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 ZENG Jian

（中鐵十五局集團第三工程有限公司，成都 610000）

0 引言

近年來，隨著路網(wǎng)的不斷完善，現(xiàn)澆箱梁設(shè)計越來越廣泛，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、對場地要求高、底部通行能力有限等缺點，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)濟安全的一種支架形式。本文結(jié)合八舟河樞紐E匝道1號橋現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計并利用Midas Civil 2019建立模型，對支架設(shè)計進行受力分析，確保方案的安全、經(jīng)濟、合理。

1 工程概況

八舟河樞紐E匝道1號橋平面位于R=500m、200m的圓曲線及緩和曲線上，墩臺徑向布置，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、簡支鋼箱梁。

2 支架方案設(shè)計

2.1 第三聯(lián)現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計

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，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，增強支架穩(wěn)定性，桁架豎向間距6m。

國產(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。

圖1 鋼管立柱貝雷梁+盤扣式組合支架標準橫斷面布置圖

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。（圖2）

圖2 第2聯(lián)支架布置典型縱斷面圖

2.1.2 關(guān)鍵構(gòu)件驗算

通過Midas Civil 2019有限元軟件建模對支架各受力點進行計算。由于5#～7#墩支架高度最高，故以此計算為例。支架中所有構(gòu)件采用梁單元模擬，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算。

①盤扣支架驗算。

盤扣支架豎桿最大正應(yīng)力為94MPa＜[σ]=215MPa，組合風(fēng)荷載時最大正應(yīng)力118MPa＜[σ]=215MPa，橫桿最大正應(yīng)力為20MPa＜[σ]=215MPa，斜桿最大正應(yīng)力為20.2MPa＜[σ]=215MPa。

②I20b工字鋼驗算。

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。（圖3、圖4）

圖3 貝雷梁正應(yīng)力云圖

圖4 貝雷梁豎向位移云圖

④鋼管立柱驗算。

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。

⑤穩(wěn)定性驗算。

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，則最高鋼管墩的長細比為26000/210=123.8，根據(jù)規(guī)范查得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.469，則

因此，鋼管立柱局部穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。（圖5、圖6）

圖5 鋼管立柱正應(yīng)力云圖

圖6 貝雷梁豎向位移云圖

2.2 第二跨現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計

2.2.1 結(jié)構(gòu)布置

第二跨上跨G242國道，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加強型貝雷梁，橫向布置22片，具體布置如圖7、圖8所示。

圖7 第二跨現(xiàn)澆支架橫斷面布置圖

圖8 第二跨現(xiàn)澆支架平面布置圖

2.2.2 結(jié)構(gòu)驗算

通過建立MIDAS計算模型對支架各受力點進行計算，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)計要求是支架穩(wěn)定的根本保證。本工程所處區(qū)域為沙溪質(zhì)板巖與石灰?guī)r過渡區(qū)域，地質(zhì)復(fù)雜，施工前對條形基礎(chǔ)位置進行釬探，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驗算書要求進行承載力試驗。

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。為保證鋼管立柱受力均勻、平衡傳力，可在鋼管立柱頂部安裝砂箱，內(nèi)置低壓縮性干燥細砂，對立柱標高進行微調(diào)。

鋼管立柱之間的剪刀撐桁架應(yīng)與鋼管柱同步搭設(shè)，保證架體的整體穩(wěn)定性。

3.3 主橫梁安裝

主橫梁采用雙拼56b工字鋼，長度14m。主橫梁在地面焊接組拼，然后吊裝就位，并在柱頂鋼板焊接400×200×15mm鋼板進行限位，防止貝雷梁在外力作用下掉落發(fā)生安全事故。

3.4 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)重點關(guān)注貝雷梁支承點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國道采取斜向搭設(shè)的情況，若施工中貝雷梁支點不在貝雷梁立桿下，可能導(dǎo)致支點附近下弦桿局部應(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上時下弦桿應(yīng)力逐漸增大甚至超限，因此，在實際工程施工中，若無法避免支點位置不在立桿下，可以通過加強弦桿或在支點位置處增加加強豎桿來改善貝雷梁的受力，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.5 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，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)致局部超限進而引起整體失穩(wěn)，因此，加強盤扣支架搭設(shè)的細節(jié)檢驗顯得尤為重要。盤扣支架搭設(shè)主要細節(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稱式，但兩者不得混用；第三，上部構(gòu)筑物底面為斜面時，頂托絲杠外露長度不宜超過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。

3.6 支架預(yù)壓

為檢驗鋼管立柱貝雷梁支架的強度和整體穩(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支架進行預(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)計梁體施工預(yù)拱度及二期恒載下?lián)现担瑢ΜF(xiàn)澆梁底模預(yù)拱度進行調(diào)整。分三級進行預(yù)壓：60%→80%→100%。當縱向加載時，宜從混凝土結(jié)構(gòu)跨中開始向支點處進行對稱布載；當橫向加載時，應(yīng)從混凝土結(jié)構(gòu)中心線向兩側(cè)進行對稱布載。

每級加載完成后，每間隔12h對支架沉降量進行一次監(jiān)測。當支架頂部監(jiān)測點12h的沉降量平均值小于2mm時，可進行下一級加載。在全部加載完成后，各監(jiān)測點最初24h的沉降量平均值小于1mm或各監(jiān)測點最初72h的沉降量平均值小于5mm時，支架已經(jīng)穩(wěn)定、預(yù)壓合格，即可卸載。

3.7 支架拆除

當鋼束張拉、壓漿完成后方可卸架，整個的拆除遵循“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。

盤扣支架拆除時，通常在貝雷梁頂面的工字鋼上進行臨時裝碼，堆碼位置應(yīng)置于邊部貝雷梁正上方，嚴禁懸挑堆放；鋼管立柱縱橫向剪刀撐桁架應(yīng)隨立柱逐節(jié)拆除，不得一次全部拆除后再拆除鋼管柱，避免鋼管柱失穩(wěn)。

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、對地形要求高、通行能力受限、搭設(shè)高度受限等缺點，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。