鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支架在實(shí)例項(xiàng)目中可靠性分析與應(yīng)用

王曰亭 WANG Yue-ting

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司，青島 266109）

0 引言

常規(guī)鋼拱橋施工往往采用兩種方法，一是先梁后拱支架法施工，即先搭設(shè)臨時(shí)支架施工系梁，然后在系梁上再搭設(shè)支架拼裝拱肋，該方法適合橋址區(qū)域地質(zhì)地形較好且下方交通通行量較少的情況，缺點(diǎn)是施工周期較長(zhǎng)，必須待下部結(jié)構(gòu)施工完畢后方可進(jìn)行拱橋上部施工。二是采用纜索吊吊裝施工，該方法適合拱橋跨越深谷或較寬的水域的情況，但該施工工藝成本很高，拱肋的吊裝危險(xiǎn)性較大，安裝精度不容易控制。在杭州市湖州區(qū)南林大橋項(xiàng)目106m 下承式鋼桁架拱橋施工中，由于該拱橋所跨越的主航道橋部分施工場(chǎng)地狹小，工期緊張且橋址范圍有污水管線，從安全、工期及成本因素綜合考慮，采用岸邊整體拼裝然后頂推到位的施工工藝是最佳的施工方案。但由于拱橋在岸邊進(jìn)行拼裝和頂推，臨時(shí)支架受力復(fù)雜。針對(duì)上述情況，項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)臨時(shí)支架位置進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，同時(shí)對(duì)支架受力進(jìn)行受力模擬計(jì)算，使得臨時(shí)支架同時(shí)滿足了鋼拱橋施工要求。該支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約明確，不但保證了支架的穩(wěn)定性和安全性，而且減少了支架的安裝和拆除工作量，降低了施工措施費(fèi)用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該臨時(shí)支架在鋼結(jié)構(gòu)拼裝和頂推施工中取得很好的效果。

1 工程概況

湖州區(qū)吳越大道—南林路呈南至北走向，起點(diǎn)位于吳越路—強(qiáng)華路交叉口，樁號(hào)NK0+729，終點(diǎn)位于適園路交叉口，樁號(hào)NK2+392，道路全長(zhǎng)1663km。主線橋全長(zhǎng)917m，其中主航道橋長(zhǎng)106m，兩側(cè)跨線橋總長(zhǎng)811m。SW匝道橋梁樁號(hào)范圍SWK0+073.83～SWK0+622.43，全長(zhǎng)548.6m；SE 匝道橋梁樁號(hào)范圍SEK0+174.082 ～SEK00+486.057，全長(zhǎng)311.975m；ES 匝道橋梁樁號(hào)范圍ESK0+235.000～ESK1+049.136，全長(zhǎng)814.136m；WS 匝道橋梁樁號(hào)范圍WSK0+210.619～WSK0+509.619，全長(zhǎng)299m。

106m 長(zhǎng)下承式鋼桁架拱橋上跨主航道，樁號(hào)范圍K1+355.000～K1+461.000，主航道兩岸均為平坦地形，臨時(shí)支架范圍內(nèi)地面標(biāo)高為6.5m-6.8m，地層表面為泥結(jié)碎石，表層下0.6-0.8mm 之間為強(qiáng)風(fēng)化巖，0.8m 以下為中風(fēng)化或弱風(fēng)化巖，臨時(shí)支架范圍內(nèi)地質(zhì)狀況良好，可滿足地基承載力要求。拱肋是由上拱肋、下拱肋及腹桿組成的桁架結(jié)構(gòu)；主拱設(shè)置鋼系梁，系梁與拱肋進(jìn)行固結(jié)；主梁由橋面系及橫梁組成，主梁與系梁及拱肋均采用固結(jié)形式連接。兩個(gè)雙拱肋之間的中心距為26.8m。上下弦桿在拱頂處豎向中心間距為5.0m。上下弦桿均采用同心圓曲線。腹桿在中跨連接上、下弦桿，采用X 形斜腹桿的形式。見(jiàn)圖1。

圖1 鋼桁架拱橋總體結(jié)構(gòu)示意圖

2 臨時(shí)支架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

鋼桁架拱橋拼裝時(shí)需在靠近南岸布置約100m 長(zhǎng)臨時(shí)支架，用于支撐鋼桁架拱橋；在靠近河兩岸橋礅內(nèi)側(cè)布置臨時(shí)支柱，主橋前端設(shè)置40 米導(dǎo)梁，用于支撐鋼桁架拱橋和頂推施工。見(jiàn)圖2。

圖2 臨時(shí)支架支撐鋼拱橋示意圖

臨時(shí)支架截面尺寸為2.5m×2.5m，采用分節(jié)段制作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，共分為3m、6m、9m、12m 四種高度的節(jié)段，每節(jié)立柱之間采用法蘭盤螺栓連接。立柱采用φ325*8mm Q235 鋼管，鋼管立柱橫向之間需采用[14b 槽鋼聯(lián)結(jié)系相連，確保立柱橫向穩(wěn)定性，平聯(lián)、斜撐與立柱之間均采用連接板進(jìn)行焊接，連接板厚度12mm。立柱頂部設(shè)置雙拼25 工字鋼做為受力分配梁。見(jiàn)圖3，圖4。

圖3 臨時(shí)支架與鋼拱橋橫向位置布置示意圖

圖4 臨時(shí)支架與頂推滑道梁位置示意圖

3 支架受力驗(yàn)算

3.1 材料容許應(yīng)力值

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2017）第4.4.8 條，鋼材的材料特性如表1 所示。

表1 鋼材的材料特性（MPa）

3.2 構(gòu)件剛度值

依據(jù)有關(guān)規(guī)范[4]結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形允許值要求參考，支架受荷載后撓曲的桿件（橫梁、縱梁），其撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度的L/400，支架柱頂水平位移不宜超過(guò)H/500。

3.3 拱橋支架受力驗(yàn)算

采用有限元分析軟件Midas/Civil 建立模型如圖5。

圖5 臨時(shí)支架模型圖

根據(jù)安裝工藝步驟，鋼疊合梁節(jié)段安裝時(shí)，支架整體受力分析結(jié)果如圖6。

由圖6 所示，臨時(shí)支架最大抗剪強(qiáng)度為-56.19MPa，小于125MPa，符合要求。

圖6 臨時(shí)支架抗剪強(qiáng)度應(yīng)力圖（MPa）

由圖7 所示，臨時(shí)支架最大抗彎強(qiáng)度為-43.59MPa，小于215MPa，符合要求。

圖7 臨時(shí)支架抗彎強(qiáng)度應(yīng)力圖（MPa）

4 臨時(shí)施工工藝及注意事項(xiàng)

4.1 施工工藝流程

基礎(chǔ)施工→支架現(xiàn)場(chǎng)制作→支架搭設(shè)→頂部標(biāo)高復(fù)核→支架驗(yàn)收。

4.2 臨時(shí)支架基礎(chǔ)

臨時(shí)支架基礎(chǔ)采用C30 混凝土剛性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)正方形基礎(chǔ)，寬3.2m，厚0.3m，長(zhǎng)3.2m，鋼管立柱與基礎(chǔ)采用預(yù)埋件連接固定。每個(gè)鋼管立柱下預(yù)埋4 個(gè)預(yù)埋件，鋼板規(guī)格為14*80*200 共4 塊。每件預(yù)埋件采用2φ16“幾”字型鋼筋與混凝土連接。上下雙向配筋Φ12@200。

4.3 臨時(shí)支架安裝

臨時(shí)支架采用預(yù)制節(jié)段分段安裝的工藝，安裝前需復(fù)測(cè)基礎(chǔ)標(biāo)高，根據(jù)梁體標(biāo)高計(jì)算出支架整體高度，然后搭配不同高度的節(jié)段開(kāi)始安裝。安裝第一節(jié)支架后要及時(shí)對(duì)其標(biāo)高、垂直度進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤后方可安裝下一個(gè)節(jié)段。每個(gè)支架節(jié)段之間采用法蘭盤螺栓連接，每個(gè)螺栓配備雙螺母，待支架標(biāo)高及垂直度調(diào)節(jié)完畢后，將全部螺栓再次擰緊。

4.4 分配梁安裝

立柱頂部分配梁在地面進(jìn)行拼裝焊接，經(jīng)專人檢查后由汽車吊吊裝至鋼管立柱頂部平臺(tái)上。分配梁中心位置必須與鋼管立柱中心重合以確保受力平衡。分配梁與鋼管立柱頂部平臺(tái)采用三角形鋼楔進(jìn)行固定。

5 安全質(zhì)量保證措施

①臨時(shí)支架所需材料進(jìn)場(chǎng)后必須對(duì)其材料規(guī)格、尺寸及受力性能進(jìn)場(chǎng)抽樣送檢，符合要求后方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

②支架在預(yù)制廠制作安裝時(shí)，需在專門臺(tái)架上進(jìn)行安裝焊接已保證其加工尺寸滿足要求[2]。

③支架焊接結(jié)構(gòu)，焊縫質(zhì)量等級(jí)、焊縫高度應(yīng)符合圖設(shè)計(jì)要求，焊縫質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷，探傷比例不低于20%，且在焊接完成后24h 進(jìn)行[3]。

④支架安裝時(shí)施工人員必須系安全帶和安全帽，安全帶需“高掛低用”。人員高空作業(yè)時(shí)下方不得有任何人員，所使用的小型工具需配備專門安置袋，不得扔拋。

⑤汽車吊吊裝作業(yè)時(shí)需安排專職安全員進(jìn)行監(jiān)控，吊裝區(qū)域內(nèi)不得有任何人員，吊裝時(shí)需嚴(yán)格監(jiān)控吊車支腿，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)需立即停止[1]。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼桁架拱橋臨時(shí)支撐胎架位置進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，同時(shí)對(duì)支架受力進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算，使得臨時(shí)支架同時(shí)滿足了鋼拱橋拼裝和頂推的受力要求。該支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約明確，不但保證了支架的穩(wěn)定性和安全性，而且減少了支架的安裝和拆除工作量，降低了施工措施費(fèi)用。此方法為類似施工提供了借鑒和參考。