連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架設(shè)計與應(yīng)用分析

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.035

文章編號：1673-4874（2025）04-0127-03

0 引言

在橋梁工程建設(shè)中，連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆施工常常面臨復(fù)雜多變的地理環(huán)境和技術(shù)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)支架體系在面對諸如軟土地基、陡坡以及河流沖刷區(qū)等復(fù)雜地形時基礎(chǔ)處理要求高，暴露出基礎(chǔ)處理難度大、搭設(shè)周期長、成本高昂以及資源浪費嚴(yán)重等諸多弊端[1-3]。

裝配式落地鋼管柱支架體系可直接利用墩柱承臺作為支架基礎(chǔ)4，支架整體結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，能夠在工廠內(nèi)對鋼管柱的各個部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、高精度的加工制造，有效保證了部件的質(zhì)量和性能一致性。在施工現(xiàn)場，只需將加工好的鋼管柱、連接系、橫梁、縱梁等部件按照設(shè)計要求進(jìn)行快速拼裝，大大縮短了施工周期。另外，裝配式落地鋼管柱支架具有良好的可重復(fù)利用性，在一個工程施工完成后，支架部件可以方便地拆卸、運輸，并在其他類似工程中再次使用，這不僅降低了工程的總體成本，還減少了資源浪費和對環(huán)境的不良影響。基于以上顯著特點，裝配式落地鋼管柱支架在連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆施工中展現(xiàn)出極為廣闊的應(yīng)用前景。

1工程概況

飛龍大橋位于廣西橫州市平馬鎮(zhèn)與新福鎮(zhèn)飛龍鄉(xiāng)交界處，由北至南跨越郁江，為波形鋼腹板連續(xù)剛構(gòu)橋。如圖1所示，全斷面采用單箱單室箱梁布置，頂寬13m，箱底寬7m，懸臂長3m。主橋共有兩個邊跨現(xiàn)澆段，邊跨現(xiàn)澆段長5. 52m ，需澆筑混凝土159.8 m³ 。

2支架設(shè)計

2.1 總體思路

連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架的設(shè)計確保其能夠安全承載施工過程中可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜荷載組合的基礎(chǔ)，諸如結(jié)構(gòu)自重、混凝土澆筑重量、施工設(shè)備及人員產(chǎn)生的動荷載等，為整個施工過程提供堅實可靠的支撐保障，有效預(yù)防因鋼管強度或剛度不足而引發(fā)的安全隱患[5-6]

支架的穩(wěn)定性和承載能力直接關(guān)系到工程的安全實施，采用矩形陣列的鋼管柱布局是經(jīng)過實踐驗證的有效方式。這種布局形式能夠使各鋼管柱之間形成穩(wěn)定的受力體系，均勻地分散和傳遞荷載，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象的出現(xiàn)，極大地增強支架整體的穩(wěn)定性和承載效能。

此外，從施工的全周期角度出發(fā)，安裝和拆卸的便利性不容忽視。在設(shè)計環(huán)節(jié)，將構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化作為重要原則，旨在確保各構(gòu)件具有統(tǒng)一的規(guī)格和尺寸，便于工廠化批量生產(chǎn)和現(xiàn)場快速識別與組裝。同時，簡化連接方式，如鋼管柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在工廠高精度加工后，現(xiàn)場采用栓接方式進(jìn)行安裝，這種連接方式操作簡便、快捷，能夠顯著提高現(xiàn)場安裝效率，減少施工時間成本。立柱與基礎(chǔ)之間利用預(yù)埋鋼板進(jìn)行法蘭螺栓連接，既保證了連接的牢固性，又便于后期的拆卸與調(diào)整；立柱剪刀撐及連墻件等部位采用焊接方式，在保證結(jié)構(gòu)強度的同時，也能夠根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活進(jìn)行焊接位置和角度的調(diào)整，以更好地適應(yīng)施工現(xiàn)場的復(fù)雜多變條件，從而實現(xiàn)支架高效的現(xiàn)場安裝和后期拆卸作業(yè)，提升整個工程的施工效率和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1箱梁斷面示意圖

通過實施以上總體思路，能夠從源頭上保障連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架的設(shè)計合理性與施工可行性，確保工程順利進(jìn)行并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

裝配式落地鋼管柱支架主要由鋼管、槽鋼、工字鋼縱梁、升降支座、貝雷片、工字鋼分配梁等組成。鋼管柱支架以承臺混凝土為基礎(chǔ)，在豎向支撐方面，順橋向布置的兩排三列共6根規(guī)格為 630mm× 10mm的螺旋鋼管作為主要的承重構(gòu)件，鋼管立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為6m。鋼管柱與基礎(chǔ)之間通過預(yù)埋法蘭盤螺栓連接。為了增強支架整體的穩(wěn)定性，各個鋼管之間采用焊接[20槽鋼進(jìn)行縱橫連接形成剪刀撐結(jié)構(gòu)，并設(shè)置三道剪刀撐。這種連接構(gòu)造形成了一個穩(wěn)定的空間框架結(jié)構(gòu)，能夠有效地抵抗水平方向的風(fēng)荷載、施工荷載以及因結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，提高了支架在復(fù)雜受力情況下的抗傾覆能力和整體穩(wěn)定性，防止鋼管柱發(fā)生局部失穩(wěn)或整體倒塌事故。各個鋼管之間采用焊接[20槽鋼進(jìn)行縱橫連接，共設(shè)置三道剪刀撐。靠墩一側(cè)的鋼管柱采用雙拼20a槽鋼與預(yù)埋在墩柱的鋼板進(jìn)行連接，進(jìn)一步加強了支架與墩柱之間的聯(lián)系，使支架能夠更好地借助墩柱的剛度和穩(wěn)定性。剪刀撐和連墻件分別在墩柱高度5m、12.5m、17m處設(shè)置。在水平承載結(jié)構(gòu)中，縱梁采用雙拼I40a工字鋼，縱梁上設(shè)置6榀貝雷片，縱梁與貝雷片之間設(shè)置升降支座。貝雷架上設(shè)置間距60cm的I20a工字鋼分配梁，分配梁頂部直接鋪設(shè)鋼模板。

3有限元分析驗算

3.1荷載組合

連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆分兩次澆筑，當(dāng)?shù)诙踊炷翝仓r，連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架荷載受力最大。荷載組合工況見表1。

表1邊跨現(xiàn)澆第二次混凝土澆筑荷載工況組合表

3.2結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架設(shè)計的詳細(xì)尺寸，對支架體系的內(nèi)部構(gòu)造通過MidasCivil有限元軟件建模。結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

3.3結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

表2裝配式落地鋼管柱支架主要材料一覽表

（1）澆筑第二層混凝土施工時，此時 ?630 mm鋼管立柱單元受到的最大組合應(yīng)力為26.56 MPa ，低于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材構(gòu)件215MPa的最大強度容許值要求；最大剪應(yīng)力為0.77MPa，低于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125 MPa 的最大抗剪強度容許值要求；最大變形為1. 93mm ，小于最大變形容許值50. 21mm 。630鋼管立柱構(gòu)件強度滿足要求。

（2）澆筑第二層混凝土施工時，雙拼I40工字鋼縱梁單元受到的最大組合應(yīng)力為40.6 MPa ，低于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材構(gòu)件215 MPa 的最大強度容許值要求；最大剪應(yīng)力為31.07 MPa ，低于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125 MPa 的最大抗剪強度容許值要求；最大撓度為2.36mm，小于最大撓度容許值9.25mm。雙拼I40工字鋼縱梁強度滿足要求。

（3）澆筑第二層混凝土施工時，貝雷梁單元受到的最大組合應(yīng)力最大值為 150.84MPa ，小于貝雷梁構(gòu)件材料設(shè)計強度值310 MPa ；最大剪應(yīng)力為109 MPa ，小于貝雷梁構(gòu)件材料最大抗剪強度設(shè)計值186 MPa ；最大撓度為3.69mm，小于最大度容許值 7.5mm 。貝雷梁各構(gòu)件強度滿足要求。根據(jù)連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架設(shè)計方案，支架體系的主要材料見表2。

（4）澆筑第二層混凝土施工時，I20a工字鋼分配梁單元受到的最大組合應(yīng)力為67.41 MPa ，低于Q235鋼材構(gòu)件215MPa的最大強度容許值要求；最大剪應(yīng)力為30.93 MPa ，低于Q235標(biāo)準(zhǔn)鋼材125 MPa 的最大抗剪強度容許值要求；最大撓度為3.89mm，小于最大撓度容許值11mm。I20a工字鋼分配梁構(gòu)件強度滿足要求。

由表1可知，澆筑第二層混凝土為邊跨現(xiàn)澆節(jié)段支架荷載受力最大工況，對其進(jìn)行計算的單元受力分析結(jié)果見表3，具體如下：

3.4受力計算結(jié)果

通過受力結(jié)果進(jìn)行分析（見圖3，邊跨現(xiàn)澆裝配式落地鋼管柱支架正應(yīng)力、剪應(yīng)力和撓度均滿足規(guī)范要求。

表3單元受力分析結(jié)果表

4施工應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

4.1施工技術(shù)要點

各構(gòu)件必須嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的尺寸要求進(jìn)行精確加工，其中鋼管立柱的垂直度偏差應(yīng)控制在 lt;0.5% 。法蘭盤連接節(jié)點必須采用高強度螺栓固定，并采用扭矩扳手進(jìn)行復(fù)檢。焊接作業(yè)焊縫應(yīng)飽滿，外觀平整光滑，無夾渣、氣孔等缺陷。在施工過程中，應(yīng)采用全站儀對支架的關(guān)鍵部位進(jìn)行實時監(jiān)測，重點監(jiān)測支架的水平位移、垂直沉降及整體變形情況，建立完整的監(jiān)測記錄檔案，包括監(jiān)測時間、監(jiān)測數(shù)據(jù)、處理措施等信息，以確保支架系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和施工安全。

圖3有限元分析云圖

4.2施工流程

4.2.1630鋼管立柱加工及安裝

鋼管立柱規(guī)格為 630mm×10mm ，在標(biāo)準(zhǔn)廠房內(nèi)進(jìn)行加工。鋼管立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度為6m，而最頂端的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)則根據(jù)實際支架高度尺寸進(jìn)行定制加工，鋼管立柱在加工場內(nèi)試拼滿足質(zhì)量要求后運輸至施工現(xiàn)場。

在施工過渡墩承臺階段，依據(jù)設(shè)計圖紙的精確坐標(biāo)，提前在承臺上預(yù)埋法蘭盤。鋼管柱采用25t汽車吊進(jìn)行分節(jié)分段吊裝，管節(jié)之間使用法蘭盤栓接；在墩柱高度5m、12.5m、17m處設(shè)置連強件和剪刀撐，使用梯籠作為工人安裝鋼管柱的平臺和通道。在安裝過程中，使用全站儀對立柱垂直度進(jìn)行實時監(jiān)控和調(diào)整。首節(jié)6m鋼管立柱全部吊樁完成后，先焊接靠近墩柱一側(cè)鋼管立柱的[20槽鋼連墻件，再焊接首節(jié)鋼管立柱I20槽鋼剪刀撐，再按首節(jié)安裝流程依此完成剩余節(jié)段的鋼管立柱。

4.2.2雙拼I40工字鋼縱梁安裝

在鋼管立柱頂開設(shè)深度為20cm的凹槽，凹槽兩側(cè)設(shè)置小牛腿，用于放置雙拼I40a工字鋼縱梁，立柱與雙拼工字鋼縱梁接觸的縱向貼合部位采用滿焊連接。雙拼140a縱向分配梁上安裝升降支座，尺寸規(guī)格為20 cm×27cm× 15cm，基本高度為15cm，高度可調(diào)節(jié)區(qū)間為[0，5cm，升降支座應(yīng)調(diào)為最大高度后安裝，以便后續(xù)拆模。

4.2.3貝雷梁安裝

貝雷梁單元由3組90型貝雷梁組成。為提高組裝效率和安全，同時便于對貝雷梁的組裝精度進(jìn)行控制，單組貝雷梁先在地面進(jìn)行組裝，完成后再使用25t吊車吊裝至支架的支座上。每組貝雷梁之間設(shè)置[10槽鋼豎向支撐加強連接。

4.2.4I20a工字鋼分配梁安裝

貝雷梁上設(shè)置I20a工字鋼分配梁，工字鋼分配梁吊裝完成后，在貝雷片與分配梁間使用專用卡扣連接固定，形成整體。為了保證施工安全，施工邊跨現(xiàn)澆段時，應(yīng)在I20分配梁最外側(cè)設(shè)置防護(hù)欄桿。

4.2.5 模板安裝

支架拼裝完畢即可進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆段模板鋪設(shè)，模板應(yīng)與下方的分配梁、貝雷梁等結(jié)構(gòu)可靠連接，保證在承受混凝土自重和施工荷載時能夠保持穩(wěn)定。

5施工實效

5.1施工安全保障實效

在施工過程中，采用環(huán)形籠梯作為平臺，為作業(yè)人員提供安全作業(yè)保障。基于支架的裝配式設(shè)計，安裝簡單，吊車配合快速完成支架搭設(shè)，施工過程未出現(xiàn)任何安全問題，通過監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示，構(gòu)件之間整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，安全得到有效保障。

5.2 施工效率實效

與傳統(tǒng)支架施工對比，裝配式落地鋼管柱支架施工減少了大量現(xiàn)場加工焊接和復(fù)雜搭建工序，標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件可快速定位安裝。經(jīng)統(tǒng)計，傳統(tǒng)支架搭建完成現(xiàn)澆段支架需4d，而本裝配式支架僅用2d，施工周期縮短了50% ，大大加快了施工進(jìn)度。

5.3成本控制實效

從材料成本看，支架部件可重復(fù)利用，周轉(zhuǎn)損耗少。經(jīng)核算，該工程支架材料重復(fù)利用率達(dá) 90% ，大大節(jié)約了材料成本。在人工成本上，由于施工周期縮短，人工費用相應(yīng)減少。綜合計算，使用裝配式落地鋼管柱支架比傳統(tǒng)支架節(jié)約總成本約 40% 。

6結(jié)語

連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆段采用裝配式落地鋼管柱支架施工方法，與傳統(tǒng)支架相比在多個方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。從結(jié)構(gòu)受力性能來看，整體結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，各構(gòu)件通過合理的設(shè)計和連接方式，能夠有效地協(xié)同工作，共同承擔(dān)施工過程中的各種荷載，保證了施工過程中的結(jié)構(gòu)安全。在施工效率方面，各結(jié)構(gòu)部件的快速拼裝特性大大縮短了施工周期，相比于傳統(tǒng)支架施工方法，減少了現(xiàn)場加工和搭設(shè)的時間，加快了施工進(jìn)度，降低了時間成本。從資源利用和可持續(xù)發(fā)展角度考慮，支架部件在工程施工完成后可以方便地拆卸、運輸，并在其他類似工程中再次使用，實現(xiàn)了良好的可重復(fù)利用性，減少了資源浪費。所以，該施工方法帶來了更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有良好的參考借鑒價值。

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