鋼混疊合梁拼裝及運梁通道兩用支架平臺設計與應用

賈培亮

(中鐵十七局集團第三工程有限公司 河北石家莊 050081)

1 概述

市政橋梁設計，常采用鋼箱梁、疊合梁、工字型鋼梁等跨越能力大、結構自重小的梁型。由于受市區交通、管線等因素影響，鋼混疊合梁、鋼箱梁等梁部結構施工采用工廠預制，現場進行節段焊接成橋，因此需要搭設拼裝、焊接支架[1-4]。鋼箱梁工廠預制、現場焊接及吊裝工序時間長、控制因素多，對工期影響大，尤其是當鋼箱梁位于架梁關鍵線路上時，應根據整體工期安排合理地組織鋼箱梁預制及進場拼裝的時間，以保證整條關鍵線路上作業順暢，反之則項目的工期無法進行統籌組織[5-7]。但跨路及路口位置往往受到征拆、交通疏導等因素影響，按計劃進行鋼箱梁拼裝作業難度較大[8-9]，因此必須采取合理的措施保證項目關鍵線路暢通，尤其是暢通運梁通道，是上部結構安裝工程施工組織設計的核心[10]。

本文針對鋼疊合梁拼裝支架施工，采用左、右幅分幅作業，半幅加高一側鋼混疊合梁拼裝支架兼作運梁通道支架的方法，待運梁結束后，降低支架作為鋼疊合梁拼裝平臺，既解決了運梁線路因鋼混疊合梁拼裝造成斷點難題，又不影響后期鋼疊合梁梁部焊接作業，可為此類工程施工提供參考。

2 工程概況及重難點分析

2.1 工程概況

珠海市香海大橋支線工程TJ2標，線路全長3.042 km。起點于珠海市香洲區前山街道瀝溪村，終點位于珠海市香洲區長沙圩。線路采用雙向六車道高速公路標準設計，設計速度80 km/h。標準橋梁寬度33 m，分上下行兩幅并列獨立橋梁。單幅橋梁標準寬16 m，橋面凈寬2×15 m，見圖1；主線橋梁中，大跨度橋梁采用鋼箱組合梁結構，普通跨度采用預制簡支混凝土梁。其中第22聯、28聯、36聯均采用60 m跨徑的鋼混疊合梁跨越道路施工。

圖1 橋梁斷面圖

鋼箱組合梁左右幅均采用“開口鋼箱梁＋混凝土橋面板”的組合結構，16 m寬單幅橋主梁采用單箱單室結構，20 m寬單幅橋采用單箱雙室組合梁結構，結構總高3 m，鋼結構部分高2.5 m，頂部混凝土橋面板與鋼箱梁梁體通過剪力釘連接。

2.2 重難點分析

3聯鋼箱梁均采用工廠預制、現場拼裝施工工法，拼裝支架采用貝雷梁拼裝支架。由于3聯鋼箱梁位于鬧市區，交通疏導難度大，涉及歷史遺跡建筑拆遷難等問題，導致鋼箱梁施工工期滯后，線下預制梁場存梁壓力大，因此需設計拼裝支架與運梁通道兩用平臺，首先保證先架段預制梁架設，緩解線下預制梁場生產及存梁壓力。后期完成運梁任務后整體降低兩用平臺支架，進行拼裝鋼混疊合梁施工。

3 鋼混疊合梁拼裝及運梁通道兩用支架平臺的設計

3.1 總體方案選型

總體方案選用梁柱式支架平臺方案，“梁”采用貝雷梁，“柱”采用φ630×8 mm鋼管柱。為保障關鍵線路暢通，左幅鋼箱梁拼裝過程中，右幅拼裝支架加高兼作運梁通道，結構形式與左幅拼裝支架相同，僅鋼管立柱高度不同，待運梁結束或左幅鋼箱梁拼裝完成后，降低右幅運梁通道，拼裝右幅鋼箱梁。

3.2 左幅鋼箱梁拼裝支架平臺設計

鋼箱梁臨時支架采用直徑φ630 mm、壁厚8 mm鋼管作支撐柱，支撐柱頂主橫梁為雙拼 36工字鋼，長度6 m，縱梁按單層布置，采用單層貝雷片，四片一組，共兩組，兩組之間間距3.5 m；貝雷片與工字鋼主橫梁間焊接槽鋼限位卡以防滑動擺動。拼裝支架設計時考慮將來運梁荷載，見圖2、圖3。

圖2 鋼箱梁拼裝支架

圖3 平臺支架斷面圖

3.3 右幅預制梁運梁通道支架平臺設計

運梁通道支架與拼裝支架結構形式相同，運梁通道搭設前，對φ630 mm直徑鋼管立柱降低高度處做法蘭盤連接，后期安裝橋墩旁落架立柱，采用千斤頂支撐貝雷梁及橋面系，拆除法蘭以上鋼管立柱，緩緩降落貝雷梁梁部結構，使之改為鋼箱梁拼裝支架，拆除橋面鋼板，根據鋼箱梁分段設置焊接支撐，見圖4。

圖4 運梁平臺支架

3.4 支架平臺結構檢算

3.4.1 支架平臺最不利工況及荷載取值

支架平臺最不利工況分為3種，其中工況一為運梁通道下，運梁車運輸最大梁重130 t，計算運梁狀態下支架平臺各構件的強度及剛度；工況二為支架平臺降低后改為鋼箱梁拼裝時鋼箱梁重量及施工荷載下；工況三是當鋼箱梁拼裝過程中，開口狀態下架橋機通過的運輸荷載。按極限狀態法設計，恒荷載荷載分項系數為1.2，活荷載荷載分項系數為1.4，車輛沖擊系數根據規范取1.3，Q235鋼材極限應力抗拉、壓、彎取值小于215 MPa，抗剪小于125 MPa，Q345鋼材抗拉、壓、彎取值小于305 MPa，抗剪小于175 MPa，允許撓度按照L/400控制。

3.4.2 工況一強度及剛度計算結果

運梁車通過支架平臺工況下，運梁車空車按24 t考慮，最大梁重132 t。運梁車總長38 m，車輪:前車3軸，10 輪，后車3 軸，12 輪。第1 排為單輪，第2、3、4、5、6排為雙排輪。運梁車長度布置見圖5。

圖5 運梁車軸距

根據集中荷載采用移動荷載布載的方式計算最不利狀態下各構件的強度及剛度。

通過對支架平臺結構分析，各構件強度及剛度均滿足規范允許值要求。各構件中貝雷梁梁部為最不利構件，從計算結果得出貝雷梁的最大組合應力183.3 MPa＜[τ]＝305 MPa，貝雷梁的最大剪應力64.1 MPa＜[σ]＝175 MPa，強度滿足要求。貝雷梁最大變形12.1 mm＜l/400＝13 500/400＝33.75 mm，剛度符合要求。

3.4.3 工況二強度及剛度計算結果

運梁結束后，支架平臺整體降低轉換為鋼箱梁拼裝支架，恒荷載考慮鋼箱組合梁結構自重、混凝土橋面板濕重、模板重量以及支撐體系自身的自重，按照其相應的容重荷載施加。在鋼箱梁上作用施工荷載，方向為豎直向下，根據統計計算，最大荷載為40 kN/m。結構的自重軟件自動考慮。

根據貝雷架應力計算結果，貝雷架的最大應力為σ＝-240.26 MPa，最大剪應力τ＝-141.73 MPa。計算結果表明貝雷架強度滿足施工使用的要求。由貝雷架位移計算結果可見，其豎直方向的最大變形為11.89 mm，小于貝雷梁跨度的1/400，變形滿足要求。

3.4.4 工況三強度及剛度計算結果

由于分幅施工鋼箱梁，當左幅鋼箱梁未拼裝完成，右幅鋼箱梁根據工期安排必須開始拼裝時，則會出現架橋機通過未完成拼裝鋼箱梁的工況，根據架橋機的自重及運輸設備構造，支腿集中荷載為302.5 kN，架橋機布置立面圖如圖6所示。

圖6 架橋機布置立面圖

根據對此工況開口鋼箱梁及支架平臺計算，架橋機在鋼箱梁上運輸過程中，鋼箱梁組合應力中最大壓應力為-10.67 MPa，最大拉應力為1.78 MPa。鋼箱梁變形最大為4.10 mm，鋼管樁支架組合應力中最大壓應力為-64.56 MPa，最大拉應力為141.37 MPa。鋼管樁變形最大為3.77 mm。該工況下鋼箱梁及支架的應力及穩定性均滿足要求，結構安全可靠，組合應力見圖7。

圖7 工況三鋼箱梁組合應力(最大壓應力為-10.67 MPa)

3.4.5 支架平臺穩定性計算

支架平臺穩定性需考慮穩定系數的單構件穩定性及模型的整體穩定性。根據對三種工況下構件穩定及整體穩定性的分析，工況一下鋼管立柱構件穩定性、工況二下整體穩定性為最不利狀態，分別進行計算[11-12]。

工況一下鋼管立柱穩定性計算:鋼管墩長度因數1，鋼管計算長度取12 m。回轉半徑213.4，長細比56.2，鋼管為焊接，根據《鋼結構設計規范》附錄C，鋼管按b類構件考慮，查表得軸心受壓構件穩定系數0.825。

因此，鋼管墩穩定性滿足要求。

工況二下計算得到鋼管樁在荷載組合下一階失穩的穩定性系數為4.671＞4，其穩定性滿足要求。

4 鋼混疊合梁拼裝及運梁通道兩用支架平臺的安裝應用

4.1 兩用支架平臺安裝

兩用支架平臺分為左幅鋼混疊合梁支架安裝及右幅預制梁運梁通道支架安裝兩種，兩種支架形式及結構形式均相同，僅支架高度不同，待右幅運梁任務結束后，降低右幅支架，轉換為鋼混疊合梁拼裝支架。因此安裝前要對降低高度進行計算，結合千斤頂高度、橋面高度、拼裝高度，對鋼立管降低處進行法蘭盤安裝。運梁通道主線橋鋼管支撐采用擴大基礎，擴大基礎尺寸2 m×2 m，厚度不小于0.6 m，擴大基礎位置需提前進行地基處理，地基承載能力大于175 kPa，必要時進行預壓。擴大基礎完成后進行鋼管、橫梁、貝雷梁、橋面鋼板等其他結構的安裝。

4.2 兩用支架平臺應用效果

兩用支架平臺經現場安裝應用(見圖8、圖9)，其結構穩固，安裝及轉換操作簡便、安全、快捷，滿足現場預制梁運輸及鋼混疊合梁拼裝要求，較好地保證了關鍵線路的連續性。左幅鋼箱梁拼裝與右幅運梁同步作業，極大地緩解了預制梁場存梁壓力，并最終順利完成了左、右幅鋼混疊合梁的拼裝施工。

圖8 右幅運梁支架平臺

圖9 左幅拼裝支架

5 結束語

本文全面總結了一種鋼混疊合梁拼裝及運梁通道兩用平臺支架的設計及應用方法，平臺支架安裝完成后運輸預制T梁130余片，保障了關鍵線路上運梁通道的暢通。運梁任務完成后，通過提前設置的吊點和液壓千斤頂裝置，整體落架2.5 m，順利完成了運梁平臺與拼裝平臺的轉換，并完成了60 m鋼混疊合梁的拼裝、焊接及橋面預制板安裝工作，對類似工程具有很好的參考意義。