 安全質量保證措施

①臨時支架所需材料進場后必須對其材料規(guī)格、尺寸及受力性能進場抽樣送檢，符合要求后方可用于現(xiàn)場施工。

②支架在預制廠制作安裝時，需在專門臺架上進行安裝焊接已保證其加工尺寸滿足要求[2]。

③支架焊接結構，焊縫質量等級、焊縫高度應符合圖設計要求，焊縫質量等級為二級應進行超聲波探傷，探傷比例不低于20%，且在焊接完成后24h 進行[3]。

④支架安裝時施工人員必須系安全帶和安全帽，安全帶需“高掛低用”。人員高空作業(yè)時下方不得有任何人員，所使用的小型工具需配備專門安置袋，不得扔拋。

⑤汽車吊吊裝作業(yè)時需安排專職安全員進行監(jiān)控，吊裝區(qū)域內不得有任何人員，吊裝時需嚴格監(jiān)控吊車支腿，發(fā)現(xiàn)異常時需立即停止[1]。

6 結束語

通過對鋼桁架拱橋臨時支撐胎架位置進行詳細規(guī)劃，同時對支架受力進行仔細計算，使得臨時支架同時滿足了鋼拱橋拼裝和頂推的受力要求。該支架結構簡約明確，不但保證了支架的穩(wěn)定性和安全性，而且減少了支架的安裝和拆除工作量，降低了施工措施費用。此方法為類似施工提供了借鑒和參考。