下承式鋼筋混凝土系桿拱橋現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李寧 LI Ning

（中鐵建海南建設(shè)發(fā)展有限公司，海口 570100）

1 概述

公路工程橋梁工程建設(shè)，隨著橋梁設(shè)計(jì)水平及施工技術(shù)水平的不斷提升，在需要較大的跨越能力橋梁結(jié)構(gòu)中多采用系桿拱橋。但是系桿拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，施工難度較高，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)施工工藝水平還有待探索，特別是施工過(guò)程中拱部及梁部支架的設(shè)計(jì)，其施工的方案、進(jìn)度、質(zhì)量等對(duì)系桿拱橋施工質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用，本文以系桿拱橋梁部及拱部支架設(shè)計(jì)為例，介紹了系桿拱橋支架的設(shè)計(jì)，對(duì)支架結(jié)構(gòu)根據(jù)系桿拱橋的各部分進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析，保障支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐，取得了良好的效果，為類(lèi)似工程提供參考。

鋼筋混凝土系桿拱橋支架設(shè)計(jì)分為梁部現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)及拱圈支架設(shè)計(jì)兩部分，梁部支架設(shè)計(jì)方案可采用貝雷梁+鋼管方案、碗扣支架方案、盤(pán)扣支架方案、軍用梁+鋼管方案等，其中各支架結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。通過(guò)對(duì)各類(lèi)支架結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)型、安全性、安拆的便捷性等方面進(jìn)行比選，結(jié)合跨越河道、峽谷、道路等寬度，選擇最優(yōu)施工方案[1]。

2 工程概況

文昌至定安段公路G223跨線橋1-62.6m系桿拱位于大坡互通范圍內(nèi)，G223跨線橋全橋共3聯(lián)，16+62.6+16，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼空心板+鋼筋混凝土系桿拱+預(yù)應(yīng)力砼空心板，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，本橋平面位于直線上，橋面橫坡為雙向2%。

3 方案比選及支架設(shè)計(jì)

梁部現(xiàn)澆及拱圈及橫梁支架方案擬采用貝雷梁+鋼管方案或盤(pán)扣支架方案，貝雷梁支架方案跨越能力強(qiáng)，基礎(chǔ)要求承載力較高，材料采用貝雷梁租賃加內(nèi)部調(diào)撥的方式，安裝及周轉(zhuǎn)率高，搭設(shè)方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固[2]。盤(pán)扣支架材料全部采用租賃方式，每噸盤(pán)扣材料搭設(shè)支架約60-80m3，租賃費(fèi)用以每噸材料每天的價(jià)格為單位。滿足現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)及安全的前提下，對(duì)兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型比選。

3.1 貝雷梁支架設(shè)計(jì)方案

貝雷梁支架方案采用Φ630mm直徑鋼管，頂部橫梁II40b工字鋼，縱梁采用貝雷梁，貝雷梁頂部采用[12.6#槽鋼分配梁，模板采用15mm后竹膠板，拱肋拼裝支架采用螺旋鋼管拼裝，剪刀撐采用[12槽鋼，根據(jù)方案圖紙計(jì)算工程量，核算貝雷梁租賃費(fèi)用，見(jiàn)圖1。

圖1 貝雷梁支架方案

3.2 盤(pán)扣支架支架方案

箱形梁底模、側(cè)模均采用15mm厚覆膜多層板，采用100mm*100mm木方，順橋向鋪設(shè)，間距300mm。分配梁采用I10工字鋼，橫橋向鋪設(shè)，拱腳范圍內(nèi)按600mm布設(shè)，其余段按間距900mm布設(shè)。主架體橫橋向布置，系梁位置下立桿布置間距為600mm，其余位置布置間距為1200mm。順橋向布置，見(jiàn)圖2。

圖2 盤(pán)扣支架方案

根據(jù)對(duì)兩種方案對(duì)比，均能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，貝雷梁租賃、螺旋鋼管采購(gòu)、條形基礎(chǔ)施工等整體費(fèi)用高于盤(pán)扣支架方案，現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)條件較好，場(chǎng)地整平局部換填后施工混凝土墊層，承載力滿足盤(pán)扣支架要求，而且盤(pán)扣支架安裝及周轉(zhuǎn)性能較好，因此采用盤(pán)扣支架方案。

4 系鋼拱梁部及拱圈現(xiàn)澆支架強(qiáng)度及剛度計(jì)算

4.1 最不利工況及截面荷載計(jì)算

根據(jù)鋼筋混凝土系桿拱支架設(shè)計(jì)截面，最不利工況及截面分為四個(gè)，梁部拱腳截面梁高2.8m，梁部跨中截面縱梁高1.8m，拱圈截面1.6m及拱圈橫梁梁高0.9m。分別計(jì)算梁模板、方木、分配梁及盤(pán)扣支架立桿強(qiáng)度及變形，穩(wěn)定性利用穩(wěn)定系數(shù)在立桿組合強(qiáng)度中體現(xiàn)。盤(pán)扣支架材質(zhì)為Q345鋼材，因此抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值采用300MPa。支架承受的荷載主要有，恒載：鋼筋混凝土自重、多層板、主次龍骨及附件重；活載：施工人員和施工設(shè)備荷載、振搗混凝土?xí)r的振動(dòng)荷載、傾倒混凝土?xí)r的沖擊荷載、風(fēng)荷載、其他不可預(yù)見(jiàn)荷載等。應(yīng)依據(jù)不同類(lèi)型的荷載分別進(jìn)行核算，核算后再進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算。

4.2 拱腳截面支架設(shè)計(jì)及計(jì)算

拱腳截面支架縱橋向立桿間距60cm，橫橋向間距120cm，拱圈范圍加密至60cm，因此I10工字鋼分配梁計(jì)算跨度為60cm、120cm；立桿間距最大按照120*60cm。拱腳支架截面高度2.8m，新澆注鋼筋混凝土重量F=26kN/m3×2.8m=72.8kN/m2，疊加模板重量恒荷載，施工人員及設(shè)備、混凝土振搗、傾倒活荷載后80.8kN/m2，根據(jù)此荷載至計(jì)算模板、分配梁及立桿強(qiáng)度及剛度包括穩(wěn)定性。

模板計(jì)算跨度為方木間距30cm，最大組合應(yīng)力為2.4MPa，小于13MPa；方木最大計(jì)算跨度為縱橋向立桿間距60cm，最大組合應(yīng)力為3.4MPa，小于6.5MPa，變形0.21mm，小于15mm；計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

盤(pán)扣式立桿支架計(jì)算分為組合風(fēng)荷載及不組合風(fēng)荷載兩種組合，根據(jù)計(jì)算結(jié)果組合風(fēng)荷載值結(jié)果為最不利狀態(tài)，取拱腳最高梁高，支架縱橋向間距60cm，橫橋向間距120cm，根據(jù)軸向里計(jì)算，組合風(fēng)荷載值的工況下立桿最大軸力70.29kN，考慮風(fēng)荷載彎矩及穩(wěn)定系數(shù)后軸向最大組合應(yīng)力為232.8MPa，小于300MPa。立桿滿足規(guī)范要求。

4.3 梁體跨中截面支架設(shè)計(jì)及計(jì)算

梁體跨中計(jì)算按照縱梁最大高度計(jì)算，混凝土縱梁高度1.8m，計(jì)算方法與拱腳支架相同，新澆注鋼筋混凝土重量：F=26kN/m3×1.8m=46.8kN/m2

梁體跨中盤(pán)扣支架縱橋向間距90cm，橫橋向間距120cm，拱圈范圍加密至60cm，因此方木計(jì)算跨度90cm，I10工字鋼計(jì)算跨度120cm，立桿間距120cm*90cm，見(jiàn)圖3。根據(jù)計(jì)算結(jié)果模板及方木應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求，盤(pán)扣立桿以組合風(fēng)荷載工況下立桿軸力控制，最大軸力為35.86kN，最大風(fēng)荷載引起的軸向彎矩值0.068kN*m。盤(pán)扣立桿最大組合軸向應(yīng)力為123MPa，小于300MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 梁跨中支架斷面設(shè)計(jì)（示意圖）

4.4 拱圈現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)及計(jì)算

盤(pán)扣支架拆裝及強(qiáng)度方面的優(yōu)勢(shì)，具備很好的承載里的基礎(chǔ)上，同樣搭設(shè)寬度及斜撐具備良好的整體穩(wěn)定性，因此拱圈現(xiàn)澆及橫梁現(xiàn)澆通過(guò)與鋼管+貝雷梁支架經(jīng)過(guò)比選后，拱圈及橫梁現(xiàn)澆支架同樣采用盤(pán)扣支架進(jìn)行拼裝，拱圈混凝土高度為1.6m，拱圈橫梁高度為0.9m，根據(jù)梁高分別對(duì)支架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，由于拱圈矢高11m，因此需要對(duì)拱圈及現(xiàn)澆橫梁進(jìn)行支架的整體穩(wěn)定性分析[3]。

拱圈及橫梁現(xiàn)澆支架，盤(pán)扣立桿縱橋向90cm，橫橋向60cm，見(jiàn)圖4。根據(jù)各梁高計(jì)算盤(pán)扣支架各結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)果支架模板、方木槽鋼橫梁均滿足設(shè)計(jì)要求，最不利工況為拱圈現(xiàn)澆支架組合風(fēng)荷載時(shí)盤(pán)扣立桿最大軸向力為66.03kN，組合穩(wěn)定系數(shù)后盤(pán)扣立桿軸向組合應(yīng)力為220.38MPa，小于300MPa，滿足要求。

圖4 拱圈橫梁支架結(jié)構(gòu)圖（示意圖）

5 拱圈現(xiàn)澆支架穩(wěn)定性分析

拱圈拼裝支架高度為11-13m，采用盤(pán)扣支架方案，盤(pán)扣支架斜撐安裝完成后，考慮風(fēng)荷載狀況下單獨(dú)構(gòu)件穩(wěn)定性以穩(wěn)定系數(shù)校核其軸向應(yīng)力值，除此之外還需要對(duì)整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用軟件對(duì)整體穩(wěn)定性進(jìn)行屈曲分析計(jì)算可準(zhǔn)確的得出目前變量及常量狀態(tài)下的荷載特征值系數(shù)，變量為風(fēng)荷載及施工荷載，常量為支架本身及拱圈自重[4]。

式中：α為結(jié)構(gòu)第1模態(tài)臨界荷載特征值；變量為構(gòu)件所受施工荷載；常量為構(gòu)件自重。

根據(jù)計(jì)算對(duì)拱圈及拱圈橫梁拼裝支架進(jìn)行屈曲分析得出，最小荷載特征值系數(shù)為拱圈橫梁澆筑工況，現(xiàn)場(chǎng)除斜桿安裝穩(wěn)固外，增加了纜風(fēng)繩設(shè)置，失穩(wěn)的穩(wěn)定性系數(shù)為8.5＞4，其穩(wěn)定性滿足要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)鋼筋混凝土系桿拱橋現(xiàn)澆支架進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)，比選不同的支架體系優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)例工程介紹了盤(pán)扣支架在鋼筋混凝土系桿拱橋中的應(yīng)用，盤(pán)扣支架針對(duì)不同部位進(jìn)行加密，拱圈及橫梁一體化澆筑，通過(guò)增加現(xiàn)場(chǎng)加固措施，盤(pán)口支架滿足高度拼裝機(jī)穩(wěn)定性的要求，為類(lèi)似跨度及橋梁類(lèi)型提供參考。