大跨徑貝雷梁支架系統(tǒng)在節(jié)段拼裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林冠橋

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510655）

1 工程概況

澳門高架橋工程IS22車站到IS23車站區(qū)間橋梁上部結(jié)構(gòu)由14跨標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)節(jié)段箱梁組成，設(shè)計(jì)搭設(shè)鋼管支架拼裝施工。其中起點(diǎn)段IS22-P01～P02上方橫跨澳門機(jī)場候機(jī)樓交通主道偉龍馬路天橋，下方在機(jī)場停車場進(jìn)口附近，交通疏導(dǎo)及支架搭建工作難度大。設(shè)計(jì)P01～P02處于200 m平面曲線上，跨度為33 m，共有12節(jié)段，最大節(jié)段重41.5 t，總跨重410.2 t，其中22#車站附近為P01墩，機(jī)場氣站附近為P02墩，2個(gè)墩身均靠近偉龍馬路天橋防護(hù)欄，間距較窄，同時(shí)需保證下方偉龍馬路交通順暢，前期設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)支架方式無法施工，需對(duì)特殊段支架重新進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算及施工。

2 大跨徑鋼管樁貝雷梁支架體系設(shè)計(jì)形式

借助貝雷梁大跨徑組裝施工的特性，設(shè)計(jì)現(xiàn)澆箱梁高支架主體結(jié)構(gòu)由Ф800 mm鋼管樁、321貝雷片（16 Mn）橫梁及I488縱梁組成，以800 mm鋼管為支架底部承重，上部結(jié)構(gòu)橫向鋪設(shè)貝雷梁作為分配梁，雙I488工字鋼作為順橋向承重梁。地面完成硬化后，鋼管樁在P01、P02墩身施工完即開始搭建，并在現(xiàn)有砼路面上澆筑條形梁作為鋼管支架基礎(chǔ)，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)截面為100 cm×100 cm，長度為兩端超出鋼管樁邊1 m。鋼管樁與預(yù)埋在條形基礎(chǔ)上的鋼板焊接成一體，用I20a槽鋼焊接剪刀撐將鋼管樁連接成穩(wěn)定體系。樁頂同樣焊接厚度為10 mm、截面100 cm×100 cm的鋼板，在I700工字鋼縱梁上安裝321貝雷片作為主橫梁、在跨中部位等間距設(shè)置3榀貝雷橫梁，其他位置設(shè)置2榀貝雷橫梁，在貝雷梁上方設(shè)置雙I488焊接為整體節(jié)段拼裝縱梁。

3 支架結(jié)構(gòu)模型及荷載

按照支架設(shè)計(jì)方案，通過MIDAS CIVIL軟件建立三維有限元模型進(jìn)行空間分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。

IS22-P01～P02跨度33 m，其節(jié)段梁總重量為410.2 t。鋼管立柱設(shè)計(jì)為2排，同排立柱縱向間隔為2.5 m，節(jié)段梁下方縱移滑梁長31.6 m，按5%偏載工況考慮，將節(jié)段梁重量簡化成作用在2條縱向分配梁上的均布荷載。

采用荷載效應(yīng)基本組合設(shè)計(jì)值，永久荷載分析系數(shù)取1.2，對(duì)產(chǎn)生的最不利工況進(jìn)行支架強(qiáng)度和穩(wěn)定性荷載驗(yàn)算，故均布在縱向分配梁的荷載設(shè)計(jì)值為：

4 支架受力驗(yàn)算

4.1 縱向分配梁強(qiáng)度驗(yàn)算

縱向分配梁由I488工字鋼組成，在節(jié)段梁均布荷載和自重作用下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

圖1 縱梁和貝雷梁彎曲應(yīng)力驗(yàn)算

可知，縱向分配梁最大彎曲應(yīng)力為47.7 MPa，彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)允許值［σ］=205 MPa。故縱向分配梁受力符合要求。

4.2 貝雷梁強(qiáng)度驗(yàn)算

貝雷梁由橫向5片組成，縱向通長布置，貝雷梁上下弦采用加強(qiáng)弦桿設(shè)置，在原來弦桿上疊加一根新的桿件，圖1所示為在上部荷載作用下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

由圖1可知，橫向貝雷梁最大彎曲應(yīng)力為221 MPa，最大剪切應(yīng)力為155 MPa，最大撓度值為16.3 mm；而設(shè)計(jì)最大彎曲應(yīng)力允許值［σ］=305 MPa，設(shè)計(jì)最大剪切應(yīng)力允許值為［τ］=175 MPa，設(shè)計(jì)最大撓度位移允許值為［f］=15 000/400=37.5 mm，故橫向貝雷梁受力滿足要求。

4.3 底部分配梁和橫向聯(lián)接桿件強(qiáng)度驗(yàn)算

貝雷梁底部由雙拼I700工字鋼組成縱向分配梁，橫向聯(lián)接桿件采用I20a槽鋼焊接剪刀撐構(gòu)成，在荷載作用下計(jì)算其應(yīng)力結(jié)果。

由計(jì)算結(jié)果得知，底部分配梁和橫向聯(lián)接桿件的最大彎曲應(yīng)力為62 Mpa，最大撓度值為2.6 mm，最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)允許值［σ］=205 MPa，最大撓度位移允許設(shè)計(jì)值為［f］=2 500/400=6.25 mm，因此分配梁和橫向聯(lián)接桿件受力滿足要求。

4.4 鋼管立柱強(qiáng)度和支座反力驗(yàn)算

鋼管立柱由Ф800 mm鋼護(hù)筒間距2.5 m排列組成，鋼護(hù)筒底部與預(yù)埋在C20混凝土條形基礎(chǔ)1 000 mm×1 000 mm方形鋼板焊接在一起，在上部荷載作用下通過midas civil軟件計(jì)算結(jié)果可知：

鋼管立柱最大彎曲應(yīng)力為66 MPa，最大支座反力為656 kN，最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)允許值［σ］=205 MPa，而設(shè)計(jì)最大支座反力允許值為2 000 kN，因此鋼管立柱滿足受力要求。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程

工藝流程為：條形基礎(chǔ)施工→安裝預(yù)埋鋼板→焊接鋼管立柱→吊裝I700工字鋼下橫梁→鋪設(shè)321貝雷片主橫梁→鋪設(shè)I488工字鋼縱向分配梁→安裝工作平臺(tái)→吊裝前檢查驗(yàn)收→拼裝節(jié)段梁→拆除支架。

5.2 支架基礎(chǔ)施工

在P01、P02墩身橋梁走向線路兩旁澆筑混凝土條形梁作為支架基礎(chǔ)，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。基礎(chǔ)橫截面為1 m×1 m，長度為兩端超出鋼管樁邊1 m。在鋼管樁安裝位置預(yù)埋一塊15 mm厚1 000mm×1 000 mm方形錨固板，錨固板下方均勻布置帶彎鉤的鋼筋錨固鋼筋伸入條形基礎(chǔ)固定。

5.3 鋼立柱安裝

鋼管樁根據(jù)支架搭設(shè)高度提前加工，并焊接鋼板做好樁頂處理。鋼管樁與底鋼板采用焊接連接，用相同型號(hào)尺寸為100 mm×100 mm的4塊加勁鋼板焊接在焊縫周圍進(jìn)行加固強(qiáng)化。鋼管樁頂部焊接一塊15 mm厚100 mm×100 mm的方形鋼板，同樣采用4塊加勁板焊接加強(qiáng)，接觸部位焊縫均滿焊。鋼管樁縱向分布于現(xiàn)場行車道兩旁，橫向鋼管間距設(shè)計(jì)則沿著偉龍馬路天橋邊沿布設(shè)。鋼管之間設(shè)柱間剪刀撐保證鋼管支架的整體穩(wěn)定性，剪刀撐采用I22a型鋼。

5.4 下橫梁、貝雷梁和縱梁安裝

縱橫梁采用I700工字鋼，放置于鋼管樁頂部，并采用3塊加勁板焊接固定于每根鋼管樁頂端兩側(cè)，接觸部位焊縫要求滿焊。縱橫梁上單層安裝貝雷梁，對(duì)中腹板位置設(shè)三榀貝雷梁，翼板、底板位置則設(shè)置兩榀貝雷梁。貝雷梁上下弦采用加強(qiáng)弦桿，并在貝雷梁支點(diǎn)位置采用雙槽鋼進(jìn)行加固避免局部應(yīng)力增大情況。采用槽鋼加工成U型卡槽與雙I700工字鋼固定成一整體防止貝雷片移動(dòng)，最后鋪設(shè)安全網(wǎng)、腳踏板等作為安全防護(hù)。在貝雷梁上部，沿節(jié)段箱梁腹板走向布設(shè)兩排I488工字鋼分配梁，承擔(dān)節(jié)段梁拼裝的荷載支撐。

5.5 支架安裝要求

5.5.1 鋼管立柱安裝

為保證支架上高空作業(yè)的安全，要提前測量好底面標(biāo)高并設(shè)置加工好各鋼管的長度，確保運(yùn)至現(xiàn)場可直接組裝。按梁底高程與地面標(biāo)高變化確定順橋向控制斷面間距，在順橋向左、右兩邊各設(shè)控制點(diǎn)，以精確確定鋼管柱墩頂標(biāo)高，并用明顯的標(biāo)記標(biāo)明各鋼管柱的位置，以便校驗(yàn)。

5.5.2 縱梁安裝

鋼管立柱標(biāo)高調(diào)整完畢后，在其上沿縱向安放雙榀I700工字鋼為分配梁，如果多鋼管樁在一條直線上，可設(shè)置通長工字鋼。如果由于地面場地限制，鋼管樁不在一條直線上，采用間斷布設(shè)工字鋼，但工字鋼支架必須加板焊接連接為一個(gè)整體。鋼管樁與工字鋼接觸有縫隙時(shí)必須加薄鋼板墊平，并加筋板焊接。

5.5.3 貝雷梁安裝

所有貝雷梁安裝完成后頂面必須保證在一個(gè)水平面，底面與分配梁接觸嚴(yán)密，各貝雷片銷接需有保險(xiǎn)扣。貝雷梁安裝完成后進(jìn)行工序驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后在貝雷梁上安裝好安全兜網(wǎng)，鋪設(shè)腳踏板擺放橫向木枋即可。

5.6 支架拆除

支架拆除順序應(yīng)遵守先跨中后兩端，先上后下的原則。拆架時(shí)提前放松節(jié)段梁拼裝楔形塊分離節(jié)段箱梁與支架，然后在節(jié)段梁翼板緩慢移出縱向工字鋼分配梁，達(dá)到合適位置后通過吊機(jī)吊離至地面。貝雷梁拆除分兩個(gè)階段，首先將貝雷梁與節(jié)段梁頂面預(yù)埋孔臨時(shí)固定，確保底下分配梁順利拆除后，再將貝雷梁吊整體至橋下。在整個(gè)拆架過程中必須有管理人員全程指揮與檢查，以保證拆除工作的安全。

6 結(jié)語

貝雷梁安裝加強(qiáng)弦桿，結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)，承載能力大，適合在空間狹小且不能中斷交通情況下給節(jié)段梁拼裝提供安全穩(wěn)定的跨路空中作業(yè)平臺(tái)。

通過MIDAS Civil有限元軟件分別對(duì)貝雷梁及鋼管樁的強(qiáng)度、抗剪、撓度及地基承載力等力學(xué)性能進(jìn)行分析計(jì)算，得到節(jié)段梁拼裝支撐體系設(shè)計(jì)參數(shù)，符合相關(guān)規(guī)范要求。

鋼管立柱貝雷梁組合體系結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、作業(yè)跨度大，適用于空間受限較多的橋梁空中作業(yè)，在工程安全、進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益等方面都具有良好的促進(jìn)作用。