青龍路大橋0號(hào)塊箱梁梁式鋼管支架設(shè)計(jì)與施工

紀(jì) 真

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東濟(jì)南 250014)

1 工程概況

青龍路大橋主橋箱梁的斷面形式為單箱四室的斜腹板箱形大挑臂結(jié)構(gòu)形式，混凝土標(biāo)號(hào)為C50。箱梁高2.8 m，梁頂全寬37 m，主橋索塔處32 m。設(shè)置雙向2%橫坡，懸臂長(zhǎng)7 m。

箱梁端橫梁厚1.5 m，中橫梁厚3 m，中橫梁下設(shè)縱向固定支座與索塔相連，橫橋向設(shè)置限位支座約束地震下的橫向位移。索塔處箱梁0號(hào)節(jié)段長(zhǎng)28 m，主跨方向1號(hào)～19號(hào)，主跨P3墩處設(shè)置支架現(xiàn)澆21號(hào)節(jié)段，主跨合龍段20號(hào)節(jié)段長(zhǎng)2 m。

2 0號(hào)塊箱梁梁式支架設(shè)計(jì)

圖1 0號(hào)塊鋼管支架立面布置圖

圖2 0號(hào)塊支架支墩平面布置圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本著安全、經(jīng)濟(jì)、快速的原則，0號(hào)塊梁式支架形式組成為:主梁0號(hào)塊使用墩梁式鋼管支架;主梁0號(hào)塊梁式粗鋼管支架由縱橫向分配梁、支墩及基礎(chǔ)構(gòu)成。

0號(hào)塊支架布置圖如圖1，圖2所示。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)0號(hào)塊豎向支撐設(shè)計(jì)。0號(hào)塊豎向支撐采用φ630 mm鋼管，壁厚10 mm，順橋向布置8列，橫橋向布置11排，鋼管支撐均布置在0號(hào)塊梁體腹板及橫梁中心位置處。鋼管高度4.8 m～7.7 m。

在豎向支撐鋼管中部布置［20槽鋼作為支撐的橫向連接系，提高豎向支撐的橫向穩(wěn)定性，如圖3所示。

圖3 0號(hào)塊支架橫截面圖

2)橫向分配體系設(shè)計(jì)。橫向分配結(jié)構(gòu)擬采用Ⅰ25a型鋼作為橫向分配梁，布置在0號(hào)塊梁底部與縱向分配梁之間，考慮到0號(hào)塊橫梁混凝土比較集中，擬在橫梁位置底部布置三道Ⅰ25a橫向分配梁，在箱梁底部按照等間距布置橫向分配梁。

3)縱向分配體系設(shè)計(jì)。縱向分配結(jié)構(gòu)擬采用三拼Ⅰ45a型鋼作為縱向分配梁，布置在橫向分配梁底部與豎向鋼管撐之間，對(duì)應(yīng)0號(hào)塊腹板中心位置。

4)其他配置。a.9×15的方木:箱梁底板下部，在橫向分配梁頂部設(shè)置9×15的方木作為底部分配及初級(jí)支撐體系。b.腳手架:箱梁翼緣板位置考慮在橫向分配梁頂部搭設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)上布置腳手架以便翼緣板結(jié)構(gòu)施工。

2.2 0號(hào)塊支架結(jié)構(gòu)檢算

2.2.1 建立結(jié)構(gòu)分析力學(xué)模型

本次0號(hào)塊支架計(jì)算選取工況為0號(hào)塊施工完畢后，由結(jié)構(gòu)自重、模板自重、施工人員及各種施工機(jī)械共同作用下的靜力檢算工況(考慮恒、活載的荷載組合項(xiàng)系數(shù))，對(duì)支架體系的結(jié)構(gòu)承載力采用極限狀態(tài)法進(jìn)行計(jì)算。

本次計(jì)算利用SAP2000V14軟件進(jìn)行該支架模型的建立，鋼管支撐與承臺(tái)部位連接采用栓接，在模型中考慮底部為固結(jié)。未考慮鋼管撐橫向［20連接系作用。

1)單元建模。對(duì)豎向鋼管撐、橫向分配梁、縱向分配梁均采用框架單元進(jìn)行模擬。材料及框架截面屬性按照上述結(jié)構(gòu)說(shuō)明中的設(shè)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。

2)荷載工況模擬。根據(jù)我單位在以往類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)及結(jié)構(gòu)計(jì)算分析經(jīng)驗(yàn)，本次計(jì)算取0號(hào)塊在混凝土澆筑完畢后，為支架結(jié)構(gòu)受力的最不利工況，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)為豎向梁體自重、支架自重、施工人員荷載、施工機(jī)械荷載、梁體模板自重。

荷載加載模式:極限承載力計(jì)算:計(jì)算荷載=1.2×恒載+1.4×活載=1.2×(梁體自重 +支架自重 +梁體模板自重)+1.4×(施工人員荷載+施工機(jī)械荷載)。自重荷載考慮以支架體系實(shí)際自重加載，加載樣式為SAP2000自重加載模式。

施加荷載后支撐結(jié)構(gòu)整體受力模型如圖4所示。

2.2.2 模型計(jì)算結(jié)果輸出

1)框架單元結(jié)果輸出。本次模型計(jì)算中包括的框架單元主要有:豎向鋼管支撐單元、橫向分配梁?jiǎn)卧⒖v向分配梁?jiǎn)卧謩e針對(duì)這三種框架單元進(jìn)行框架單元結(jié)果輸出。

a.豎向鋼管支撐框架單元結(jié)果輸出。豎向鋼管支撐結(jié)果輸出主要包括:框架單元的軸力，具體輸出圖形如圖5所示。

圖4 結(jié)構(gòu)整體受力模型

圖5 豎向鋼管支撐框架單元軸力結(jié)果輸出

b.橫向分配梁框架單元結(jié)果輸出。橫向分配梁結(jié)果輸出主要包括:框架單元的剪力、框架單元的彎矩兩項(xiàng)內(nèi)容，具體輸出圖形如圖6，圖7所示。

圖6 橫向分配梁框架單元剪力結(jié)果輸出

圖7 橫向分配梁框架單元彎矩結(jié)果輸出

c.縱向分配梁框架單元結(jié)果輸出。縱向分配梁結(jié)果輸出主要包括:框架單元的剪力、框架單元的彎矩兩項(xiàng)內(nèi)容，具體輸出圖形如圖8，圖9所示。

2)結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力統(tǒng)計(jì)表

圖8 縱向分配梁框架單元剪力結(jié)果輸出

圖9 縱向分配梁框架單元彎矩結(jié)果輸出

2.2.3 輸出結(jié)果分析

1)豎向鋼管撐單元內(nèi)力、應(yīng)力分析。

a.豎向鋼管撐采用φ630 mm，壁厚10 mm鋼管，材料為Q235鋼材，可計(jì)算柱豎向肋截面參數(shù)。

b.豎向鋼管撐單元內(nèi)力結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 豎向鋼管撐單元內(nèi)力結(jié)果表

c.豎向肋單元截面承載力分析。

2)橫向分配梁?jiǎn)卧獌?nèi)力、應(yīng)力分析。

a.橫向分配梁結(jié)構(gòu)采用Ⅰ25a型鋼，材料為Q235鋼材，可計(jì)算出橫向分配梁截面參數(shù)。

b.橫向分配梁?jiǎn)卧獌?nèi)力結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 橫向分配梁?jiǎn)卧獌?nèi)力結(jié)果表

c.環(huán)向肋單元截面承載力分析。

3)縱向分配梁?jiǎn)卧獌?nèi)力、應(yīng)力分析。

a.縱向分配梁結(jié)構(gòu)采用三拼Ⅰ45a型鋼，材料為Q235鋼材，可計(jì)算出壁內(nèi)斜撐截面參數(shù)。

b.縱向分配梁?jiǎn)卧獌?nèi)力結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 縱向分配梁?jiǎn)卧獌?nèi)力結(jié)果表

4)分析結(jié)果總結(jié)。從上述結(jié)構(gòu)單元內(nèi)力、應(yīng)力分析可知，該支撐體系在本工況的模擬下，各個(gè)結(jié)構(gòu)單元受力都在材料應(yīng)力要求范圍內(nèi)，說(shuō)明該支撐結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足安全要求。

3 梁式鋼管支架施工

主塔基礎(chǔ)混凝土養(yǎng)護(hù)15 d且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%后，進(jìn)行0號(hào)塊鋼架支架搭設(shè)。

1)施工工藝。條形基礎(chǔ)→立柱支立、連接→沙箱安裝→工字鋼承重梁鋪設(shè)→工字鋼分配梁鋪設(shè)→方木、木膠板鋪設(shè)。

2)施工方法。梁式支架施工前，做好基坑回填和周邊防護(hù)。立模澆筑49 m×2 m×0.6 m的條形鋼筋混凝土基礎(chǔ)。基礎(chǔ)澆筑時(shí)在每根鋼管樁設(shè)計(jì)位置預(yù)埋3塊δ10 mm鋼板(鋼板下焊有15 cm Φ16錨筋伸入混凝土內(nèi))。

立柱采用φ630 mm×10 mm鋼管樁，鋼管樁接長(zhǎng)時(shí)須采用法蘭連接，鋼管樁與預(yù)埋鋼板接觸面滿(mǎn)焊，加焊三角鐵作加勁板，并在相鄰鋼管樁之間焊接水平撐和剪刀撐，均采用［20槽鋼。各節(jié)點(diǎn)設(shè)節(jié)點(diǎn)板，以增強(qiáng)立柱整體穩(wěn)定性。

鋼管樁頂部放置落梁沙箱，沙箱上順橋方向鋪設(shè)Ⅰ45a工字鋼作為承重梁，每根長(zhǎng)30 m;承重梁上鋪設(shè)橫向Ⅰ25a工字鋼作為分配梁，每根49.5 m，間距根據(jù)箱梁自重分配布置，工字鋼焊接需加加強(qiáng)板，相鄰工字鋼連接點(diǎn)需錯(cuò)開(kāi)。兩層工字鋼需用“U”形卡固定，防止側(cè)滑和傾覆。

分配梁上鋪設(shè)9 cm×15 cm方木，間距不大于30 cm。翼緣板部位在墩梁鋼管架上搭設(shè)腳手架作為底模支撐，并設(shè)置頂托調(diào)節(jié)標(biāo)高，上鋪21 mm木膠板作為底模，翼緣板部位設(shè)計(jì)為圓曲線，所用木膠板需預(yù)彎。

4 施工注意事項(xiàng)

1)跨中支墩鋼管垂直度控制在1%，縱向中心偏差在2 cm以?xún)?nèi)，橫橋向可適當(dāng)調(diào)整。

2)按120%的控制荷載現(xiàn)場(chǎng)預(yù)壓，以消除支架的非彈性沉降和測(cè)定彈性變形，設(shè)置調(diào)整梁底的預(yù)拱度。

3)鋼管連接均采用滿(mǎn)焊。按要求去除表面油、銹、氧化皮和塵污后方可焊接。

4)焊接施工以GB 50205—2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)。焊縫外觀質(zhì)量要求成形美觀、整齊，尺寸符合設(shè)計(jì)和工藝要求，做到無(wú)裂紋、無(wú)氣孔、無(wú)夾渣、無(wú)焊瘤、無(wú)弧坑等焊接缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

青龍路大橋0號(hào)塊箱梁采用梁式鋼管支架設(shè)計(jì)，順利地完成了此橋0號(hào)塊箱梁的施工任務(wù)，證明了梁式支架方案的實(shí)用性、可靠性。梁式支架的承載力大，變形小，適用于寬體式箱梁的現(xiàn)澆施工，具有施工快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，具有較大的推廣價(jià)值。

［1］JTJ 023—85，公路橋涵施工規(guī)范［S］.

［2］楊文淵.橋梁施工工程師手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，1998.