基于MIDAS/Civil的現(xiàn)澆連續(xù)拱橋箱梁組合式支架檢算與施工技術

謝卿

【摘 要】文章結(jié)合工程實例，闡述利用MIDAS/Civil對現(xiàn)澆連續(xù)拱橋六四式單層軍用梁及碗扣式滿堂組合支架進行檢算，同時詳細介紹現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工工藝控制措施，可對類似工程提供參考。

【關鍵詞】現(xiàn)澆連續(xù)拱橋；組合支架；施工技術

【中圖分類號】U448 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0061-06

1 工程概況

某公路跨河橋結(jié)構(gòu)形式為5跨上承式連續(xù)拱橋，跨度為（27.9+36+46+36+27.9）m，橋面寬度為23.5 m，基礎為樁基礎，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆法進行施工。邊跨0#臺～1#墩（4#墩～5#臺）之間采用碗扣式滿堂支架施工；次邊跨和中跨采用六四式單層軍用梁及碗扣式滿堂組合支架現(xiàn)澆施工。

次邊跨1#墩～2#墩（3#墩～4#墩）之間縱向采用（15.5+15.0）m分跨簡支梁結(jié)構(gòu)，橫向布置31片軍用梁；中跨2#墩～3#墩之間縱向采用（13.5+13.0+13.5）m分跨簡支梁結(jié)構(gòu)，橫向布置26片軍用梁。支墩2、5、6、9號采用八三軍用墩，基礎均采用條形基礎；支墩1、3、4、7、8、10號為八三軍用墩，直接支撐于承臺上。

軍用梁上部橫向鋪設15 cm×15 cm的方木，縱向間距為60 cm；方木上鋪設碗扣支架，順橋向間距為60 cm；碗扣支架頂部橫橋向鋪設15 cm×15 cm的方木，再在其上順橋向鋪設一層10 cm×10 cm的方木。支架簡圖如圖1所示。

2 支架主要技術參數(shù)

2.1 鋼材

采用Q235鋼，軸向容許應力[σ]=215 MPa，彎曲容許應力[σw]=215 MPa，剪切容許應力[τ]=125 MPa；彈性模量E=2.06×105 MPa，剪切模量G=7.9×104 MPa。

2.2 軍用梁桿件容許軸力

六四式鐵路軍用梁是我國自行研制的、中等跨度適用的、標準軌距和1 m軌距通用的一種鐵路橋梁搶修制式器材，是一種全焊構(gòu)架、銷接組裝、單層或雙層的多片式、明橋面體系的拆裝式上承鋼桁梁。各構(gòu)件承載能力詳見《六四式鐵路軍用梁手冊》，按其設計承載能力輸入至軟件中。

2.3 八三墩容許承載力

基本鋼材為16 Mn低合金結(jié)構(gòu)鋼，容許應力[f]=240 MPa，容許承載力見表1。

2.4 支架容許剛度

容許撓跨比：■≤■。

3 荷載

3.1 恒載

在主梁施工過程中，支架體系主要承受梁體自重，模板自重，施工機具、人員、施工振動荷載及支架體系自重。

新澆筑梁體自重：Pc=γ×h，混凝土容重取26 kN/m3；模板自重取1.0 kN/m2。

支架結(jié)構(gòu)荷載：當計算碗扣支架時，若立桿間距為30 cm，取0.8 kN/m3，若立桿間距為60 cm、90 cm，取0.55 kN/m3；當計算軍用梁支架時，鋼構(gòu)件重量由MIDAS/Civil程序自動計算，軍用梁自重考慮了1.7倍的提高系數(shù)，以模擬各種配件的重量影響。

3.2 活載

施工人員、材料及施工機具荷載，計算支撐模板的縱、橫梁時，均布面荷載取1.5 kN/m2；計算支架立柱及其他結(jié)構(gòu)時，均布面荷載取1.0 kN/m2；振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載，取2.0 kN/m2；澆筑混凝土時產(chǎn)生的沖擊荷載，取2.0 kN/m2。

風荷載，其標準值按下式計算：

ωk=0.7usuzω0

式中：ωk為風荷載標準值（kN/m2）；us為風荷載體型系數(shù)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）規(guī)定，垂直結(jié)構(gòu)us取0.8；uz為風壓高度變化系數(shù)，依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）表8.2.1選用，此處取1.0；ω0為基本風壓（kN/m2），依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）附錄E.5選用，此處取0.65。

4 支架計算方法及模型

4.1 計算方法

支架結(jié)構(gòu)采用以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計法，用分項系數(shù)的設計表達式進行設計計算：

γ0 S≤R

式中：S為荷載效應，R為結(jié)構(gòu)抗力，γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。當支架結(jié)構(gòu)布置形式相同時，僅取最不利荷載位置進行驗算。軍用梁支架采用MIDAS/Civil軟件進行整體空間受力分析，按極限狀態(tài)法進行檢算。

4.2 荷載組合

各控制截面荷載組合結(jié)果見表2。

當計算軍用梁支架時：計算強度荷載組合為1.2×（①+②+③）+1.4×③；剛度荷載組合為①+②+③；穩(wěn)定性荷載組合為1.2×（①+②+③）+0.9×1.4×④。

其中，上部模板與支架總荷載②+③按1.0 kN/m計，由程序加載在軍用梁上。

4.3 軍用梁支架計算

4.3.1 計算模型

分別對次邊跨1#墩～2#墩和中跨2#墩～3#墩臨2#墩部分進行建模，利用MIDAS/Civil程序建立計算模型（如圖2、圖3所示）。

4.3.2 計算結(jié)果

支架整體變形如圖4所示，結(jié)構(gòu)形式為分跨簡支，跨度為（15.98+15.48）m，最大撓度位于左跨跨中位置，凈跨徑為15.5 m，實際最大撓度為跨中撓度減去兩端支點位移平均值f=31.4-（1.0+1.4）/2=30.2 mm支架整體變形如圖5所示，結(jié)構(gòu)形式為簡支，跨度為13.48 m，凈跨徑為13.0 m，最大撓度位于跨中位置，跨中撓度f=23.4 mm

4.3.3 支墩整體失穩(wěn)檢算

支墩在荷載作用下的整體失穩(wěn)第一模態(tài)如圖6所示，對應的臨界荷載系數(shù)K=10.0>1.5，滿足要求。

4.3.4 基底應力驗算

支墩反力見表3，基礎順橋向?qū)?.5 m，支墩立柱橫向間距為1.75 m，在支墩立柱間距范圍內(nèi)驗算基礎應力。

支墩基礎平均應力最大值為268.4 kPa，小于地基承載力特征值280 kPa，滿足要求。

4.4 計算結(jié)論

通過計算結(jié)果分析表明，支架的強度、剛度及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求并有一定的安全儲備，可以滿足施工需要。

5 現(xiàn)澆梁主要工藝及質(zhì)量控制措施

5.1 模板安裝

進場后對模板進行試驗檢測，各項數(shù)據(jù)滿足要求后方可作為箱梁外模使用。箱室底模、腹板側(cè)模的長邊方向垂直于順橋向，翼板底模的長邊平行于順橋方向。兩塊模板拼接處需承壓于支撐方木上，如接縫處趕不上設計位置的方木，則采用局部加密方木來滿足模板支承要求。外模安裝順序是先安裝底模，再安裝側(cè)模，最后安裝翼板底模。模板安裝時從梁的一端開始，由中軸線控制。

在底板、腹板鋼筋骨架及預應力管道經(jīng)檢查驗收合格后，方可進行箱室模板安裝，內(nèi)模采用滿堂支架作為支撐。內(nèi)模安裝完并經(jīng)檢查驗收合格后，開始安裝頂板鋼筋骨架及預應力管道，腹板和橫隔梁用對拉螺桿固定。內(nèi)模底部采用開口式，砼澆筑時派專人下去振搗底板砼，并將砼面整平。每孔梁端頂部受力較小的部位留出60 cm×100 cm的孔，作為人員及材料通行的孔道，頂板鋼筋在此處斷開，并留有足夠的搭接焊長度，待內(nèi)模、支架拆除完，箱內(nèi)雜物清除后，再進行封口。封口時，采用吊模法施工，預留口周邊砼需進行鑿毛，頂板斷開鋼筋全部進行焊接，封口砼采用與梁體同標號砼。

5.2 鋼筋制作及加工

箱梁鋼筋一次安裝，首先安裝底板和腹板部分，安裝并支撐加固好內(nèi)模后，安裝頂板和翼緣板鋼筋。按設計圖進行綁扎、焊接。鋼筋焊接、綁扎應符合規(guī)范要求。為保證混凝土保護層厚度，在鋼筋與模板之間按梅花形錯開放置砼墊塊。

鋼筋的綁扎順序為底板、腹板→立內(nèi)側(cè)模→綁扎箱梁頂板及翼板鋼筋→預埋件、預留筋。

受力鋼筋焊接接頭應設置在內(nèi)力較小處，并錯開布置。對于焊接接頭，在接頭長度區(qū)段內(nèi)，同一根鋼筋不得有2個接頭。配置在接頭長度區(qū)段內(nèi)的受力鋼筋，受拉區(qū)其接頭的截面面積占總截面面積的百分率應滿足不大于50%。電弧焊接頭與鋼筋彎曲處的距離不應小于10倍鋼筋直徑，也不宜位于構(gòu)件的最大彎矩處。

5.3 波紋管安裝

嚴格按照設計圖紙和有關施工技術規(guī)范設置預應力孔道定位筋，以確保預應力孔道在砼澆筑等過程中始終處于設計的坐標位置。嚴格檢查波紋管，確保其安裝位置準確，管節(jié)連接平順且緊密。沿縱向每隔50 cm左右設置一道，“#”字形φ8 mm定位鋼筋，并點焊在主筋上，在管道轉(zhuǎn)折控制點處定位筋應做加密處理，確保波紋管在砼澆筑過程中不出現(xiàn)變形、移位及漏漿現(xiàn)象。

波紋管安裝就位后，必須嚴格按設計圖紙所定坐標，用定位鋼筋可靠定位，保證波紋管在砼振搗過程中不會發(fā)生移動。

5.4 預應力筋的下料及穿束

鋼絞線和錨具在使用前對鋼絞線重新作拉力試驗，檢驗其抗拉強度及伸長率。同樣，錨具進場后應作硬度和靜載錨固性能試驗。

鋼絞線下料前應調(diào)直，計算好鋼絞線的下料長度，鋼絞線下料切割在∠50角鋼焊制成的下料槽內(nèi)進行。鋼絞線切割下料使用砂輪機，不得使用火焰切割。

鋼絞線穿束采用整束牽引。穿束過程中，鋼束不得轉(zhuǎn)動，應平直通過孔道。穿束后，檢查兩端鋼絞線的編號，其位置是否對應正確，如不正確應調(diào)整一致。穿束后，鋼束應能在管道內(nèi)自由地滑動，否則應繼續(xù)查明原因，采取措施。

穿束完成后，應檢查鋼絞線能否在孔內(nèi)自由滑動，穿束完成后迅速安裝錨具，錨具的安裝應與設計對應，并應根據(jù)張拉兩端鋼絞線的編號對應安裝。

5.5 砼澆筑與養(yǎng)護

每聯(lián)混凝土縱向按區(qū)段依次澆筑，每區(qū)段混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑到頂板底，第二次澆筑翼板和頂板。第一次澆筑砼達到設計強度70%之后（根據(jù)天氣情況適當調(diào)整），即可立好內(nèi)模綁扎頂板鋼筋，待第一次澆筑砼達到100%強度后，即可進行第二次澆筑翼緣板和頂板。

在澆筑頂板砼時，箱室頂板采用“分段向兩邊一端推進”的澆筑方式，澆筑翼板時，先澆筑翼板最外點，最后在腹板處合攏。施工時，必須保證其間隔時間不超過砼的初凝時間。為保證和橋面鋪裝層的連接，頂板砼表面用要拉毛。

砼分層澆筑，分層厚度不大于30 cm，水平往復、分層對稱進行澆筑搗固，上層砼必須在下層砼初凝前灌注完畢。搗固采用插入式和平板式振動器配合，振搗棒移動間距為作用半徑的1.5倍，插入下層混凝土10 cm左右，與模板保持5～10 cm距離，避免碰撞模板、鋼筋、預埋件。

箱梁砼灌注完成后，由專人對外露面及時覆蓋麻袋、土工布濕水進行養(yǎng)護，必須覆蓋全部砼表面，保持持續(xù)濕潤，確保足夠的養(yǎng)護時間；養(yǎng)護時，應采取設置擋水埂等有效措施防止養(yǎng)護用水漫流，有組織進行排水，防止污染箱梁側(cè)面。

在箱梁砼澆灌時，項目部將設技術人員專門對支架進行監(jiān)測。

5.6 預應力張拉

張拉所用設備及材料應進行檢查，不得使用有裂紋、傷痕、銹蝕的錨具、夾片，所有的鋼束在張拉點之間能自由移動，同時構(gòu)件可以自由適應在施加預應力時產(chǎn)生的水平和垂直移動。第一步先將鋼絞線略微予以張拉，以消除鋼絞線松馳狀態(tài)，并檢查孔道軸線、錨具、千斤頂是否在一條直線上，并要確保鋼束中每根鋼絞線受力均勻。

各梁段預應力鋼索張拉必須在該梁段混凝土強度達到90%以上，并達到相應強度的彈性模量，混凝土凝期不少于7 d后方可進行，張拉順序按施工順序從外到內(nèi)左右對稱張拉。各節(jié)段橫向預應力筋在縱向預應力筋張拉后再張拉，豎向預應力筋在此段橫向應力筋張拉后再張拉。

預應力采用伸長量與張拉應力雙控，以應力控制為主，伸長量誤差應在±6%范圍。當伸長量達不到設計要求時，應認真檢查預應力管道位置及管孔。

張拉完畢后48 h之內(nèi)完成孔道壓漿。

5.7 封端

所有管道壓漿完成后，即可進行封端。封端時，先將錨具周圍沖洗干凈并鑿毛，然后設置鋼筋網(wǎng)和澆筑封端砼。封端砼的標號必須符合設計要求。

5.8 支架拆除

當封錨砼強度達到設計強度以后，進行落架和模板拆除，支架落架采用上托下面的可調(diào)螺帽，內(nèi)模及其支架由箱梁頂板預留天窗進人拆除。拆架時一定要先拆箱梁翼緣板后拆除底模，落架和外模拆除應對稱、均勻、緩慢、有序地進行，先拆側(cè)模底模，從跨中對稱往兩端拆。支架拆除宜分兩階段進行，先從跨中對稱往兩端松一次架，再對稱從跨中往兩端拆。支架和模板拆除后，及時進行保養(yǎng)維修，以備再用。多跨連續(xù)梁應同時從跨中對稱拆除。

參 考 文 獻

[1]CJJ 2—2008，城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2]JGJ130—2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范[S].

[3]葛俊穎.橋梁工程軟件Midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[責任編輯：陳澤琦]