寬幅現澆箱梁門洞式支架受力性能研究

周志浩

（騰達建設集團股份有限公司）

由于大跨度橋梁結構的特殊性和復雜性，跨線支架的設計和施工往往是工程中最重要且困難的環節之一[1]。寬幅現澆箱梁具有優良的結構力學特性和適應大跨城市橋梁的橋幅寬度要求，在城市橋梁中較為常見。寬幅現澆箱梁門洞式支架跨徑大、支架高、單位面積支架承壓重等特點，且是施工中的重要臨時結構，其受力性能直接影響到橋梁自身施工安全和門洞下通行車輛或行人的安全[2-3]。研究結合是工程案例，提出2種不同的門洞式支架方案，結合其結構特點和受力特點，建立力學受力模型，驗算門洞式支架構件的應力、變形和穩定性，研究成果可為城市環境下跨線寬幅現澆橋梁門洞式支架的設計、施工、方案比選和安全評估提供參考和借鑒。

1 工程概況

杭州市通城大道快速路（機場高速-通彩互通)工程-（機場高速-昌園路）段為通城大道二期工程，項目位于通城快速自機場路立交向南，沿現狀通惠北路敷設，全線呈南北走向，自北向南相交道路有利華奧迪路、振寧路、文明路、建設四路、旺園路、昌園路，存在多處跨路施工，如圖1 所示。線路全長約2.0422km，工程設計起點樁號TCK0+335.4，設計終點樁號TCK2+377.577。

圖1 杭州市通城大道快速路（機場高速-通彩互通）工程

全線分地面道路和高架道路工程。高架橋采用雙向6 車道設計，部分段為雙向8 車道，設計車速80km/h，主線橋上部結構采用寬幅布置的現澆預應力混凝土連續箱梁，標準段寬25.0m、32.5m，梁高為2.3m，最大梁高可達3.5m，標準段跨徑25.0m、32.5m，橋梁底板至原地面凈高約10～20m，翼緣板至原地面凈高約10～13m，橋梁跨路口處采用60m 大跨徑鋼箱梁，橋墩采用“H”型柱式墩，橋梁基礎采用鉆孔灌注樁群樁基礎、鋼筋混凝土承臺；地面道路紅線寬54～58m，雙向6 車道，設計車速50km/h。

2 門洞支架設計方案確定

考慮本工程現澆箱梁跨徑大、支架高、單位面積支架承壓重等特點，箱梁支架采用滿堂支架體系。根據交通組織設計方案，在通城快速路第現澆箱梁按第三聯、第六聯施工時，需要在路口位置設置車道門洞，確保車輛及行人通過，橋梁第三聯梁體布置為35+60+35m，最大橋面寬度32.5m，第六聯梁體布置為34+50+38m，最大橋面寬度40.622m。門洞支架按結構形式設計成2種方案，并按照第三聯為計算案例，分別為方案A：鋼管柱門洞支架和方案B：貝雷桁立柱式門洞支架。門洞凈寬按非機動3.5m+機動車7.5m+機動車7.5m+非機動3.5m 設置，保證雙向4個車道車輛通過，門洞凈高5.5m。

2.1 方案A

如圖2 所示，鋼管柱門洞支架頂部采用滿堂支架進行施工，立柱鋼管下部采用條形基礎。條形基礎共計3條，使用C25混凝土澆筑，條形基礎尺寸為35m×1.0m×0.9m（長×寬×高），基礎內部布設上下兩層φ16mm 鋼筋，兩層鋼筋之間使用架立筋支撐固定。

圖2 鋼管柱門洞支架（單位：cm）

條形基礎上布設φ630×10mm 立柱鋼管，鋼管橫橋向間距為2.0m，立柱鋼管頂部橫橋向設置雙肢Ⅰ32b 工字鋼作為主承重梁，雙肢Ⅰ32b 工字鋼上橫橋向按腹板處30cm/道，箱室及翼緣板50cm/道鋪設9.0m 長的I63a工字鋼作為次承重梁，次承重梁上滿鋪竹膠板，在竹膠板上按照順橋向盤扣支架立桿間距布設10 號工字鋼，使支架立桿底座直接作用在工字鋼上，形成整體受力結構，上部以滿堂盤扣支架形式布置[5-6]。

2.2 方案B

如圖3 所示，貝雷桁門洞支架頂部采用滿堂支架進行施工，貝雷桁直接錨固在混凝土基礎上。條形基礎共計3 條，使用C25 混凝土澆筑，條形基礎尺寸為35m×1.2m×1.0m（長×寬×高），基礎內部布設上下兩層φ 16mm鋼筋，兩層鋼筋之間使用架立筋支撐固定。

圖3 貝雷桁門洞支架（單位：cm）

條形基礎上布設雙拼（45mm×2）貝雷桁架，雙拼貝雷桁架頂部橫橋向布置貝雷桁架為主承重梁，如圖4 所示，順橋向布置45cm/道，貝雷桁架上滿鋪竹膠板，在竹膠板上按照順橋向支架立桿間距布設[10 工字鋼，使立桿底座直接作用在槽鋼上，形成整體受力結構，上部以滿堂盤扣支架形式布置。

3 門洞式支架受力性能分析

3.1 方案A門洞式支架受力分析

為了保證方案A 門洞式各構件的強度、變形和穩定性要求，對10 號工字鋼分配梁、貝雷桁架主梁、墩柱鋼管等進行重點驗算。

3.1.1 10號工字鋼分配梁

10 號工字鋼分配梁的強度和變形驗算時，荷載考慮模板自重、混凝土自重、施工人員及堆放荷載、振搗混凝土產生的荷載。

模板自重為q1=2kN/m2×0.45m=0.9kN/m；按最不利工況考慮，混凝土自重取門洞處梁最高2.42m 處進行計算，混 凝 土 自 重 為q2=26KN/m3×2.42m×0.45m=28.31kN/m；施工人員及堆放荷載標準值為q3=2.5kN/m2×0.45m=1.13kN/m；振搗混凝土產生荷載：q4=2.0kN/m2×0.45m=0.9kN/m，由此得到總荷載如公式（1）所示。

q=1.2×（0.9+28.31）+1.4×（1.13+0.9）

=37.89kN/m ⑴

由于該分配梁的最不利布置為腹板處混凝土澆注高度按2.42m 計算，為便于計算取不利情況，按簡支梁進行分析即可。1m 寬的支腳最大受力為37.89×1=37.89kN，則單個支腳受力為P=37.89/2=18.95kN。由于貝雷桁架梁間距為45cm，分配梁[10 工字鋼支點最大受力處距離按22.5cm 計算，集中荷載為F=18.95+0.11261×0.45=19kN。

強度驗算如公式（2）、公式（3）所示，經計算滿足要求。

剪應力驗算如公式（4）所示，經計算滿足要求。

撓度驗算如公式（5）所示，經計算滿足要求。

3.1.2貝雷桁架主梁驗算

按最不利工況計算，貝雷桁架主梁最不利布置為腹板處混凝土澆筑高度2.42m 處。為便于計算取不利情況，按簡支梁進行分析即可[7-9]。單個支腳受力為P=37.89/2=18.95kN，即q=18.95KN/m；10 號工字鋼分配梁自重按q=0.11261kN/m。實腹板位置處共有5 組雙拼貝雷桁架梁，共計10 排貝雷梁，受力最大支腳處至少有6排單層貝雷桁架梁承擔，則貝雷桁架梁自重按q=1kN/m×6=6kN/m，則貝雷桁架主梁的線荷載為q5=（18.95+0.11261+6）=25.06kN/m。采取偏安全的驗算方式，簡化成跨徑10m的簡支梁進行驗算，如圖5所示。

圖5 貝雷桁架主梁受力計算簡圖

圖6 方案B門洞式支架現場實際應用

強度驗算如公式（6）所示，經計算滿足要求[10]。

剪應力驗算如公式（7）所示，經計算滿足要求。

剛度驗算如公式（8）所示，經計算滿足要求。

3.1.3墩柱（Φ630mm，厚度10mm鋼管）驗算

門洞基礎為C25條形基礎，在混凝土基礎上設置Φ 630mm 鋼管，厚度10mm，間距259cm，單側共13 根鋼管，鋼管上設置63 號工字鋼（雙拼）傳遞上部荷載。Φ 630×10截面特性參數為截面積A=194.68cm2，截面慣性矩I=93639.59cm4；截面抵抗矩W=2972.69cm3；截面回轉半徑i=21.92cm。 單根鋼管受力最大壓應力為291.7kN+鋼管自重5.28kN=297kN，由此可以得到其強度計算結果如公式（9）所示，滿足要求。

受壓桿件的計算長度為L=u×L0，u為約束邊界系數，按保守考慮，將鋼管上部視為自由端，故u取2；L0為桿件長度，取3.42m。由此可以得到鋼管柔度計算結果如公式（10）所示，滿足要求。

鋼管的整體穩定系數ψ 值根據受壓構件的截面分類和構件的長細比，查軸心受壓構件穩定系數表得出ψ=0.965，由此得到鋼管偏心受壓時的應力如公式（11）所示，滿足要求。

3.2 方案B門洞式支架受力分析

為了保證方案B 門洞式各構件的強度、變形和穩定性要求，對10 號工字鋼分配梁、貝雷桁架立柱、墩柱鋼管等進行重點驗算。其中，10 號工字鋼分配梁、貝雷桁架主梁的驗算結果與方案A一致。

貝雷桁架立柱直接錨固在混凝土基礎上，主要承受剪力，只要對驗算其剪力滿足要求即可[11-12]。查詢《裝配式公路鋼橋》可知，雙排貝雷桁架可承受剪力為490.5kN。上部傳遞在貝雷桁架最大荷載為q6=（74.82×8+13.1298×8）/2=351.8kN/m。單根工字鋼承受盤扣傳遞的荷載，每個支點最大承重351.8kN，即每側貝雷桁架承受最大剪力為351.8kN<490.5kN，滿足要求。

綜合分析可知，方案A 和方案B 的分配梁和貝雷桁架主梁的驗算結果一致，而采用方案A 需要對圓心鋼管的驗算指標較多，需要滿足截面正應力、柔度和壓彎構件正應力的要求；方案B 只需對貝雷桁架立柱做抗剪強度驗算即可，且貝雷桁架具有裝配化的優點，可以快速安裝，穩定性強，在實際工程中可以優先選用方案B：貝雷桁立柱式門洞支架。

4 結論

以杭州市通城大道快速路（機場高速—通彩互通)工程寬幅現澆箱梁施工為例，提出了2 種不同的門洞式支架方案，建立力學簡化模型對其整體受力、變形和穩定性進行驗算，得到以下幾個結論：

⑴方案A和方案B的分配梁和貝雷桁架主梁的驗算結果一致，計算結果均滿足材料的限制要求，分配梁的最大彎矩強度Mmax= 40275000N·mm，最大截面正應力σ=87.25MPa，最大剪應力τ=13.25 MPa，最大撓度fmax=0.07mm；貝雷桁架主梁的最大彎矩強度Mmax=313kN·m，最大剪應力τ=125.3 kN，最大撓度fmax=0.001m。

⑵采用方案A 需要對圓心鋼管的驗算指標較多，需要滿足截面正應力、柔度和壓彎構件正應力的要求；方案B 只需對貝雷桁架立柱做抗剪強度驗算即可，且貝雷桁架具有裝配化的優點，可以快速安裝，穩定性強，在實際工程中可以優先選用方案B：貝雷桁立柱式門洞支架。

⑶通過計算和實際的現場應用，采用方案B 對于超寬幅現澆箱梁門洞的支架能快速安裝，現場可以在外側拼裝，不占用車道，一次吊裝安裝到位的優點，以及超強的穩定性和不涉及焊接等特殊工藝的復雜要求，能滿足現場快速安裝，安全施工的目標。