鋼管立柱貝雷梁和盤扣組合支架在現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用

曾建

摘要：本文以劍黎高速八舟河樞紐E匝道1號(hào)橋現(xiàn)澆箱梁施工為例，介紹了在高墩、跨越國(guó)省干線不同條件下，鋼管立柱貝雷梁和盤扣組合支架的設(shè)計(jì)、搭設(shè)控制要點(diǎn)、現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)，為類似現(xiàn)澆橋施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼管立柱貝雷梁、組合支架、MidasCivil2019、關(guān)鍵點(diǎn)控制

引言

近年來，隨著路網(wǎng)的不斷完善，現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)越來越廣泛，高墩、跨河、跨路施工越來越多，現(xiàn)澆箱梁施工主要有滿堂支架法和鋼管貝雷梁法。滿堂支架法存在工作量較大、工期長(zhǎng)、對(duì)場(chǎng)地要求高、底部通行能力有限等缺點(diǎn)，鋼管貝雷梁柱式支架法在高墩、大跨度的情況下，是較為經(jīng)濟(jì)安全的一種支架形式。本文結(jié)合八舟河樞紐E匝道1號(hào)橋現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)并利用MidasCivil2019建立模型，對(duì)支架設(shè)計(jì)進(jìn)行受力分析，確保方案的安全、經(jīng)濟(jì)、合理。

1工程概況

八舟河樞紐E匝道1號(hào)橋平面位于R=500m、200m的圓曲線及緩和曲線上，墩臺(tái)徑向布置，最大橋高34.6m，橋面寬度10.5m，現(xiàn)澆箱梁高度1.8m。本橋共設(shè)7聯(lián)，分別跨越G242、黎靖高速F匝道、三黎高速主線、黎靖高速主線，孔跨布置為（22+31+28+25.5）+32+（26.5+3×27+26）+36+3×27+3×27+40）m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁、簡(jiǎn)支鋼箱梁。

2支架方案設(shè)計(jì)

2.1第三聯(lián)現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)

2.1.1結(jié)構(gòu)布置

第三聯(lián)孔徑布置為26.5+3×27+26m，最大墩高34.6m，橫坡5%，縱坡4%，第5、10跨上跨地方企業(yè)道路，結(jié)合該聯(lián)特點(diǎn)，采用鋼管立柱貝雷梁和盤扣組合支架結(jié)構(gòu)形式。下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)和鋼管立柱的形式，每跨設(shè)4排鋼管立柱，每排安裝4根φ609*16mm鋼管立柱，間距3.15m;鋼管立柱頂端橫向安裝雙拼56b工字鋼作為承重梁，鋼管立柱縱向橫向采用可調(diào)式多功能剪刀撐桁架與鋼抱箍組合將鋼管立柱連接成整體，增強(qiáng)支架穩(wěn)定性，桁架豎向間距6m。

國(guó)產(chǎn)321貝雷片組裝形成上部主要承重構(gòu)件，貝雷梁采用7組單層雙拼或三拼構(gòu)成，各組貝雷梁間的距為0.75m。貝雷片采用45或90花架連接形成整體（如圖1所示）。貝雷梁上放置工字鋼I20b作為上橫向承重梁，間距為0.9m。為了順應(yīng)箱梁橫坡、縱坡以及曲線變化，上橫向承重梁上搭設(shè)盤扣支架。

盤扣支架縱向間距0.9m，橫向一般間距0.9m，腹板下為0.6m;豎向步距采用1.5m。底板處，在支架頂托上布置工字鋼I14縱向分配梁，縱向分配梁上搭設(shè)規(guī)格為10×10cm方木作為橫向分配梁，間距為0.25m。在翼緣板豎向立桿頂托上布置I14縱向分配梁，縱向分配梁上搭設(shè)規(guī)格為10×10cm方木作為橫向分配梁，用以支撐翼緣板，間距為0.25m。

2.1.1關(guān)鍵構(gòu)件驗(yàn)算

通過MidasCivil2019有限元軟件建模對(duì)支架各受力點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。由于5#～7#墩支架高度最高，故以此計(jì)算為例。支架中所有構(gòu)件采用梁?jiǎn)卧M，貝雷梁銷孔連接處釋放約束為鉸接;鋼管立柱與下承重梁雙拼56b工字鋼、下承重梁與貝雷梁、貝雷梁與20b工字鋼、盤扣支架與頂面底面工字鋼的連接均采用剛性連接模擬計(jì)算。

（1）盤扣支架驗(yàn)算

盤扣支架豎桿最大正應(yīng)力為111.1Mpa<[σ]=215Mpa，組合風(fēng)荷載時(shí)最大正應(yīng)力130.1Mpa<[σ]=215Mpa，橫桿最大正應(yīng)力為17Mpa<[σ]=215Mpa，斜桿最大正應(yīng)力為17.1Mpa<[σ]=215Mpa。

（2）I20b工字鋼驗(yàn)算

I20b分配梁最大正應(yīng)力為72.1Mpa<[σ]=215Mpa，最大剪應(yīng)力為23.7Mpa<[τ]=125Mpa，I20b分配梁支承處豎向位移值為6.4mm，跨中最大豎向位移為6.8mm，最小支承間距為450mm，所以分配梁最大撓度為6.8-6.4=0.4mm<[f]=450/400=1.1mm。

（3）貝雷梁驗(yàn)算

貝雷梁最大正應(yīng)力為181.5Mpa<[σ]=305Mpa，最大剪應(yīng)力為121.2Mpa<[τ]=175Mpa，貝雷梁支承處豎向位移值為2.5mm，跨中最大豎向位移為6.5mm，所以貝雷梁最大撓度為6.5-2.5=4.0mm<[f]=9000/400=22.5mm。貝雷梁彎矩、剪力及撓度均滿足要求。

（4）鋼管立柱驗(yàn)算

鋼管墩最大正應(yīng)力為36.4Mpa<[σ]=215Mpa，鋼管墩最大側(cè)向位移為1.6mm，滿足要求。

（3）穩(wěn)定性驗(yàn)算

一階模態(tài)失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)為8.94，穩(wěn)定性滿足要求。

鋼管立柱的回轉(zhuǎn)半徑為210mm，則最高鋼管墩的長(zhǎng)細(xì)比為26000/210=123.8，根據(jù)規(guī)范查得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.469，則又因?yàn)槠鋸胶癖?/p>

因此，鋼管立柱局部穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

2.2第二跨現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)

2.2.1結(jié)構(gòu)布置

第二跨上跨G242國(guó)道，道路斜交角度較大，受周邊條件限制，不具備改路條件，采用鋼管立柱貝雷梁和盤扣組合支架結(jié)構(gòu)形式，由于該跨跨度較大，采用321加強(qiáng)型貝雷梁，橫向布置22片，具體布置如圖8、圖9所示。

2.2.2結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

通過建立MIDAS計(jì)算模型對(duì)支架各受力點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，貝雷梁最大正應(yīng)力為234Mpa<[σ]=305Mpa，最大剪應(yīng)力為144Mpa<[τ]=175Mpa，貝雷梁支承處豎向位移值為4mm，跨中最大豎向位移為21mm，所以貝雷梁最大撓度為21-4=17mm<[f]=15000/400=37.5mm，一階模態(tài)失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)為5.1，貝雷梁彎矩、剪力、撓度及穩(wěn)定性均滿足要求。

3組合支架施工關(guān)鍵點(diǎn)控制

3.1基礎(chǔ)施工

鋼管立柱貝雷梁組合支架傳力途徑清晰，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求是支架穩(wěn)定的根本保證。本工程所處區(qū)域?yàn)樯诚|(zhì)板巖與石灰?guī)r過渡區(qū)域，地質(zhì)復(fù)雜，施工前對(duì)條形基礎(chǔ)位置進(jìn)行釬探，確保條形基礎(chǔ)底部5m范圍內(nèi)無大型溶洞、夾層等不良地質(zhì)，基坑開挖后清除虛渣并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行承載力試驗(yàn)。

3.2鋼管立柱安裝

鋼管立柱是鋼管貝雷梁柱式支架的主要傳力結(jié)構(gòu)。立柱垂直度偏差應(yīng)不大于立柱高度的0.3%，且不大于50mm。安裝過程中應(yīng)保證鋼管法蘭盤與條形基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板、法蘭盤與法蘭盤之間的接觸面不能有縫隙。

3.3貝雷片安裝

貝雷梁作為支架的主要承重結(jié)構(gòu)，貝雷梁的安裝質(zhì)量決定了整個(gè)支架的結(jié)構(gòu)安全。除檢查貝雷片的連接銷、連接系以及與分配梁的卡位措施等安裝是否到位、牢固外，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注貝雷梁支承點(diǎn)與貝雷片立桿是否同心?，F(xiàn)澆箱梁大多處于小半徑曲線上或類似本橋第二跨斜交G242國(guó)道采取斜向搭設(shè)的情況，若施工中貝雷梁支點(diǎn)不在貝雷梁立桿下，可能導(dǎo)致支點(diǎn)附近下弦桿局部應(yīng)力過大，從而引起支架變形甚至失穩(wěn)垮塌。秦雙雙等人通過建立單排貝雷梁的有限元模型，將支座從立桿位置向弦桿位置微小移動(dòng)后的應(yīng)力變化情況，從中可以發(fā)現(xiàn)貝雷梁立桿不在支點(diǎn)上時(shí)下弦桿應(yīng)力逐漸增大甚至超限，因此，在實(shí)際工程施工中，若無法避免支點(diǎn)位置不在立桿下，可以通過加強(qiáng)弦桿或在支點(diǎn)位置處增加加強(qiáng)豎桿來改善貝雷梁的受力，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.4盤扣支架安裝

盤扣支架通各桿件相互連接形成整體，在縱坡、橫坡較大時(shí)，混凝土自重及施工荷載均產(chǎn)生較大的水平推力，盤扣支架搭設(shè)不規(guī)范，可能導(dǎo)致局部超限進(jìn)而引起整體失穩(wěn)，因此，加強(qiáng)盤扣支架搭設(shè)的細(xì)節(jié)檢驗(yàn)顯得尤為重要。盤扣支架搭設(shè)主要細(xì)節(jié)總結(jié)如下：第一、支架最外排和支架斷陣端頭處應(yīng)以格構(gòu)柱封口;第二、格構(gòu)柱斜拉桿用法有螺旋式和對(duì)稱式，但兩者不得混用;第三、上部構(gòu)筑物底面為斜面時(shí)，頂托絲杠外露長(zhǎng)度不宜超過30cm;第四、底板楔形區(qū)域應(yīng)采用鋼管扣件反向斜拉;第五、頂層每增加一道調(diào)節(jié)桿，必須采用水平桿鎖死防止頂桿搖晃;第六、盤扣支架底托受力重心與下部支撐工字鋼受荷重心一致，不得偏壓、懸空。

3.5支架預(yù)壓

為檢驗(yàn)鋼管立柱貝雷梁支架的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性、消除支架的塑性變形和地基沉降變形，在支架工作完成以后對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，采集支架的非彈性變形和彈性變形數(shù)據(jù)，并結(jié)合設(shè)計(jì)梁體施工預(yù)拱度及二期恒載下?lián)现?，?duì)現(xiàn)澆梁底模預(yù)拱度進(jìn)行調(diào)整。分三級(jí)進(jìn)行預(yù)壓：60%→80%→100%。當(dāng)縱向加載時(shí)，宜從混凝土結(jié)構(gòu)跨中開始向支點(diǎn)處進(jìn)行對(duì)稱布載;當(dāng)橫向加載時(shí)，應(yīng)從混凝土結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱布載。

3.6支架拆除

當(dāng)鋼束張拉、壓漿完成后方可卸架，整個(gè)的拆除遵循“先支后拆、后支先拆、縱橋向?qū)ΨQ均衡、橫橋向基本同步”的原則。先降盤扣頂托落模，人工拆除模板、方木及工字鋼，再拆除盤扣支架;貝雷片應(yīng)先拆掉的橫向聯(lián)系，底板下的貝雷片用倒鏈向兩側(cè)橫移，再用吊車吊走，貝雷梁拆除完成后吊卸橫梁。最后逐節(jié)拆除鋼管立柱及連接桁架。

4結(jié)語

鋼管立柱貝雷梁和盤扣式組合支架法解決了高墩、大跨度、山嶺地區(qū)地形受限、地基處理困難的難題，也克服了滿堂盤扣支架施工繁瑣、對(duì)地形要求高、通行能力受限、搭設(shè)高度受限等缺點(diǎn)，為今后類似橋梁工程施工提供了成熟的施工工藝和施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳明軍.鋼管貝雷梁和盤扣式組合支架在互通現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用[J].綠色交通，2020（02）：152-153.

[2]王艷玲.鋼管貝雷梁柱式支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（13）：1203-1208.

[3]秦雙雙，許超，劉正飛，李穎，竇國(guó)昆.貝雷梁支座在立桿和弦桿處的受力性能研究[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，2（25）：2-5.

[4]房衛(wèi)祥.鋼管貝雷梁支撐體系現(xiàn)澆箱梁施工實(shí)踐[J].價(jià)值工程，2020（13）：118-120.