鋼管立柱貝雷梁組合支架在跨既有匝道現澆箱梁施工中的應用研究

王一龍 宋 威 王建軍

（中國機械工業建設集團有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510663）

近年來，鋼管立柱貝雷梁組合支架被廣泛應用于城市立交橋承重結構施工。文章以金龍大道（惠城區段）快速化改造工程的云山立交A線橋為例，系統闡述了鋼管立柱貝雷梁組合支架在現澆箱梁施工中的應用，探討橋梁構筑物跨既有匝道施工時，在不中斷交通的前提下保障施工安全、節約成本、縮短施工時間的施工方法，為類似橋梁的施工提供參考。

1 工程概況

云山立交A線橋是位于云山立交原C線匝道右側的加寬橋，切除原C線匝道第一～三聯（C0～C10）右側懸臂板1.2 m后，新建3.0～5.7 m連續箱梁。建成后橋梁總寬13.5 m，凈寬12.5 m，總長302.6 m，共計3聯11跨，最大跨度30.0 m。橋梁為預應力混凝土連續梁結構，按A類預應力混凝土構件設計。針對云山立交A線橋車流量大且在施工期間不得中斷交通的特點，選擇在跨既有匝道區域采用鋼管立柱貝雷梁組合支架的施工方法。

2 施工工藝流程及操作要點

支架采用C25混凝土條形基礎，尺寸及配筋按設計進行，要求地基的承載力不少于180 kPa，在基礎頂預埋鋼板用于連接鋼管柱。

鋼管立柱貝雷梁組合支架施工工藝流程如圖1所示。

圖1 鋼管立柱貝雷梁組合支架施工工藝流程

2.1 立柱安裝

（1）安裝前，在條形基礎上放出鋼柱中心十字線，確保安裝位置正確。核對基礎頂高程及貝雷梁底部高程，控制鋼管下料長度，保證安裝后鋼管頂面標高一致。兩節鋼管樁接長采用鋼板幫焊，要求將焊接處焊渣清理干凈，焊縫飽滿密實。

（2）鋼管立柱底部焊接10 mm厚鋼板，與預埋的鋼板進行焊接，四角采用膨脹螺栓固定，設6塊三角加勁板支撐，加強鋼柱的穩定性。

（3）鋼柱之間采用槽鋼焊接橫撐、剪刀撐，確保鋼管立柱整體連接穩定。

2.2 橫托梁安裝

采用2根長12 m的I36a工字鋼并聯，中間用間隔焊接，每2 m焊接一處，每處不少于20 mm。為確保鋼柱整體受力均勻，避免橫梁順橋向竄動，在鋼柱上焊接10 mm厚鋼板與橫梁焊接牢固，設6塊三角加勁板支撐固定。

2.3 貝雷架吊裝

（1）貝雷架采用連接片連接成雙排或四排整體單元，在貝雷片平面的下弦桿處用支持架A（B）連接組成水平聯。

（2）貝雷架采用吊車進行整體吊裝，為保證貝雷架的橫向穩定性，在橫托梁頂和分配橫梁底（貝雷梁上、下弦桿）設置限位槽鋼，并在外側設置斜撐，對貝雷架進行橫向限位。

（3）貝雷架與橫托梁用U型卡連接，貝雷架水平間除標準連接件外還需要用槽鋼橫向連接；上下層貝雷架用U型螺栓、槽鋼及花架連接。在使用U形螺栓鎖定工字鋼及貝雷梁時，通過相鄰螺栓之間鎖定方向不同，保證受力不錯動。

2.4 分配橫梁安裝

貝雷梁吊裝完成后，在貝雷架上沿橋長度方向每隔90 cm鋪設I25a工字鋼分配橫梁，采用25 t吊車安裝、人工移拔就位。貝雷梁與分配橫梁用U型卡連接，每根不少于2處。

2.5 支架拆除、轉場

（1）當支架、腳手架使用完成后，制訂拆除方案。拆除前對架體進行全面檢查，清除多余物件，并設立拆除警戒區，禁止人員進入。

（2）梁的落架程序從梁撓度最大處的節點開始，逐步卸落相鄰兩側的節點，有序進行。要求各節分多次卸落，使梁的沉降曲線逐步加大，支架卸落時由專人指揮、專人防護。

（3）按照自上而下的拆除順序逐層拆除，拆除的構件用吊具吊下或人工遞下，嚴禁拋擲。拆除的構件及時分類堆放，以便運輸、保管。

3 支架的設計

支架結構從上而下依次為15 mm覆面膠合板、100 mm×100 mm方木、I10工字鋼、頂托、砂筒或木楔子（調節高度）、I25工字鋼分配橫梁、1.5 m貝雷梁、雙拼I36a工字鋼橫托梁、Ф630 mm×10 mm鋼管立柱、混凝土基礎。支架安裝完成后按設計荷載的115%分跨進行預壓，消除支架及地基的非彈性變形，為施工預留拱度提供依據。單段箱梁澆筑時按“水平分層、斜向分段、整體推進”原則分2次澆筑成型，預壓力張拉完成后落架。鋼管立柱貝雷梁組合支架橫斷面布置如圖2所示。

圖2 鋼管立柱貝雷梁組合支架橫斷面布置（單位：mm）

4 支架的結構驗算

4.1 確定計算對象

根據結構設計情況，計算時均選擇最不利荷載進行結構驗算，支架驗算對象及分析如表1所示。

表1 支架驗算對象及分析

4.2 計算荷載參數

支架主要結構包括分配橫梁（I25a工字鋼）、橫托梁（I36a工字鋼）、鋼管柱-1（Ф630 mm×10 mm）和鋼管柱-2（Ф820 mm×10 mm）。材料的彈性模量為2.1×105MPa、容許壓力為215 MPa、容許剪切力為125 MPa。

荷載參數設計值如表2所示。

風荷載體型系數設計值如表3所示。

表3 風荷載體型系數設計值

鋼管立柱在正常工作狀態下Wk為0.15 kN/m2；貝雷梁風荷載正常工作狀態下qk為0.57 kN/m。按《建筑結構荷載規范》計算。

單榀貝雷的體形系數：

n榀貝雷體形系數：

式中：An——單片貝雷梁凈面積（m2）；A——輪廓面積（m2）。

代入數據可得，φ=0.26，μst=0.34，μstw=1.2。

強度計算按照承載能力極限狀態驗算，剛度計算按照正常使用極限狀態驗算。

4.3 計算過程

4.3.1 貝雷架驗算

A線橋R8～R9，跨徑26 m，跨度最大且為曲線。混凝土總體積為90 m3，橫向布置單層貝雷梁9組共22片，布置寬度8.376 m，受力最不利位置的最大跨度為21.866 m。沿橋橫向對稱于橋軸線兩側5組，共14片，承受荷載寬度5.05 m，是受力最不利位置。荷載橫向分布系數按0.8計算，其余8片梁荷載橫向分配系數為0.2，取橫向受力最不利位置的貝雷梁進行計算。

（1）強度驗算。

貝雷梁承受的混凝土均布荷載qh為14.532 kN/m2；強度計算荷載q1為11.593 kN/m；剛度計算荷載q2為7.705 kN/m；長度l為21.866 m。

最大彎矩：

代入數據可得，M=692.858 kN。

最大剪力：

代入數據可得，Q=126.746 kN。

支撐反力：

代入數據可得，RA=RB=126.746 kN。

弦桿內力：

代入數據可得，SX=494.899 kN<[N]=560 kN，滿足受力要求。

斜桿內力：

代入數據可得，SF=±89.609 kN<[N]=171.5 kN，滿足受力要求。

端豎桿內力：

代入數據可得，SZ=±63.373 kN<[N]=210 kN，滿足受力要求。

（2）撓度驗算。

跨度21.866 m，每跨由7片拼成，即n=7；每片貝雷架長度d=3 m，高度h=1.5 m；跨中斜桿與垂直線的夾角45°；單銷與銷孔之間間隙△L=1 mm。

非彈性撓度：

代入數據可得，f0=2.394 cm。

彈性撓度：

根據貝雷梁截面特性，鋼材的彈性模量E=2.1×108kN/m2，橫向分配系數kdf=1，慣性矩I=5.733×103m4，荷載的等撓度荷載keq=7.705 kN/m。

不考慮其他的影響系數，荷載引起的撓度為1.818 cm。總撓度為5.47 cm，剛度滿足要求。

4.3.2 跨環島貝雷梁計算。

跨環島貝雷梁組采用4片組成，總長24 m，最大跨度9 m，受力最不利位置為跨中，承受12片以上梁傳遞的荷載，考慮梁片布置較密，簡化為均布荷載計算。

（1）強度驗算。

上層每片貝雷梁傳遞的荷載為126.746 kN；q1為42.249 kN/m。最大彎矩M=427.77 kN·m；最大剪力Q=190.121 kN；支承反力RA=RB=190.121 kN；弦桿內力SX=305.55 kN<[N]=560 kN，滿足受力要求。斜桿內力SF=134.415 kN<[N]=171.5 kN，滿足受力要求。端豎桿內力SZ=95.061 kN<[N]=210 kN，滿足受力要求。

（2）撓度驗算。

非彈性撓度f0=0.4 cm；彈性撓度f=2.25 cm，滿足要求。

4.3.3 分配橫梁驗算

125工字鋼分配橫梁布置間距為900 mm，沿橋軸線方向箱梁橫梁下的分配梁為受力最不利位置，橫斷面方向A線橋R8～R10墩間貝雷梁上分配梁跨度最大，為受力最不利位置。

根據I25工字鋼截面特性：A=4.854 1×103m2；I=5.02×105m4；W=4.02×104m3；強度計算荷載q1為62.033 kN/m；剛度計算荷載q2為43.61 kN/m。則最大彎矩M=25.123 kN；最大剪力Q=55.83 kN。

代入數據可得，σ=62.495 MPa<[σ]=215 MPa，強度滿足要求。

最大撓度△f=4.5 mm，剛度滿足要求。

4.3.4 鋼管立柱及橫托梁驗算

鋼管柱采用Ф630 mm×10 mm規格，橫托梁選用雙拼I36a，跨度2.7 m。經計算，A線橋R10～R11跨橋均布荷載最大值為23.077 kN/m2。

（1）鋼管柱驗算。

根據螺旋鋼管柱截面特性計算，Ф630螺旋焊接鋼管柱承受的最大壓力Np為484.08 kN，φ為0.875，A=0.017 557 m。

代入數據，σ=27.575 MPa＜φ[σ]=183.75 MPa，強度滿足要求。

（2）橫托梁受力驗算。

橫向分配梁跨中承受梁片集中荷載：

代入數據可得，P=121.02 kN。

取一跨按靜定結構計算，在柱頂位置荷載直接傳遞給鋼管柱，只有跨中荷載產生彎矩，則RB=RC=121.02 kN；M=136.147 kN；Q=121.02 kN。

（3）強度驗算。

σ=77.8 MPa<[σ]=210 MPa，滿足要求。

代入數據可得，τ=9.855 MPa<[σ]=125 MPa，滿足要求。

（4）剛度驗算。

剛度為6.75 mm，滿足要求。

4.3.5 地基應驗算

采用C25混凝土，尺寸1.5 m×0.8 m，柱最大荷載484.08 kN，最大荷載柱承載面積為2.7 m×1.5 m。

代入數據，σj=0.119 5 MPa＜[σj]=0.18 MPa，承載力滿足要求。

4.4 計算結論

上述均考慮了充足的安全系數，其強度、剛度、穩定性滿足要求。

5 結語

云山立交A、B線橋跨既有匝道段采用貝雷梁鋼管組合支架施工，結果表明貝雷梁鋼管組合支架直接利用明挖基礎作為支架的支撐基礎，克服了移動模架適用性單一和滿堂支架受地質和高度限制的缺點，該組合支架具有機械化程度高、成本低等特點，為同類型橋梁采用貝雷梁鋼管組合支架施工提供了參考。