高墩連續梁橋新型支架現澆設計

唐 政

(中國中鐵五局集團貴州投資建設指揮部， 貴州貴陽 550002)

高墩連續梁橋新型支架現澆設計

唐 政

(中國中鐵五局集團貴州投資建設指揮部， 貴州貴陽 550002)

為研究新型支架體系在高墩連續梁橋現澆施工中的運用，以貴龍立交第19聯高墩連續梁橋為工程背景，采用大力神SPS新型支架，對該支架系統進行設計、受力檢算。計算表明，該新型支架在強度、剛度及穩定性方面均滿足規范要求，安全儲備較高。施工實踐證明該支架系統的安全可靠，為新型高強支架體系的應用奠定基礎。

橋梁工程; 高墩連續梁; 新型支架; 支架設計

1 工程概況

支架現澆施工在高墩橋梁中運用比較廣泛[1-2]。隨著橋墩的增高，尤其是城市立交橋，因受地形及橋下復雜線路等諸多因素的限制，且考慮到緊張的工期，對支架的設計及施工提出了新的挑戰。因此，選擇合理合適的支架形式、支架類別、支架材料，進行精確的計算分析，不僅關系施工質量、結構安全，更對工程經濟產生重要影響。

貴陽市東站路4標段主線橋第19聯為等高等寬33 m×3跨預應力混凝土連續梁橋。主梁平面位于R=600的圓曲線上。該橋里程為K7+112～K7+211，對應墩號為102～105。上部箱梁為C50預應力混凝土結構，單箱三室斷面，邊腹板斜置，斜度為4∶1。全橋采用等高度截面，截面高度

1.8 m，頂、底板設置1.5 %的橫坡。箱梁頂寬18 m，底寬12.104 m，跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為50 cm;端部頂板厚度60 cm，底板厚度50 cm，腹板厚度100 cm。本項目因工期緊，采取現澆施工，且橋梁位于山間谷地，墩身高度達39.5～44 m。高墩現澆施工，對傳統的支架設計、構造、工藝等帶來新的挑戰[3-6]，選擇何種支架形式，保障結構安全可靠、經濟適用，是本項目的一大難點與挑戰。

2 新型支架結構特點

本橋因墩身較高，荷載較大，為確保施工安全，創造性、大膽采用新型支架形式，其結構形式為：貝雷片+工字鋼分配梁+大力神SPS支架。該支架為墩梁式結構，其布置形式如圖1所示。

圖1 支架總體布置

該新型支架結構特點為：

(1)橫撐支架(2.4 m)。

方鋼管50 mm×50 mm，壁厚4.0 mm，Q345鋼。

(2)標準立桿(3.0 m)。

圓鋼管，直徑133 mm，壁厚5.6 mm，Q345鋼。

(3)橫撐架斜桿。

圓鋼管，直徑48.3 mm，壁厚3.2 mm，Q235鋼。

該支架體系單根立桿承載能力大，根據荷載試驗，單根立桿承載691.5 kN，安全荷載345 kN(安全系數2.0)，安全荷載276 kN(安全系數2.5)。產品搭設簡單，設計有天托、地托，能方便的根據地面條件、頂部搭設高度要求進行精確調節；立桿上每隔60 cm有橫撐架安裝位置，根據荷載大小方便快速進行橫撐架安裝。支架布置形式如表1所示。

表1 支架布置形式

3 支架受力驗算

3.1 驗算荷載

根據支架搭設方案，支架系統荷載如下：

(1)箱梁混凝土荷載q1。

橫梁實心段和腹板處q1=45 kN/m2；空腹段q1=13.75 kN/m2；

(2)模板荷載q2為0.5 kN/m2；

(3)施工荷載q3為1.0 kN/m2；

(4)振搗混凝土產生的荷載q4為2 kN/m2；

(5)翼緣板位置混凝土側壓力荷載。

混凝土振搗荷載和傾倒荷載為2 kN/m2,混凝土壓力值取47 kN/m2；

(6)風荷載。

基本風壓w0=0.35 kN/m2。

3.2 結構計算分析

新型大力神SPS支架荷載至上而下傳遞順序為：模板→方木(縱向)→大力神U型鋼(橫向)→大力神可調絲桿→大力神U型鋼(橫向)→貝雷梁(縱向)→工字鋼分配梁→大力神SPS支架→基礎。支架驗算部分結果如表2所示。

3.2.1 貝雷梁驗算

根據荷載分布不同，在箱梁底按不同間距布置貝雷梁片，如圖2所示。

混凝土箱梁荷載按支撐區域進行分解計算，雖然頂部荷載為支架立桿傳遞的集中荷載，但由于頂部模板架的整體性和貝雷梁頂的雙U型鋼使荷載得以均勻分布，故采取按貝雷梁頂的支撐位置按均布荷載進行分解計算。因結構、受力對稱，荷載分區僅以一半示意，如圖3所示。

表2 支架驗算結果

圖2 貝雷梁布置示意(單位：cm)

圖3 荷載分區示意(單位：cm)

支架、模型雙U型鋼、斜支撐桿、貝雷梁頂雙U型鋼合計256.4 kN，每片貝雷梁自重為0.9 kN/m，貝雷梁計算結果如表3所示。從表3可看出貝雷梁設計合理，滿足受力要求。需注意的是，計算得出貝雷梁的最大撓度為14.34 mm，該撓度值未包含貝雷梁因安裝誤差及使用過程中各連接部位存在間隙等因素引起的自然撓度。考慮該因素的影響，貝雷梁撓度合計值為21.54 mm。根據此值，同時考慮箱梁反拱設置要求，在頂部支架上調整設置預拱度，消除貝雷梁撓度影響。在支架搭設完成后，按混凝土質量的1.2倍荷載進行預壓，取得桁架真實撓度，進而精確確定立模標高。

表3 貝雷梁計算結果

3.2.2 工字鋼檢算

該支架系統在貝雷梁及SPS處設置Q235工字鋼。貝雷梁下采用2根45a橫向工字鋼，SPS支架上采用雙拼I45a工字鋼。其檢算結果如表4所示。

3.2.3 SPS支架檢算

大力神SPS支撐系統中，選用的鋼管尺寸為直徑133 mm,壁厚5.6 mm ，材質為Q345，則鋼管的回轉半徑為：i=4.508，可得：

l=ml/i=[1×(2.4+2×0.45) ×100]/ 4.508=73.20

由《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GB50018-2002)可得Q345的折減系數為0.686。根據壓桿穩定條件，鋼管軸力容許值為：

N=φA×[f]= 0.686×22.413×10-4×310×106=476.63 kN

單肢立桿軸力291.79 kN <476.63 kN，安全系數大于1.5，SPS支撐系統穩定性滿足要求。

3.2.4 地基承載力驗算

SPS支架采用混凝土條形基礎，基礎橫橋向布置，尺寸1.0 m(寬)×0.6 m(厚)，強度C20混凝土。立桿最大荷載291.79 kN。

(1)地基承載力。

σ=N/A=291.79×103N/(1.0 m×1.5 m)=194.5 kPa

因此，基底處理后，地基承載力不得小于194.5 kPa。

(2)混凝土抗壓強度。

SPS立柱地托尺寸0.3 m×0.3 m，C20混凝土設計抗壓

表4 工字鋼檢算結果

強度fcd值9.2 MPa。

f=294.79×103/(0.3×0.3)= 3.28 MPa

滿足要求。

為減小地基不均勻沉降，對土石交界或土質地基承載力不一致的地基，混凝土底鋪設一層10 cm×10 cm鋼筋網片，II級鋼筋直徑10 mm。

4 結束語

本項目高墩連續梁橋采用大力神SPS新型支架，相對傳統碗口支架在目前橋梁現澆施工中，其正處于發展應用階段。計算表明，該新型支架在強度、剛度及穩定性方面均滿足規范要求，安全儲備較高。施工實踐證明該支架系統的安全可靠，其與傳統碗口支架相比，大大減小了節點個數，支架材料用量減少，桿件定型，內外鍍鋅，不易丟失和損壞，均降低了安裝風險，減少工程安全隱患，工程造價相對減少。該支架系統能適應復雜的地形變化，其較高的安全性能大大提高其應用前景。

[1] 陳彥彬. 大跨度連續梁支架現澆設計[J]. 四川建筑，2014,34(5)：165-167

[2] 劉江. 高墩大跨現澆梁組合支架方案設計[J]. 四川建筑，2013,33(6)：214-215

[3] 康勝旗. 大跨度城市立交跨既有橋梁現澆支架施工及檢測技術[J]. 鐵道建筑技術，2010，(S1)：142-145

[4] 吳偉國,蔣鑫,杜召華, 等. 高墩連續梁橋滿堂碗扣式支架施工安全控制研究與應用[J]. 公路工程，2013,38(6)：206-212

[5] 陳斌，金志高,李繼剛. 腳手架與模板支架安全計算中若干問題的探討[J]. 四川建筑科學研究，2008,34(5)：189-191

[6] 蔣雪峰，吳紀東. 高強度碗扣支架在橋梁施工中的應用[J]. 企業科技與發展，2014，(16)：68-71

唐政(1974～)，男，工學學士，工程師，國家一級建造師，主要研究方向：橋梁與隧道工程。

U445.35

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[定稿日期]2015-02-12