上跨已運營路段鋼箱梁拼裝支架設計及穩(wěn)定性分析

摘要 在高速公路橋梁施工時，經常遇見跨線施工的工況，箱梁施工法憑借其效率較高、承載能力強的優(yōu)勢得到了廣泛應用。文章以廣西某高速樞紐工程為例，簡述了跨線橋梁從支架施工、箱梁吊裝的完整施工過程。通過數值模擬，對支架荷載進行受力分析，確保了施工過程的安全性，也證明了該施工方法的可行性，研究成果可為類似工程提供一種參考。

關鍵詞 箱梁；支架；有限元計算；受力分析

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0091-03

0 引言

隨著生活質量的提高，高速公路的建設也在如火如荼地進行。在高速公路網的建設中，受到地理條件等因素的制約，新建高架橋梁橫跨既有線路的案例越來越多[1-3]。箱梁施工憑借其堅固可靠、施工效率高、具有經濟性的優(yōu)勢，在橋梁建設中得到了廣泛應用。

該文以廣西太陽高速公路樞紐B、C匝道工程為例，匝道上跨梧柳高速主線時采用鋼箱梁施工法進行建設。利用橋梁分析軟件Midas Civil對施工過程中支架的受力特性進行模擬，對施工過程中支架所受到的內力進行分析。該文的案例分析可以為類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

B匝道鋼箱梁橋跨布置為2×50 m，為兩跨等高變寬連續(xù)結構。梁橫斷面為單箱五室結構，梁高2.2 m，寬度最大15 m，最小9.4 m。C匝道鋼箱梁橋跨布置為2×40 m，為兩跨等高變寬連續(xù)結構。梁橫斷面為單箱五室結構，梁高1.8 m，寬度16.5 m。B、C匝道及支架平面布置圖如圖1所示。

該項目為跨高速施工的鋼箱梁，施工期間要保持高速路一定的暢通性，采用的施工工法為結合交通導改的半幅封路半幅施工的工法。先進行高速左半幅封閉施工，右半幅導改通行。在施工前將橋面分為不同區(qū)域，施工時先進行支架的搭接，搭接完成后進行箱梁的吊裝與拼接。一側的橋面完成后，拆除支架，進行另一段橋面的施工。橋面施工完成后，拆除全部支架。

支架材質為Q235B，通過焊接錨固在基礎上。標準節(jié)段支架、非標準節(jié)段支架由立柱鋼管（φ426×8 mm）與柱間支撐槽鋼（C20a）組成井字結構，支架頂部采用I30a工字鋼雙拼焊接作為承力橫梁。

中央分隔帶位置支架由立柱鋼管（φ630×10 mm）與柱間支撐槽鋼（C20a）焊接成井字結構，支架頂部采用I45a工字鋼雙拼焊接作為承力橫梁，然后在工字鋼上焊接φ273×8 mm螺旋焊管用以控制橋梁安裝高程，如圖2（a）（b）所示。

支架所有連接均采用焊接，焊腳高度8 mm。標準節(jié)段支架、非標準節(jié)段支架基礎采用1.5 m×1.5 m×0.6 m與2 m×1.5 m×0.6 mC30鋼筋混凝土擴大基礎，中央分隔帶支架基礎采用26.16 m×2.5 m×0.6 mC30鋼筋混凝土擴大基礎，如圖2（c）所示。

在修筑路面時，荷載傳遞至φ273×8 mm螺旋焊管，再傳遞至45a工字鋼梁，再傳遞至四周立柱鋼管，并作用于地基。

2 數值模擬

Midas civil作為一種有限元計算軟件，有著計算精準，建模便捷的優(yōu)點，在橋梁工程的計算中得到了廣泛應用[4-5]。

2.1 荷載計算

支架自身承擔的荷載主要分為恒荷載與活荷載兩種。恒荷載主要包括上部橋面及支架自身的重量，活荷載主要包括施工時上部堆荷、機械運行及風力帶來的荷載。

支架荷載自重，軟件在計算過程中會根據材料參數自動導入。橋段的質量按照截面積與長度求出，并加至支架頂端。施工人員荷載與機械影響荷載按照2.5 kN/m取值，其他動荷載按照2.0 kN/m取值。

2.2 工況計算

2.2.1 B匝道施工工況

B匝道施工時，節(jié)段2的吊裝施工是標準節(jié)段吊裝重量最大的最不利工況。該工況下受力最大的一組支架為節(jié)段2接節(jié)段3環(huán)口的支架BP2。支架受力情況為先吊裝支撐節(jié)段2，再吊裝支撐節(jié)段3。

鋼梁在吊裝完高速路單側節(jié)段后拆除除了中支點支架外所有支架。中支點支架以拆除后中支點受力對中支點支架受力情況進行驗算。

B匝道施工時，先進行標準支架的工況荷載計算。工況1：吊裝節(jié)段2；[包含載荷：1.大鋼梁自重（BKT2～BKT6），2.施工載荷]單個調節(jié)管受力為（1 353.88+15×16.8×2.5）/16=100.5 kN。工況2：吊裝節(jié)段3；[包含載荷：1.大鋼梁自重（BKT7～BKT11），2.施工載荷]單個調節(jié)管受力為（1 269.56+18×15×2.5）/16=121.5 kN。

在進行中支點支架的工況荷載計算。工況1：吊裝小

里程側（拆除其他支架后）；（包含載荷：1.大鋼梁自重，

2.施工載荷）單個調節(jié)管受力為（4 257.21/2+50×15×2.5）/8=500.45kN。工況2：吊裝大里程側；（包含載荷：1.大鋼梁自重，2.施工載荷）單個調節(jié)管受力為（1 808.2/2+13×13×2.5）/9=147.4 kN。

2.2.2 C匝道施工工況

C匝道施工時，節(jié)段8的吊裝施工是標準節(jié)段吊裝重量最大的最不利工況。該工況下受力最大的一組支架為節(jié)段8接節(jié)段7環(huán)口的支架BP15。支架受力情況為先吊裝支撐節(jié)段8，再吊裝支撐節(jié)段7。

鋼梁在吊裝完高速路單側節(jié)段后拆除除了中支點支架外所有支架。中支點支架以拆除后中支點受力對中支點支架受力情況進行驗算。

C匝道施工時，工況1：吊裝節(jié)段8；[包含載荷：1.大鋼梁自重（CKT31～CKT35），2.施工載荷]單個調節(jié)管受力為（1 008.75+13×16.5×2.5）/20=77.25 kN；工況2：吊裝節(jié)段7；[包含載荷：1.大鋼梁自重（CKT26～CKT30），2.施工載荷]單個調節(jié)管受力為（1 145.8+17.5×16.5×2.5）/20=93.38 kN。

在進行中支點支架的工況荷載計算。工況1：吊裝大里程側（拆除其他支架后）；（包含載荷：1.大鋼梁自重，2.施工載荷）單個調節(jié)管受力為（4 035.75+41×16.5×2.5）/26=220.27kN。工況2：吊裝小里程側；（包含載荷：1.大鋼梁自重，2.施工載荷）單個調節(jié)管受力為（313.57+3.4×10.5×2.5+2.9×7.1×2.5）/4=113.57 kN。

2.3 建立數值模型

依據實際工況，在截面庫內選取相對應的截面類型，Q235抗彎強度設計值取35 MPa、抗剪強度設計值取1.5 MPa。在屬性輸入時，除承力梁及立柱采用梁單元外，其余構件采用桁架單元輸入。各節(jié)點之間的連接按照剛性連接處理。計算模型如圖3所示。

3 計算結果

已知材料為Q235B鋼材，Q235B鋼材允許正應力167 MPa，容許內力96 MPa。最大撓度允許值為L/400，L為受彎構件的跨度（m）。

研究提取了不同工況下不同支架的結構應力圖及整體位移圖進行分析。計算結果見表1～4。

分析表1、2計算結果可知，B匝道標準鋼支架最大位移要求為11 879/400=29.7 mm，B匝道中支點支架最大位移要求為26 710/400=66.775 mm。最大位移均滿足要求。最大應力為82.81<167 MPa，最大應力滿足要求。最大內力85.55<96 MPa，滿足設計要求。抗傾覆系數均大于4，滿足抗傾覆安全要求。標準鋼支架柱腳最大支柱反力190 kN，中支點鋼支柱最大反力為591.040 kN。

分析表3、4計算結果可知，C匝道標準鋼支架最大位移要求為11 879/400=29.7 mm，C匝道中支點支架最大位移要求為26 064/400=65.16 mm。最大位移均滿足要求。最大應力為59.21<167 MPa，最大應力滿足要求。最大內力49.92<96 MPa，滿足設計要求?？箖A覆系數均大于4，滿足抗傾覆安全要求。標準鋼支架柱腳最大支柱反力179.01 kN，中支點鋼支柱最大反力為278.07 kN。

計算結果表明，支架的受力和位移值處于允許范圍內，證明該施工方法安全性較高。

4 結論

該文以廣西高速太陽高速公路樞紐為案例，通過數值模擬，對不同施工階段中鋼支架的受力進行分析。結果表明施工過程中鋼支架的受力滿足要求，證明了該施工方法的安全性，該數值計算及施工方法可以為類似工程提供借鑒與參考。

參考文獻

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