鋼管立柱貝雷梁組合支架在跨既有匝道現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用研究

王一龍 宋 威 王建軍

（中國(guó)機(jī)械工業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510663）

近年來(lái)，鋼管立柱貝雷梁組合支架被廣泛應(yīng)用于城市立交橋承重結(jié)構(gòu)施工。文章以金龍大道（惠城區(qū)段）快速化改造工程的云山立交A線橋?yàn)槔?，系統(tǒng)闡述了鋼管立柱貝雷梁組合支架在現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用，探討橋梁構(gòu)筑物跨既有匝道施工時(shí)，在不中斷交通的前提下保障施工安全、節(jié)約成本、縮短施工時(shí)間的施工方法，為類似橋梁的施工提供參考。

1 工程概況

云山立交A線橋是位于云山立交原C線匝道右側(cè)的加寬橋，切除原C線匝道第一～三聯(lián)（C0～C10）右側(cè)懸臂板1.2 m后，新建3.0～5.7 m連續(xù)箱梁。建成后橋梁總寬13.5 m，凈寬12.5 m，總長(zhǎng)302.6 m，共計(jì)3聯(lián)11跨，最大跨度30.0 m。橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。針對(duì)云山立交A線橋車流量大且在施工期間不得中斷交通的特點(diǎn)，選擇在跨既有匝道區(qū)域采用鋼管立柱貝雷梁組合支架的施工方法。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

支架采用C25混凝土條形基礎(chǔ)，尺寸及配筋按設(shè)計(jì)進(jìn)行，要求地基的承載力不少于180 kPa，在基礎(chǔ)頂預(yù)埋鋼板用于連接鋼管柱。

鋼管立柱貝雷梁組合支架施工工藝流程如圖1所示。

圖1 鋼管立柱貝雷梁組合支架施工工藝流程

2.1 立柱安裝

（1）安裝前，在條形基礎(chǔ)上放出鋼柱中心十字線，確保安裝位置正確。核對(duì)基礎(chǔ)頂高程及貝雷梁底部高程，控制鋼管下料長(zhǎng)度，保證安裝后鋼管頂面標(biāo)高一致。兩節(jié)鋼管樁接長(zhǎng)采用鋼板幫焊，要求將焊接處焊渣清理干凈，焊縫飽滿密實(shí)。

（2）鋼管立柱底部焊接10 mm厚鋼板，與預(yù)埋的鋼板進(jìn)行焊接，四角采用膨脹螺栓固定，設(shè)6塊三角加勁板支撐，加強(qiáng)鋼柱的穩(wěn)定性。

（3）鋼柱之間采用槽鋼焊接橫撐、剪刀撐，確保鋼管立柱整體連接穩(wěn)定。

2.2 橫托梁安裝

采用2根長(zhǎng)12 m的I36a工字鋼并聯(lián)，中間用間隔焊接，每2 m焊接一處，每處不少于20 mm。為確保鋼柱整體受力均勻，避免橫梁順橋向竄動(dòng)，在鋼柱上焊接10 mm厚鋼板與橫梁焊接牢固，設(shè)6塊三角加勁板支撐固定。

2.3 貝雷架吊裝

（1）貝雷架采用連接片連接成雙排或四排整體單元，在貝雷片平面的下弦桿處用支持架A（B）連接組成水平聯(lián)。

（2）貝雷架采用吊車進(jìn)行整體吊裝，為保證貝雷架的橫向穩(wěn)定性，在橫托梁頂和分配橫梁底（貝雷梁上、下弦桿）設(shè)置限位槽鋼，并在外側(cè)設(shè)置斜撐，對(duì)貝雷架進(jìn)行橫向限位。

（3）貝雷架與橫托梁用U型卡連接，貝雷架水平間除標(biāo)準(zhǔn)連接件外還需要用槽鋼橫向連接；上下層貝雷架用U型螺栓、槽鋼及花架連接。在使用U形螺栓鎖定工字鋼及貝雷梁時(shí)，通過(guò)相鄰螺栓之間鎖定方向不同，保證受力不錯(cuò)動(dòng)。

2.4 分配橫梁安裝

貝雷梁吊裝完成后，在貝雷架上沿橋長(zhǎng)度方向每隔90 cm鋪設(shè)I25a工字鋼分配橫梁，采用25 t吊車安裝、人工移拔就位。貝雷梁與分配橫梁用U型卡連接，每根不少于2處。

2.5 支架拆除、轉(zhuǎn)場(chǎng)

（1）當(dāng)支架、腳手架使用完成后，制訂拆除方案。拆除前對(duì)架體進(jìn)行全面檢查，清除多余物件，并設(shè)立拆除警戒區(qū)，禁止人員進(jìn)入。

（2）梁的落架程序從梁撓度最大處的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐步卸落相鄰兩側(cè)的節(jié)點(diǎn)，有序進(jìn)行。要求各節(jié)分多次卸落，使梁的沉降曲線逐步加大，支架卸落時(shí)由專人指揮、專人防護(hù)。

（3）按照自上而下的拆除順序逐層拆除，拆除的構(gòu)件用吊具吊下或人工遞下，嚴(yán)禁拋擲。拆除的構(gòu)件及時(shí)分類堆放，以便運(yùn)輸、保管。

3 支架的設(shè)計(jì)

支架結(jié)構(gòu)從上而下依次為15 mm覆面膠合板、100 mm×100 mm方木、I10工字鋼、頂托、砂筒或木楔子（調(diào)節(jié)高度）、I25工字鋼分配橫梁、1.5 m貝雷梁、雙拼I36a工字鋼橫托梁、Ф630 mm×10 mm鋼管立柱、混凝土基礎(chǔ)。支架安裝完成后按設(shè)計(jì)荷載的115%分跨進(jìn)行預(yù)壓，消除支架及地基的非彈性變形，為施工預(yù)留拱度提供依據(jù)。單段箱梁澆筑時(shí)按“水平分層、斜向分段、整體推進(jìn)”原則分2次澆筑成型，預(yù)壓力張拉完成后落架。鋼管立柱貝雷梁組合支架橫斷面布置如圖2所示。

圖2 鋼管立柱貝雷梁組合支架橫斷面布置（單位：mm）

4 支架的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1 確定計(jì)算對(duì)象

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，計(jì)算時(shí)均選擇最不利荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，支架驗(yàn)算對(duì)象及分析如表1所示。

表1 支架驗(yàn)算對(duì)象及分析

4.2 計(jì)算荷載參數(shù)

支架主要結(jié)構(gòu)包括分配橫梁（I25a工字鋼）、橫托梁（I36a工字鋼）、鋼管柱-1（Ф630 mm×10 mm）和鋼管柱-2（Ф820 mm×10 mm）。材料的彈性模量為2.1×105MPa、容許壓力為215 MPa、容許剪切力為125 MPa。

荷載參數(shù)設(shè)計(jì)值如表2所示。

風(fēng)荷載體型系數(shù)設(shè)計(jì)值如表3所示。

表3 風(fēng)荷載體型系數(shù)設(shè)計(jì)值

鋼管立柱在正常工作狀態(tài)下Wk為0.15 kN/m2；貝雷梁風(fēng)荷載正常工作狀態(tài)下qk為0.57 kN/m。按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算。

單榀貝雷的體形系數(shù)：

n榀貝雷體形系數(shù)：

式中：An——單片貝雷梁凈面積（m2）；A——輪廓面積（m2）。

代入數(shù)據(jù)可得，φ=0.26，μst=0.34，μstw=1.2。

強(qiáng)度計(jì)算按照承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算，剛度計(jì)算按照正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。

4.3 計(jì)算過(guò)程

4.3.1 貝雷架驗(yàn)算

A線橋R8～R9，跨徑26 m，跨度最大且為曲線?；炷量傮w積為90 m3，橫向布置單層貝雷梁9組共22片，布置寬度8.376 m，受力最不利位置的最大跨度為21.866 m。沿橋橫向?qū)ΨQ于橋軸線兩側(cè)5組，共14片，承受荷載寬度5.05 m，是受力最不利位置。荷載橫向分布系數(shù)按0.8計(jì)算，其余8片梁荷載橫向分配系數(shù)為0.2，取橫向受力最不利位置的貝雷梁進(jìn)行計(jì)算。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。

貝雷梁承受的混凝土均布荷載qh為14.532 kN/m2；強(qiáng)度計(jì)算荷載q1為11.593 kN/m；剛度計(jì)算荷載q2為7.705 kN/m；長(zhǎng)度l為21.866 m。

最大彎矩：

代入數(shù)據(jù)可得，M=692.858 kN。

最大剪力：

代入數(shù)據(jù)可得，Q=126.746 kN。

支撐反力：

代入數(shù)據(jù)可得，RA=RB=126.746 kN。

弦桿內(nèi)力：

代入數(shù)據(jù)可得，SX=494.899 kN<[N]=560 kN，滿足受力要求。

斜桿內(nèi)力：

代入數(shù)據(jù)可得，SF=±89.609 kN<[N]=171.5 kN，滿足受力要求。

端豎桿內(nèi)力：

代入數(shù)據(jù)可得，SZ=±63.373 kN<[N]=210 kN，滿足受力要求。

（2）撓度驗(yàn)算。

跨度21.866 m，每跨由7片拼成，即n=7；每片貝雷架長(zhǎng)度d=3 m，高度h=1.5 m；跨中斜桿與垂直線的夾角45°；單銷與銷孔之間間隙△L=1 mm。

非彈性撓度：

代入數(shù)據(jù)可得，f0=2.394 cm。

彈性撓度：

根據(jù)貝雷梁截面特性，鋼材的彈性模量E=2.1×108kN/m2，橫向分配系數(shù)kdf=1，慣性矩I=5.733×103m4，荷載的等撓度荷載keq=7.705 kN/m。

不考慮其他的影響系數(shù)，荷載引起的撓度為1.818 cm?？倱隙葹?.47 cm，剛度滿足要求。

4.3.2 跨環(huán)島貝雷梁計(jì)算。

跨環(huán)島貝雷梁組采用4片組成，總長(zhǎng)24 m，最大跨度9 m，受力最不利位置為跨中，承受12片以上梁傳遞的荷載，考慮梁片布置較密，簡(jiǎn)化為均布荷載計(jì)算。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。

上層每片貝雷梁傳遞的荷載為126.746 kN；q1為42.249 kN/m。最大彎矩M=427.77 kN·m；最大剪力Q=190.121 kN；支承反力RA=RB=190.121 kN；弦桿內(nèi)力SX=305.55 kN<[N]=560 kN，滿足受力要求。斜桿內(nèi)力SF=134.415 kN<[N]=171.5 kN，滿足受力要求。端豎桿內(nèi)力SZ=95.061 kN<[N]=210 kN，滿足受力要求。

（2）撓度驗(yàn)算。

非彈性撓度f(wàn)0=0.4 cm；彈性撓度f(wàn)=2.25 cm，滿足要求。

4.3.3 分配橫梁驗(yàn)算

125工字鋼分配橫梁布置間距為900 mm，沿橋軸線方向箱梁橫梁下的分配梁為受力最不利位置，橫斷面方向A線橋R8～R10墩間貝雷梁上分配梁跨度最大，為受力最不利位置。

根據(jù)I25工字鋼截面特性：A=4.854 1×103m2；I=5.02×105m4；W=4.02×104m3；強(qiáng)度計(jì)算荷載q1為62.033 kN/m；剛度計(jì)算荷載q2為43.61 kN/m。則最大彎矩M=25.123 kN；最大剪力Q=55.83 kN。

代入數(shù)據(jù)可得，σ=62.495 MPa<[σ]=215 MPa，強(qiáng)度滿足要求。

最大撓度△f=4.5 mm，剛度滿足要求。

4.3.4 鋼管立柱及橫托梁驗(yàn)算

鋼管柱采用Ф630 mm×10 mm規(guī)格，橫托梁選用雙拼I36a，跨度2.7 m。經(jīng)計(jì)算，A線橋R10～R11跨橋均布荷載最大值為23.077 kN/m2。

（1）鋼管柱驗(yàn)算。

根據(jù)螺旋鋼管柱截面特性計(jì)算，Ф630螺旋焊接鋼管柱承受的最大壓力Np為484.08 kN，φ為0.875，A=0.017 557 m。

代入數(shù)據(jù)，σ=27.575 MPa＜φ[σ]=183.75 MPa，強(qiáng)度滿足要求。

（2）橫托梁受力驗(yàn)算。

橫向分配梁跨中承受梁片集中荷載：

代入數(shù)據(jù)可得，P=121.02 kN。

取一跨按靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算，在柱頂位置荷載直接傳遞給鋼管柱，只有跨中荷載產(chǎn)生彎矩，則RB=RC=121.02 kN；M=136.147 kN；Q=121.02 kN。

（3）強(qiáng)度驗(yàn)算。

σ=77.8 MPa<[σ]=210 MPa，滿足要求。

代入數(shù)據(jù)可得，τ=9.855 MPa<[σ]=125 MPa，滿足要求。

（4）剛度驗(yàn)算。

剛度為6.75 mm，滿足要求。

4.3.5 地基應(yīng)驗(yàn)算

采用C25混凝土，尺寸1.5 m×0.8 m，柱最大荷載484.08 kN，最大荷載柱承載面積為2.7 m×1.5 m。

代入數(shù)據(jù)，σj=0.119 5 MPa＜[σj]=0.18 MPa，承載力滿足要求。

4.4 計(jì)算結(jié)論

上述均考慮了充足的安全系數(shù)，其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

云山立交A、B線橋跨既有匝道段采用貝雷梁鋼管組合支架施工，結(jié)果表明貝雷梁鋼管組合支架直接利用明挖基礎(chǔ)作為支架的支撐基礎(chǔ)，克服了移動(dòng)模架適用性單一和滿堂支架受地質(zhì)和高度限制的缺點(diǎn)，該組合支架具有機(jī)械化程度高、成本低等特點(diǎn)，為同類型橋梁采用貝雷梁鋼管組合支架施工提供了參考。