單線鐵路連續梁橋邊跨現澆段鋼管支架設計

白佳祺，宋 科

（石家莊鐵路職業技術學院，河北 石家莊050041）

1 概 述

某單線鐵路橋為跨邢昔公路而設。設計采用（40+64+40）m 連續梁方式跨越。在DK110+107 處與公路相交，橋梁全長984.17 m。連續梁處于直線區段i=-1.4%的坡道上。梁體為單箱單室、變高度、變截面結構，梁高在端支座處及邊跨直線段和跨中處為3.0 m，中支點處為5.0 m，1#～4# 橋墩為連續梁橋墩，箱梁頂、底寬分別為4.9 m、3.4 m，底寬在中墩3 m 長距離內變化到4.2 m。頂板的厚度為0.32 m，底板厚度由0.36 m 按圓曲線變化到0.65 m，中支點處底板厚度為1.117 m；腹板厚度由0.4 m折線變化至0.6 m，再由0.6 m 折線變至0.8 m。2#、3# 橋墩為主墩，固定支座設在3# 橋墩上。邊墩1#橋墩高8 m，4# 橋墩高11 m。大橋采用懸臂澆筑法施工，掛籃結構形式為菱形。分為35 個懸澆梁段，中墩0# 塊段長9 m，其余梁段有3.5 m、4.0 m 兩種，合龍段長度為2.0 m，最重懸澆段為1# 塊，澆筑重量819.0 kN。

主橋連續箱梁兩端的邊跨現澆段長度為7.6 m，混凝土方量44.8 m3，邊跨梁重約118.72 t。根據現場實際情況，因兩個邊跨橋墩不高，且均處在無水較平坦陸地上，采用鋼管支架進行混凝土施工，兩邊跨支架形式相同，本文將對較高邊墩4# 墩側的鋼管支架進行設計檢算。

2 支架設計概述

邊跨現澆段支架由底模下方木、縱梁、墊梁、牛腿、立柱及連接系組成。

立柱采用φ630×10 mm 鋼管，沿橫橋向、順橋向布置，布置間距分別為3.0 m、4.2 m，靠近橋墩處立柱支撐于承臺之上，其余均設置于條形基礎上。立柱間均設連接系，以確保支架整體穩定。鋼管底部采用底法蘭與基頂預埋鋼板圍焊連接。

立柱間順、橫橋連接系由［20 槽鋼組焊，立柱頂設置落架沙箱，沙箱底板與鋼管柱頂法蘭焊接，沙箱上安設墊梁，墊梁采用2I40b 雙拼工字鋼，沿順橋向布置間距4.2 m，縱梁采用I32b 工字鋼，沿橫橋向布置間距為90 cm×3+40 cm+35 cm×2+90 cm×2+35 cm×2+40 cm+90 cm×2，底模下沿順橋向布置10 cm×10 cm 方木，間距30 cm。支架順橋向布置如圖1 所示，橫橋向布置如圖2 所示。

3 荷載計算及荷載組合

3.1 荷載

（1）混凝土重量：圖3 給出邊跨現澆段典型計算斷面，根據斷面數據計算其重量；混凝土容取26 kN/m3。

（2）頂、底板及腹板下模板自重取1 kN/m2，翼緣下模板自重取2.8 kN/m2。

（3）支架自重由程序自動計算。

（4）施工人員、材料及施工機具荷載：計算支承模板下的縱、橫梁時，活載（3）取1.5 kN/m2；計算支架立柱及其他結構時，活載（3）取1 kN/m2。

（5）振搗混凝土產生的荷載取2.0 kN/m2。

（6）澆筑混凝土產生的沖擊荷載取2.0 kN/m2。

圖1 支架順橋向布置（單位：cm）

圖2 支架橫橋向布置(單位：cm）

圖3 邊跨現澆段計算斷面（單位：cm）

3.2 荷載組合

荷載組合1：計算支承模板下的方木強度時，1.2×[（1）+（2）+（3）]+1.4×[（4）+（5）]。

荷載組合2：計算其他結構的強度時，1.2×[（1）+（2）+（3）]+1.4×（4）。

荷載組合3：計算結構的剛度時，（1）+（2）+（3）。

荷載組合4：計算立柱的穩定性時，1.2×[（1）+（2）+（3）]+0.9×1.4×（3）。

4 計算模型

利用Midas 軟件建立分析模型，采用梁單元分別模擬立柱及縱、橫梁，將荷載施加于底模下方木上，鋼管底部約束形式為固結，計算模型如圖4 所示。

圖4 支架計算模型

5 分析結果

5.1 底模下方木剛度、強度計算

底模下方木彎曲應力分布如圖5 所示，最大彎曲應力4.6 MPa＜fw=13 MPa，滿足要求。

圖5 底模下方木彎曲應力圖

底模下方木剪應力分布如圖6 所示，底模下方木最大剪應力0.9 MPa＜fwv=1.4 MPa，滿足要求。

圖6 底模下方木剪應力圖

經計算，底模下方木最大變形為0.2 mm＜l/400=650/400=1.625 mm，剛度滿足要求。

5.2 縱梁剛度、強度計算

縱梁彎曲應力如圖7 所示，最大彎曲應力81.1 MPa＜f=215 MPa，滿足要求。

圖7 縱梁彎曲應力圖

縱梁剪應力如圖8 所示，縱梁最大剪應力21.6 MPa＜fv=125 MPa，滿足要求。

圖8 縱梁剪應力圖

縱梁變形2.2 mm＜l/400=2 100/400=5.25 mm，剛度滿足要求。

5.3 橫梁剛度、強度計算

圖9 示出橫梁的最大彎曲應力值為42.5 MPa＜f = 215 MPa，滿足要求。

圖9 橫梁彎曲應力圖

圖10示出橫梁的最大剪應力值為28.8 MPa＜fv=125 MPa，滿足要求。

圖10 橫梁剪應力圖

橫梁最大變形值為0.8 mm＜l/400=3 000/400=7.5 mm，剛度滿足要求。

5.4 立柱強度、穩定性計算

立柱應力如圖11 所示，立柱的最大應力值為24.0 MPa＜f = 215 MPa，強度滿足要求。

圖11 立柱應力圖

支架屈曲模態分析如圖12 所示，支架整體線彈性屈曲第一階屈曲穩定系數為42.4，屈曲模態為立柱間橫向連接系縱向失穩，支架整體屈曲穩定有足夠的安全系數。

圖12 屈曲模態分析圖

5.5 基礎計算

圖13 立柱底支反力圖

如圖13 所示，遠墩側立柱底支反力和：F支=443.1+443.4=866.5 kN。條形基礎尺寸為長4.6 m，寬1.6 m，高1.0 m。條形基礎自重：F基礎=4.6×1.6×1.0×26=191.4（kN）。

基底豎向力和：F = F支+F基礎= 866.5 +191.4 =1 057.9（kN）。

基底承載力不小于143.7 kPa，支架基礎必須有足夠的承載力。

6 支架現澆施工要點

6.1 現澆段工藝流程

邊跨現澆段施工工藝流程：處理地基→施工條形基礎→安裝鋼管柱→焊接橫撐→連接支架與墩身→沙箱→安裝墊梁→焊接牛腿→縱梁安裝→鋪設橫梁→底模→驗收、預壓→安裝內、外模→綁扎鋼筋及預應力預埋→澆筑混凝土→養護→拆模。

邊跨直線段混凝土采用一次澆筑成型，施工中要特別關注錨墊板位置及預應力管道的準確，預留孔和預埋件的精確設置，有利于合龍段的順利安全施工。

6.2 支架基礎

靠近橋墩側的鋼管柱坐落在承臺上，距離橋墩中心線2.1 m，線路中心線對稱布置，兩鋼管柱間距為3 m。承臺已施工完成，采用植筋的方式連接，每個鋼管柱植入承臺的錨栓為16 個，植入深度為80 cm，錨栓采用HRB400φ22 鋼筋，長度為880 mm，植筋黏結劑采用樹脂類植筋膠，B 級膠。

離鋼管柱較遠的另外兩根鋼管柱采用擴大基礎，擴大基礎尺寸為100 cm×460 cm×160 cm，基礎頂、底面設15 cm×15 cm 網格的鋼筋網，鋼筋采用HRB400φ16。基礎地基承載力大于143.7 kPa，不符合要求的進行三七灰土換填1 m 厚。在擴大基礎上相應位置上預埋預埋件，確保錨栓數量及位置準確，預埋深度不小于80 cm。

6.3 鋼管支架

鋼管柱的直徑為φ630 mm，壁厚10 mm，廠家定制，連接鋼板為d=880 mm×20 mm，鋼板的孔眼不能在現場沖孔，孔徑誤差為±0.25 mm，端孔邊距的誤差在±0.5 mm 內。柱腳的加勁肋鋼板厚8 mm，其焊腳尺寸不小于6 mm，柱腳焊腳尺寸不小于8 mm。嚴格按設計圖紙搭設，保證各連接件連接牢固，搭設完畢采用邊跨梁體重量120%的砂袋進行預壓。

7 結 語

某單線鐵路（40+64+40）m 連續梁橋采用懸臂澆筑法施工，邊跨現澆段長度為7.6 m，采用鋼管支架法澆筑。本文對大橋邊跨現澆段的鋼管支架設計進行了探討，首先建立了Midas 分析模型。根據分析結果，對支架進行檢算，檢算內容主要有底模下方木強度和剛度計算、縱梁強度和剛度計算、墊梁強度和剛度計算、立柱強度和穩定性計算、基礎計算，通過檢算支架的強度、剛度、穩定性滿足相關要求。工程實踐證明本文所述支架結構設計合理、安全可靠，為大橋順利完工提供了可靠保障，可為類似工程施工設計提供參考。