跨線橋現(xiàn)澆箱梁盤扣式支架體系應(yīng)用

王興雙

摘要 文章主要介紹了太行山高速邢臺(tái)段LJ01標(biāo)白臺(tái)峪分離立交橋現(xiàn)澆箱梁盤扣式支架施工，對(duì)盤扣式支架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，通過分離立交現(xiàn)澆箱梁施工，驗(yàn)證盤扣式支架結(jié)構(gòu)安全性能，盤扣式支撐體系應(yīng)用于該標(biāo)段所有現(xiàn)澆跨線橋箱梁施工，對(duì)該工程按期通車起到了重要作用。

關(guān)鍵詞 跨線分離立交橋箱梁;現(xiàn)澆;盤扣式支架;技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào) U445.471 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）02-0117-03

0 引言

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)日新月異，高速公路工程建設(shè)水平不斷提高，為打造太行品質(zhì)工程，對(duì)現(xiàn)澆箱梁以往施工工藝進(jìn)行總結(jié)與提煉，應(yīng)用盤扣式支架體系推進(jìn)高速公路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化，既加快施工速度又確保了施工安全。

1 現(xiàn)澆箱梁概況

太行山高速公路邢臺(tái)段一標(biāo)白臺(tái)峪分離立交橋梁中心樁號(hào)為K9+747.417，平面位于直線上，采用（30+40+30）m跨徑形式，上部為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單箱多室，（30+40+30）m跨徑，采用箱梁頂板調(diào)整橫坡，中腹板處梁高2.16 m，邊腹板處梁高2.1 m，懸臂1.75 m。橋臺(tái)樁徑為1.8 m;雙柱墩直徑為160 cm。

2 支架體系選擇

箱梁形式為單箱多室，經(jīng)方案比選，采用盤扣式現(xiàn)澆支架進(jìn)行現(xiàn)澆箱梁的施工，支架具有以下特點(diǎn)：

（1）采用低合金高強(qiáng)度鋼，承載能力高，考慮安全系數(shù)，單肢設(shè)計(jì)承載力可達(dá)40 kN以上。

（2）豎向拉桿，水平拉桿和斜拉桿使支撐架具有了很好的穩(wěn)定性。材料用量少，安裝快捷、簡(jiǎn)便，效率高。

（3）熱鍍鋅防腐處理，堅(jiān)固耐用，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，節(jié)約成本。支撐架的立桿采用直徑φ60，壁厚為3.2 mm的Q345B鋼;橫桿采用管徑為φ48 mm，管壁厚為3.2 mm的Q345B鋼;斜拉桿件采用管徑為φ42 mm，管壁厚為2.5 mm的Q235鋼，均經(jīng)過熱鍍鋅處理[1]。

3 現(xiàn)澆箱梁盤扣式現(xiàn)澆支架計(jì)算

3.1 支架設(shè)計(jì)驗(yàn)算

（1）鋼筋混凝土容重按26 kN/m3計(jì)算，則各斷面結(jié)構(gòu)斷面尺寸不一致，故各斷面混凝土荷載如下：端橫隔梁（2.16 m）為56.16 kN/m2，中橫隔梁（2.16 m）荷載為56.16 kN/m2;跨中截面（0.5 m）為13 kN/m2;為了支架結(jié)構(gòu)統(tǒng)一且滿足承載力、穩(wěn)定性要求，將荷載歸類，端、中橫隔梁按照56.16 kN/m2計(jì)算;跨中截面為13 kN/m2。

（2）模板自重（含內(nèi)模、側(cè)模及支架）以混凝土自重的5%計(jì)，則：端、中橫隔梁按照2.808 kN/m2計(jì)算;跨中截面為0.65 kN/m2;

（3）施工人員、施工料具堆放、運(yùn)輸荷載：2.5? kN/m2。

（4）傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：3.0? kN/m2。

（5）振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：3.5? kN/m2。

3.2 端橫梁、中橫梁段下方支架驗(yàn)算

3.2.1 底模強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

底模采用δ=15 mm的竹膠板，直接擱置于間距I=30 cm的（10×10）cm縱向方木上（計(jì)算間距40 cm），按多跨連續(xù)梁考慮，取單位長(zhǎng)度（1.0 m）板寬進(jìn)行計(jì)算（見圖1）。

竹膠板（δ=15? mm）截面參數(shù)及材料力學(xué)性能指標(biāo)：

W==1 000×152/6=3.75×104 mm3

I==1 000×153/12=2.81×105 mm4

式中：h：板厚度，b：?jiǎn)挝挥?jì)算寬度，W：截面矩，I：慣性矩。

（1）強(qiáng)度計(jì)算：

荷載組合：

q=1.2×（56.16+2.808）+1.4×（2.5+3.0+3.5）=83.36 kN/m。

Mmax===0.75 kN·m

σmax===20 MPa<[σ]=70 MPa

式中：q：荷載設(shè)計(jì)值，M：彎矩值，l：截面慣性矩，W：抵抗矩（截面矩），σ：容許彎曲應(yīng)力。

故合格。

（2）剛度計(jì)算：

荷載組合：

q=1.2×（56.16+2.808+2.5+3.0+3.5）=81.56 kN/m

ω= =81.56×2004/（150×6×103×2.81×105）

=0.516 mm<[ω]=250/400=0.625

式中：ω： 最大撓度，E：彈性模量，I：抵抗慣性矩。

故合格。

3.2.2 次龍骨（縱向方木）強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

縱向方木擱置于間距60 cm的10#槽鋼上，縱向方木規(guī)格為（100×100）mm，縱向方木亦按多跨連續(xù)梁計(jì)算。

縱向方木（100×100）mm截面參數(shù)及材料力學(xué)性能指標(biāo)：

W==100×1002/6=1.667×105 mm3

I==100×1003/12=8.333×106 mm4

（1）強(qiáng)度計(jì)算：

荷載組合：

q=[1.2×（56.16+2.808）+1.4×（2.5+3.0+3.5）]×0.2

=16.672 kN/m

Mmax===0.6 kN·m

σmax===3.6 MPa<[σ]=9 MPa

故合格。

（2）剛度計(jì)算：

荷載組合：

q=1.2×（56.16+2.808+2.5+3.0+3.5）×0.20=16.312? kN/m

ω= =16.312×8004/（150×10×103×8.33×106）

=0.53 mm<[ω]=2

故合格。

3.2.3 主龍骨（橫向槽鋼）強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

橫向槽鋼擱置于盤扣架的頂托上，中橫隔梁下立桿縱、橫向間距為60 cm。橫向10#槽鋼按多跨連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算跨徑為60 cm。

箱底：P=21.75×0.6=13.05 kN

縱向方木自重：g=6×0.1×0.1=0.06 kN/m

力學(xué)模式（見圖2）：

橫向10#槽鋼截面參數(shù)及材料力學(xué)性能指標(biāo)：W=39.4 cm3;I=198.3 cm4。A=12.74 cm2，D=10.00 kg/m。

式中：A：截面面積，D：理論重量，l：截面慣性矩，W：抵抗矩（截面矩）。

（1）強(qiáng)度計(jì)算：

荷載組合：q=[1.2×（56.16+2.808）+1.4×（2.5+3.0+

3.5）]×0.6=50.016? kN/m

Mmax===1.8 kN·m

σmax===45.685 MPa<[σ]=175 MPa

故合格。

（2）剛度計(jì)算：

按最大支座反力布載模式計(jì)算：

集中荷載：

P=13.05×4-1.4×（2.5+3.0+3.5）×0.6=44.64? kN

ω==45.685×1 000×6003/（48×2.1×105

×198.3×103）+5×0.06×6004/（384×2.1×105×198.3×103）

=0.49 mm<[ω]=600/400=1.5 mm

故合格。

3.2.4 支架立桿穩(wěn)定性計(jì)算

箱梁中橫梁下支架為（60×60）cm設(shè)置，根據(jù)網(wǎng)格劃分，每根立桿為四個(gè)網(wǎng)格共用，對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的承載為1/4，每根立桿的承載面積為：0.6×0.6×4×1/4=0.36 m2。

每根立桿所承受的豎向力按其所支撐面積內(nèi)的荷載計(jì)算，忽略橫向方木自重不計(jì)，則縱向方木傳遞的集中力（均以跨度0.6 m計(jì)算）：

P=（56.16+2.7+2.5+3.0+3.5）×0.6×0.6=24.43 kN

梁底到原地面最大高度為11.37 m，按12 m計(jì)算，盤扣及橫桿鋼管的重量為：（1×10×0.059 4+10×0.6×0.039 6）=0.832 kN。

并考慮普通鋼管的扣件、支架頂托及內(nèi)模支架的重量取1.2系數(shù)，故每桿承受支架自重可計(jì)為0.832×1.2=

0.998 kN，平均立桿重量為0. 998/10=0.1 kN/m。為安全起見，以下計(jì)算可取單根立桿自重0.25 kN/m，其自重為：g=10×0.25=2.5 kN，單根立桿所承受的最大豎向力為：N

=23.83+2.5=26.33 kN。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：

σa=N/A=26.33×1 000/424=62.099 MPa<[σ]=175 MPa

合格。

（2）立桿承載力計(jì)算：

支架立柱采用Ф48×3.0 mm鋼管，立柱底、頂部縱橫向水平桿步距為0.6 m，中間部分步距1.2 m，施工中橫桿最大步距為1.2 m。

鋼管截面面積：A=424 mm2，鋼管截面的慣性半徑： =15.9。

鋼管的柔度：λ ==1×（1 200+300×2）/15.9=113

式中：μ：桿件長(zhǎng)度系數(shù)，i：鋼管截面的慣性半徑。

查表可知，鋼管穩(wěn)定系數(shù)φ=0.541。

鋼管承載力為：

σ ==26 330/（0.541×424）=114.78 MPa< [σ]

=175 MPa

計(jì)算結(jié)果說明支架是安全穩(wěn)定的。

3.3 鋼管立柱計(jì)算

在天橋第二跨下設(shè)置車輛通行的門洞，門洞高4.5 m、寬8 m，采用45號(hào)工字鋼為橫梁跨過，在橫梁上采用槽鋼與上部支架連接，在橫梁支點(diǎn)下采用80×80 cm（寬、高）C25混凝土作為鋼管支架基礎(chǔ)。下面對(duì)立柱進(jìn)行驗(yàn)算：

（1）強(qiáng)度計(jì)算：

立柱需承受荷載：N=（22.5×12+27.7×12）/4=150.6? kN

單根鋼管支柱Ф813 mm×10 mm，其承受的允許壓力為：

[N]=3.14×813×10×210/1 000=5 360.9 kN>150.6? kN

（2）穩(wěn)定性驗(yàn)算：

鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為：i===0.284 m

長(zhǎng)細(xì)比：λ===30.8

式中：μ：桿件長(zhǎng)度系數(shù)，取μ=1.0，i：桿件幾何長(zhǎng)

度，取i =876 cm，D：鋼管外徑，d：鋼管內(nèi)徑。

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2003）[2]表C-2，Φ=0.946。

計(jì)算壓桿的應(yīng)力（忽略鋼管自重）：

σ ===63.1 MPa<[σ]=224.8 MPa

故穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

（3）a、h號(hào)臨時(shí)墩地基承載力驗(yàn)算：

地基承受荷載：σ=（22.5×12+27.7×12+（1+2）×1.5

×27.5×2.5×10/2）/（27.5×3/2）=52.1 kPa<180 kPa

地基承載力滿足要求。

4 盤扣式現(xiàn)澆支架施工

支架搭設(shè)及底膜安裝完畢后，然后對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。調(diào)整支架標(biāo)高后安裝模板，底模、外模、內(nèi)模均采用1.5 cm厚竹膠板。

4.1 支架地基處理

該橋支架地基為石方開挖段壓實(shí)路基整平后，采用壓路機(jī)壓實(shí)，澆筑20 cm厚C20混凝土墊層。

4.2 盤扣式現(xiàn)澆支架安裝

立桿縱距60 cm，橫距60 cm/120 cm;水平桿布設(shè)層數(shù)根據(jù)支架搭設(shè)高度合理設(shè)置，第一層到地面距離基礎(chǔ)20 cm，中間層排距為1.5 m，頂層排距0.5 m，其上為頂撐，高度約30 cm。

每?jī)筛噜彽牧U均用斜桿連接固定;頂撐上U型槽內(nèi)為I14橫向工字鋼，排距1.5 m;工字鋼上順橋向鋪10×10 cm方木，間距20 cm。

5 盤扣式現(xiàn)澆支架預(yù)壓調(diào)整及預(yù)拱度確定

5.1 預(yù)壓

支架預(yù)壓材料采用砂袋土，一是消除支架（支墩）及地基的非彈性變形，二是得到支架（支墩）的彈性變形值作為施工預(yù)留拱度的依據(jù)，三是測(cè)出地基沉降，為采用同類型的橋梁施工提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。加載時(shí)按照50%、80%、100%、110%的預(yù)壓荷載分四級(jí)加載，每級(jí)加載完成后，應(yīng)先停止下一級(jí)加載，并每間隔12 h對(duì)支架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，當(dāng)支架頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，可進(jìn)行下一級(jí)加載[3]。

5.2 支架調(diào)整

根據(jù)沉降值并結(jié)合預(yù)拱度計(jì)算，重新校正支架和模板標(biāo)高。架體預(yù)壓前，支架（底模）按照計(jì)算標(biāo)高調(diào)整，確保支架各桿件均勻受力。預(yù)壓后架體在預(yù)壓荷載作用下基本消除了地基塑性變形和支架豎向各桿件的間隙即非彈性變形，并通過預(yù)壓得出支架彈性變形值。

5.3 支架預(yù)拱度的確定

支架預(yù)壓沉降趨于穩(wěn)定后可進(jìn)行卸載，卸載時(shí)必須對(duì)稱，逐級(jí)進(jìn)行。每卸載一級(jí)，需對(duì)不同的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量，然后通過預(yù)壓前后同一點(diǎn)高程差值、支架的彈性變形量及梁的撓度等得出底模的預(yù)拱度之和，通過U型托座調(diào)整底模高程。

6 結(jié)束語(yǔ)

該文通過比選確定支架形式，采用新型盤扣式支架體系并根據(jù)箱梁截面尺寸大小及分布的荷載進(jìn)行支架的承載力計(jì)算，確保強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求，支架嚴(yán)格按照專項(xiàng)方案進(jìn)行搭設(shè)，施工完成后組織相關(guān)技術(shù)人員、安全管理人員聯(lián)合進(jìn)行驗(yàn)收并掛牌，盤扣式支架比傳統(tǒng)的鋼管腳手架剛度更好，搭設(shè)更簡(jiǎn)單、快捷，在保障現(xiàn)澆箱梁橋施工安全中起到了關(guān)鍵作用，盤扣式支架體系通過實(shí)踐在太行山高速公路邢臺(tái)段得到了推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程：JGJ 231—2010[S].北京：中國(guó)建筑出版社，2010.

[2]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50017—2003[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[3]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T F50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.