鋼混組合梁橋臨時支架施工技術研究

姚斐

（中交一公局第一工程有限公司，內蒙古烏蘭察布 012000）

0 引言

鋼混組合梁橋采用剪力連接件將鋼梁和混凝土板連接成整體，在橫截面上兩種材料共同受力和變形[1]。將混凝土用于主梁上部受壓，鋼梁用于下部受拉，充分利用了兩種材料的特性。其鋼梁在工廠制造完成后運輸至現場架設，然后再施工混凝土橋面板，其中有大量的施工工序在工廠完成，保證了施工質量，縮短了施工周期。以上情況符合當前國家綠色施工、裝配式施工的要求，是中小跨徑橋梁建設的首選[2]。

鋼混組合梁施工方法對鋼混組合梁的內力和變形狀況影響顯著[3-6]。當不采用支架和臨時墩[7]，施工時鋼梁的自重、橋面臨時施工荷載及混凝土橋面板的自重僅有鋼梁承擔，鋼筋混凝土橋面板不參與，待混凝土達到設計強度時混凝土板和鋼橋完成組合共同承擔活載，該類型組合梁稱為活載組合梁；當采用臨時支架或臨時墩施工，鋼梁和混凝土的自重施工時全部由支架承擔，待施工完成后鋼梁和混凝土完成組合，此時拆除臨時支架，恒載全部轉移到組合梁上，鋼梁和混凝土共同承受結構的自重和運營期的活載作用，該類型的組合梁稱為恒載組合梁。本文對鋼混組合梁翼緣板混凝土澆筑的支架進行分析研究。

1 鋼混組合梁及支架概況

本文討論的鋼混組合梁為單箱單室矩形結構，主要由頂板、腹板、底板、腹板加勁肋、底板加勁肋、橫肋板、空腹式橫梁組成。鋼主梁采用等高設計，鋼梁高度1.5m 和1.4m，鋼梁頂寬12.48m，底寬11.64m，腹板采用直腹板設置。

鋼主梁采用Q345qE 槽形鋼梁，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。結構斷面由混凝土橋面板及整體成槽形的鋼梁組成，槽形鋼梁整體上由頂板、腹板、底板、空腹式橫梁、實腹式橫梁、腹板加勁肋、底板加勁肋組成；頂板板厚16～28mm，寬0.9m；腹板板厚14～22mm；底板板厚14～20mm；腹板上布置T 型豎向腹板加勁肋；底板上布置Ⅰ型縱向加勁肋，通過設置過焊孔穿越空腹式橫梁，縱向連續布置；每隔3～4m 布置一道空腹式橫梁，空腹式橫梁由T 型腹板豎向加勁肋、T 型橫向底板加勁肋以及水平和斜向無縫鋼管等組成；支點處布置實腹式橫梁，實腹式橫梁腹板板厚24mm，如圖1 所示。橋面板采用整體現澆，懸臂板端厚為22cm，跨中厚為26cm，根部板厚為40cm。

圖1 鋼箱梁三維示意圖

為了不中斷交通，對于懸臂板的澆筑制訂兩種施工方案分別如下：

方案一，翼緣板采用三角架，三角架支撐與鋼箱梁上。三角架上搭設楔形方木和模板，箱內采用鋼管內支架由上而下結構為：5cm 木板+采用48 型盤扣體系支架（間距橫縱90cm，步距1.2m）+10#工字鋼+8.5×8.5 方木+1.5cm 竹膠板。

方案二，翼緣板采用落地腳手架，由下而上分別為鋼管、工字鋼、支架、方木和模板，箱內支架同方案一。

2 有限元模型

為了準確計算支架和鋼箱梁的受力狀況、變形性能和穩定性，采用三維有限元分析軟件Midas Civil 建立兩種支架方案的有限元模型[8]。鋼梁翼緣板、腹板、底板及加勁肋板均采用板單元模擬，鋼梁橫梁和支架采用梁單元模擬，選取1 個標準段建立翼緣板和箱內支架的有限元模型，如圖2、3 所示。

圖2 翼緣板支架有限元模型圖

圖3 鋼箱梁內部支架有限元模型圖

計算施工期間荷載主要包括模板、支架等自重、混凝土濕重、施工荷載、風荷載。

2.1 模板、支架等自重

竹膠板容重取6kN/m3，其單位面積自重為g1=6×0.15=0.9kN/m2。

支架：程序自動計算。

2.2 混凝土濕重

混凝土的容重取26kN/m3。懸臂板根部厚度為40cm，端部為22cm，懸臂板保守計算統一按40cm 取值；跨中頂板混凝土厚度為26cm。懸臂板混凝土濕重g2=26×0.4=10.4kN/m2；跨中頂板混凝土濕重為g2=26×0.26=6.76kN/m2。

2.3 施工荷載

施工人員、施工材料堆放荷載取q3=2.5kPa。

振搗混凝土產生的荷載q4=2.0kPa。

2.4 風荷載

作用在模板支撐上的水平風荷載標準值，按下式（1）計算。

式（1）中：wk為風荷載，kPa；uz為風壓高度變化系數，取1.0；us為風荷載體型系數，豎直面取0.8；w0為基本風壓，取0.35。

式（2）中：

ωk——風荷載標準值為0.196kN/m2；

h——縱橫水平拉桿的計算步距為0.6m；

la——立柱迎風面的間距為0.9m；

Mw——立桿由風荷載設計值產生的彎矩；

Mw=0.85×1.4ωklah2/10=0.85×1.4×0.196×0.9×0.6×0.6÷10=0.007kN/m 風荷載影響較小，可忽略不計。

3 計算結果

提取方案一三角架受力，如圖4 所示。三腳架上部桿件受拉，下部斜桿受壓。最大拉力為49.92kN，最大壓力為55.36kN；鋼箱梁內撐桿最大拉力為100kN，最大壓力為51kN；鋼箱梁最大拉應力為253MPa；各部件滿足安全性要求。計算其變形知最大變形為10mm。

圖4 方案一受力圖

計算方案一鋼管樁、工字梁、腳手架的強度，如表1 所示，可知各感覺均符合安全要求。

表1 方案1 支架各部件應力結果

計算其支架變形，如圖5 所示。支架中部變形最大。最大變形為8.8mm，其跨度的四百分之一（即9000/400=22.5mm），滿足安全要求。

圖5 支架變形圖

為了確保箱內支架支撐于鋼箱梁內，以滿足鋼箱梁結構的安全，對其進行驗算。驗算結果，如圖6所示。

圖6 鋼箱梁應力圖

計算可知：鋼箱梁最大von-Mises 應力位于鋼箱梁跨中頂板翼緣，最大應力為280MPa，小于Q345 鋼材的設計應力310MPa；標準組合下不考慮材料堆放荷載、振搗荷載，鋼箱梁最大變形為跨中部位，最大變形為25.03mm，鋼箱梁結構安全。對鋼管支架驗算可知：鋼管支架的最大軸向應力為90MPa，小于Q235 結構穩定允許應力215×0.813=175MPa，鋼管支架滿足強度和穩定性要求。

鋼管支架的最大軸向應力為90MPa，小于Q235 結構穩定允許應力215×0.813=175MPa，鋼管支架滿足強度和穩定性要求。計算其他各部件應力，如表2所示。

表2 方案2 支架各部件應力結果

計算鋼箱梁變形狀況，如圖7 所示。標準組合下不考慮材料堆放荷載、振搗荷載，鋼箱梁及支架的整體最大變形為25.92mm，鋼箱梁受荷載后變形為25.02mm，支架和模板變形為0.9mm，滿足施工要求。

圖7 鋼箱梁支架作用下的變形

4 結論

對兩種支架臨時方案計算分析可以得到如下結論：

第一，方案一支架強度滿足要求，但是鋼箱梁受力和變形較大，如采用方案一需采取必要措施連接鋼箱梁頂板，加強鋼箱梁橫梁抗彎剛度。

第二，方案二各部件強度、剛度、穩定性均滿足要求，當需要落地支架，影響交通且需要準確預留支架的變形。

第三，箱內支架使鋼箱梁翼緣板受壓，最大壓應力為280MPa，小于Q345 的設計應力，不會對鋼箱梁結構造成破壞；支架作用將引起槽型鋼梁跨中產生25.92mm 的變形，該變形可通過預拱度設置。

綜上所述，兩種方案均能滿足施工要求，但需通過施工措施設置相應的預拱度。