連續梁橋支架現澆施工臨時結構設計

□ 孫 松 祁偉杰

1??項目概況

包頭至銀川鐵路石嘴山特大橋32+48+32m連續梁為單箱單室、變高度、變截面箱梁，箱梁高度3.05m～4.05m。頂板寬12.20m，底板寬5.34m～6.70m；箱梁頂板厚度為35cm～65cm，底板厚度為40cm～100cm；腹板厚度為40cm～120cm；中支點處箱梁底寬6.70m，單側懸臂長2.75m，懸臂端厚24.8cm，懸臂根部厚65cm（從懸臂端算起，未計入排水坡度的影響）。為使箱梁傳力合理及支座布置需要，箱梁梁底于主墩位置橫向加寬至850cm，現澆支架為盤扣架、貝雷梁以及鋼管柱組成的組合式支架。

2??結構設計

2.1 設計思路

根據橋址處路線通行情況以及當地的地質條件，通過對多方個案進行對比及優選，最后確定該連續梁工程為貝雷梁式支架平臺，結構形式采用鋼管柱式結構、條形基礎或鉆孔樁基礎。

2.2 設計依據

結構設計主要依據《包銀鐵路石嘴山特大橋（32+48+32）m連續梁現澆支架布置圖》、《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）、《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》（JGJ 231—2010）、《鐵路混凝土梁支架法現澆施工技術規程》（TB 10110—2011）、《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）、《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》廣州軍區科研技術設計所編[1]。

2.3 結構形式

現澆支架為盤扣架、貝雷梁以及鋼管柱組成的組合式支架。

組合支架布置自上而下為：底模→9cm×9cm縱向方木→10#槽鋼橫梁→φ60×3.2mm盤扣架→I14工字鋼橫梁→縱向貝雷梁→雙拼I50a工字鋼橫擔→φ630×8mm鋼管立柱→條形基礎。9cm×9cm縱向方木在腹板下滿鋪，在底板及翼緣板下間距為30cm，在側模處間距為20cm，側模板處雙拼9cm×9cm豎向方木間距60cm。M18對拉桿縱向間距60cm，豎向間距60cm，10#槽鋼橫梁間距為90cm。盤扣架最大豎向步距為150cm（頂層、底層水平桿步距應比最大豎向步距減少一個盤扣的距離）；縱向間距為90cm；橫向間距在腹板下和底板下均為60m，在翼緣板下為120cm。盤扣架下I14工字鋼橫梁間距90cm?？v向貝雷梁第一跨跨度組合為3×9m，第二跨跨度組合為6m+15m+7.5m+9m，第三跨跨度組合為2×6m+10.5m+4.5m；貝雷梁橫向跨度組合在第一跨為3×90cm+4×45cm+2×90cm+4×45cm+3×90cm，在第二跨第一段為12×90cm，在第二跨第二段為3×90cm+4×45cm+2×90cm+4×45cm+3×90cm，在第二跨第三段為3×90cm+2×45cm+4×90cm+2×45cm+3×90cm，在第三跨為3×90cm+2×45cm+4×90cm+2×45cm+3×90cm。貝雷梁之間采用花窗連接，橫梁均采用雙拼I50a工字鋼，橫擔設置在φ630×8mm鋼管立柱上，鋼管立柱之間進行有效連接。每排鋼管共3根，相鄰間距為3.5m，鋼管立柱支架下端預埋鋼板，鋼板下方設錨固鋼筋。6#、7#、8#、9#、13#鋼管柱下的條形基礎尺寸為1m×1.5m×10m，地基通過換填加固；2#、3#、10#、14#、15#鋼管柱下的條形基礎尺寸為0.5m×1.0m×9m，地基通過鋼管樁進行加固。

內模臨時支架從上往下依次為：木模板→9cm×9cm縱向方木→9cm×9cm橫向方木→扣件式腳手架。頂板下9cm×9cm縱向方木間距為30cm，9cm×9cm橫向方木間距在普通段為60cm，在墩頂加厚段為45cm。普通段頂板下扣件式立桿橫向間距90cm，縱向間距60cm，水平桿步距90cm；主墩和邊墩頂板加厚處扣件式支架立桿橫向間距為45cm，縱向間距為45cm，水平桿步距為90cm。

支架立面如圖1所示，其斷面如圖2所示。

3??受力檢算

3.1 建模檢算

圖1 支架立面示意圖（單位：cm）

圖2 支架斷面示意圖（單位：cm）

圖3 橋梁中跨支架有限元模型

以中跨為例，貝雷梁承擔主梁上部結構傳遞的荷載，包括主梁自重、支架、施工人員、堆載荷載，采用Midas/Civil 建立 I14工字鋼橫梁、貝雷梁組成的空間整體模型，構件均采用梁單元模擬。I14工字鋼采用Q235鋼材，貝雷片采用16Mn鋼材，在兩片貝雷片連接位置釋放梁單元y-y方向旋轉自由度[2]。

I14工字鋼橫梁與貝雷梁采用彈性連接中的一般連接，取多點支承的連續梁體系作為整體的計算圖示。I14工字鋼橫梁承受縱向方木與翼緣板下工字鋼縱梁傳遞的集中荷載，并支撐在貝雷梁上，I14工字鋼橫梁間距為90cm。有限元模型如圖3所示。

3.2 材料參數

支架所用的材料主要有木模板、方木、盤扣架、工字鋼、貝雷梁、鋼管柱，工字鋼和鋼管柱采用Q235鋼材制作，盤扣架、鋼管立柱采用Q345鋼材制作，貝雷梁采用低合金高強度結構鋼16Mn鋼材，根據《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017）第4.4.1條規定，其抗壓、抗彎強度設計值，抗剪強度設計值，屈服強度；其他鋼材采用碳素結構鋼Q235鋼材，抗壓、抗彎強度設計值，抗剪強度設計值，屈服強度[3]，材料性能表見表1。

表1 材料性能表

3.3 荷載取值

（1）混凝土容重取值是26kN/m3；

（2）模板和支架荷載取值是1.5kN/m2；

（3）施工人員、堆放荷載取值是1kN/m2；

（4）傾倒混凝土沖擊荷載取值是2kN/m2；

（5）振搗混凝土產生荷載取值是2kN/m2，對于垂直模板取值是4kN/m2。

根據《鐵路混凝土梁支架法現澆施工技術規程》4.3.11 中規定如下。

強度檢算荷載組合是：

1.2×（梁體荷載+模板荷載）+1.4×（施工人員、材料及設備荷載+混凝土的振搗荷載+混凝土澆筑的沖擊荷載）。

剛度檢算荷載組合是：

1.0×（梁體荷載+模板荷載）+1.0×（施工人員、材料及設備荷載+混凝土的振搗荷載+混凝土澆筑的沖擊荷載）。

3.4 計算結果

3.4.1 強度計算

經計算及相關分析得出實際強度情況見表2。

表2 支架最大彎曲應力表

圖4 橋梁中跨支架的整體位移圖（單位：mm）

3.4.2 剛度計算

橋梁中跨支架的整體位移情況見圖4。

橋梁中跨支架最大位移：滿足要求。

4??結論

（1）根據相關規范，針對不同的檢算項目分別采取不同的荷載組合，采用商用有限元軟件Midas/Civil對其進行檢算，組合式貝雷梁支架滿足強度、剛度及整體穩定性要求。

（2）包頭至銀川鐵路石嘴山特大橋32.65+48+32.65m連續梁橋的支架設計，成功解決了該工程跨路通行凈空要求的施工難題，為跨路現澆梁的支架設計和施工積累了經驗。

（3）鋼管立柱頂部與橫梁間應確保有穩固的連接，保證支柱頂部無縱向位移，確保為幾何不變體系。貝雷梁橫向采取有效措施連接為整體，靠近橋墩處鋼管立柱與橋墩之間進行有效連接。

（4）細化和完善模板系統方案，澆筑腹板時應在單個腹板兩側面之間、外側腹板之間設置足夠數量的對拉桿，以平衡混凝土澆筑時產生的水平力，不應將懸臂板下立桿作為抵抗水平力的措施。

（5）翼緣板下I10工字鋼、I14工字鋼橫梁、三拼I45a工字鋼橫梁均按照連續梁形式進行計算，應盡量采用整根，否則應進行可靠焊接。

（6）主要受力構件材料不得有缺陷，各焊接點均應按照規范要求焊接并檢查合格。預埋鋼板與構件（螺旋鋼管）連接時除焊接達標外應增加加勁板以加強連接。I45a工字鋼橫梁在支點位置處設置加勁板，螺旋鋼管支立時要保證豎直不得傾斜。