肖家巷特大橋跨省道支架施工技術研究

劉姍姍 曹立波

1 概述

1.1 工程概況

肖家巷特大橋起訖里程為DK882+592.41～DK884+919.91，全長2 327.48 m，孔跨結構形式為:28×32 m箱梁+(40 m+56 m+40 m)連續梁+2×24 m箱梁+37×32 m箱梁。該橋處于圓曲線上，在DK883+591.7處跨越合蚌公路(101省道)立體交叉，交角為46°，既有省道路面寬12 m，路面標高64.93 m，公路頂梁底標高72.5 m。在充分考慮通車、工程造價、社會和諧發展的基礎上，采用在主跨下留設交通門洞，其余均采用滿堂支架現澆法施工。

1.2 施工方法簡介

施工時，先將支架范圍內的地基進行處理，然后采用碗扣式滿堂支架現澆施工工藝進行施工，箱梁內外模均用1.5 cm厚優質木膠板和10 cm×10 cm的方木拼裝而成，底模用1.5 cm厚優質木膠板和10 cm×15 cm方木做縱梁，Ⅰ10工字鋼為橫梁拼裝而成。

1.3 施工工藝流程

地基處理→支架搭設→鋪設底模→支架預壓→綁扎底板、腹板及橫梁鋼筋→安裝側模和芯模→澆筑底、腹板混凝土→安裝翼板、頂板模板→綁扎頂板、翼板鋼筋→澆筑頂板、翼板混凝土→混凝土養護→拆除側模→張拉與壓漿→拆除支架及底模。

2 滿堂支架搭設及預壓

2.1 地基處理

為保證支架的穩定性，需對基底進行加固處理。首先清除原地面的有機土、腐殖土及雜填土，清表深度視現場具體情況確定，由于本橋位地質情況較差，開挖深度一般為2 m左右。清表后用推土機進行場地整平，逐層換填AB料，再用重型振動壓路機碾壓密實，壓實度達到93%以上。最后在其上澆筑30 cm厚C30混凝土。

2.2 支架安裝

本支架采用碗扣式滿堂腳手架，其結構形式如下:腹板采用30 cm×60 cm×120 cm;底板中采用60 cm×60 cm×120 cm;翼緣板采用90 cm×60 cm×120 cm;全橋縱向按間距180 cm(腹板處90 cm)，全橋橫向按間距180 cm增設橫向剪刀撐以增加支架整體穩定性。在地基處理好后，按照施工圖紙進行放線，進行支架搭設。支架搭設完成后，測量高程，調整頂托高度，在可調頂托上鋪設Ⅰ10工字鋼為橫梁，然后在橫梁上鋪設15 cm×10 cm的方木作為縱梁，間距25 cm，鋪設底模木膠板。

2.3 支架預壓

支架預壓的目的:1)檢查支架的安全性，確保施工安全。2)消除地基非彈性變形和支架非彈性變形的影響，有利于橋面線形控制。預壓荷載為箱梁單位面積最大重量的1.2倍。本方案采用砂袋一次性預壓。為了解支架沉降情況，在預壓之前測量各控制點標高，測量控制點按順橋向每3 m布置一排，每排3個點。在加載25%，50%，75%和120%后均要測量各控制點標高，加載完成后每24 h測量一次控制點標高，作好記錄。若24 h沉降量小于2 mm即可卸載，卸載前記錄各控制點標高。卸載完成后，要再次復測各控制點標高，以便得出支架的彈性變形量。預壓完成后根據預壓成果通過可調頂托調整支架的標高。

3 門洞結構

由于受凈空不足的限制，門洞橫梁無法采用貝雷梁，采用工字鋼密排架設，門洞基礎采用C30混凝土，立柱采用φ400 mm×10 mm，間距1.5 m，立柱頂部采用Ⅰ36a工字鋼縱向布置，立柱之間橫向連接采用∠75 mm×75 mm×8 mm等邊角鋼，垂直公路方向采用Ⅰ36a工字鋼根據橋梁混凝土厚度進行布置，頂層采用[20a槽鋼橫橋向布置，以便準確定位頂部腳手架的位置。

針對支架和門洞，在施工中最主要的就是結構的強度及穩定性，本文采用計算軟件ANSYS進行計算分析。

4 有限元模型的建立

4.1 單元的選擇及截面生成

ANSYS中，結構分析計算模型主要使用Beam單元、Link單元、Shell單元和Solid單元。通常用Beam單元和Link單元分析整體行為，Shell單元和Solid單元分析細部結構。綜合考慮本橋支架和門洞結構分析的可行性及求解計算的實用性，選用Beam188單元和Link8單元來實現。根據支架結構情況利用APDL命令流生成各個截面，并進行截面讀入生成，以縱梁工字鋼為例(見圖1)。

圖1 單根工字鋼截面圖

4.2 整體模型的建立

根據支架的實際布置情況利用Beam188單元(用于模擬基礎，立柱，橫梁和墊梁)和Link8單元(用于模擬立柱之間的橫梁L75 mm×75 mm×8 mm)建立整體有限元模型，具體見圖2。

4.3 荷載分析

圖2 門洞整體有限元模型

1)荷載類型。結構計算分析荷載的施加要求盡可能與實際相符，進而才能夠模擬結構的受力情況，體現結構是否合理。因此支架荷載就包括混凝土荷載，施工荷載，模板荷載。

2)荷載施加。根據[20槽鋼墊梁和腳手架相交確定的立桿位置，分別將荷載以節點荷載的形式施加給墊梁，最后傳遞給每個構件，完成整體受力效應。

4.4 邊界選擇

計算模擬結構的邊界條件與實際結構邊界條件是不是一致，不僅關系結構簡化計算的準確性，而且還將改變結構的受力體系。根據現場實際施工過程，首先是邊立柱基礎和中間立柱的混凝土基礎與公路是直接連接，為保證混凝土基礎在受力時不移位，在基礎底部布置部分φ20鋼筋樁，直接打入公路內，可以近似看做基礎和公路是固定連接。同時為了增加整個門洞的結構剛度和結構穩定性，橫梁與縱梁、縱梁與立柱之間均是滿焊連接，橫梁與墊梁槽鋼之間點焊連接，這樣就可以近似認為縱梁，立柱，橫梁之間是鉸接。

4.5 結果分析

根據以上荷載對整個門洞進行計算分析，得出最大撓度為5.32 mm，最大應力59.2 MPa，最大彎矩49.971 kN·m，最大位置發生在腹板和橫隔板交界位置的一根橫梁上。該橫梁承受三種荷載:1)底板范圍內荷載:P1=(Pmax+P模板+P施)×0.6×0.6=(1.2×26+1+2.7/12)×0.6 ×0.6=11.673 kN;2)腹板和橫隔板交界處，實際有2個節點:P2=P3=(Pmax+P模板+P施)×0.6×0.3=(3.05 ×26+1+2.7/12)×0.6 ×0.3=14.494 5 kN;3)翼緣板范圍內荷載，且翼緣板是個斜坡形式，但有一個節點恰好作用在中間縱向工字鋼上，不考慮，具體荷載數值如下:P4=(Pmax+P模板+P施)×0.6×0.6=(0.8 ×26+1+2.7/12)×0.6 ×0.6=7.929 kN;P5=(Pmax+P模板+P施)×0.9 ×0.6=(0.5 ×26+1+2.7/12)×0.9 ×0.6=7.681 5 kN;P6=(Pmax+P模板+P施)×0.9 ×0.6=(0.35 ×26+1+2.7/12)×0.9 ×0.6=5.575 5 kN。支點位置距離橫梁兩端分別為0.2 m和0.14 m，故計算跨度為5.66 m。根據前面講述方法計算，荷載加載見圖3。最大撓度為fmax=5.32 mm，fmax＜L/400=5 500/400=13.75 mm，滿足剛度要求，撓度變形圖如圖4所示。

最大彎矩49.971 kN·m，具體部位的彎矩數值見圖5。

最大應力 σmax=59.2 MPa，σmax＜[σ］=205 MPa，強度滿足要求，其他部位應力見圖6。由以上計算分析可以知道，本門洞支架是安全可靠，滿足強度要求的。

圖3 單根橫梁受力荷載圖示

圖4 門洞最大荷載處單根橫梁撓度圖

圖5 門洞最大荷載處單根橫梁荷載彎矩云圖

圖6 門洞最大荷載處單根橫梁荷載應力云圖

5 結語

混凝土連續梁滿堂支架在施工中通過檢算能檢驗支架的安全性和經濟性。內外側模板及翼緣模板采用木模板，造價比采用大型鋼模板施工要廉價，加工方便，澆筑的混凝土的外觀質量好且模板調整及脫模方便。在跨交通線路并受空間限制時，利用工字鋼密排設置交通門洞能夠有效的解決空間問題，有效的提高空間利用率，通過詳細的計算，對支架方案進行優化可以合理的控制周轉材料的使用數量，降低工程成本。本文通過ANSYS軟件對支架門洞進行分析，驗證了結構的合理性，門洞上部的預壓工作已經結束，數據表明門洞結構是安全可靠的。

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