波形鋼腹板箱梁獨塔斜拉橋主梁施工支架設(shè)計

董瑩

摘要：新密市溱水路大橋主橋采用新穎的獨塔無背索斜拉橋橋型，主梁為波形鋼腹板混凝土箱梁，設(shè)計采用滿堂支架法施工。但該橋址處地形和地質(zhì)條件均比較復(fù)雜，給主梁施工帶來了困難。文章介紹了主梁施工支架的方案設(shè)計、支架體系的設(shè)計計算等問題，著重說明地形較復(fù)雜的5號墩與6號臺間的支架設(shè)計及計算過程。

關(guān)鍵詞：波形鋼腹板箱梁；碗扣式支架；貝雷梁；支架設(shè)計

中圖分類號：U448 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0115-03

1 工程概況

溱水路大橋位于新密市溱水路東段，大橋全長227.96m。主橋采用跨徑為（30+70+30）m獨塔雙索面無背索斜拉橋。橋面設(shè)雙向橫坡，橫向布置為：6m（人行道）+7m（綠化帶）+24m（車行道）+7m（綠化帶）+6m（人行道），其加勁梁采用分離式的波形鋼腹板PC組合箱梁。

波形鋼腹板PC組合箱梁是用波形鋼腹板代替預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板而得到的一種鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)箱梁。由于使用鋼腹板代替混凝土腹板，使箱梁自重減輕，提高了跨越能力，減小了跨中的撓度。由于波形鋼腹板的褶皺效應(yīng)，導(dǎo)致彎曲時混凝土頂?shù)装宄惺軓澗兀墒诡A(yù)應(yīng)力有效地施加于混凝土翼緣板上，提高了預(yù)應(yīng)力效率，波形鋼腹板承受強大剪力，避免了腹板開裂。

主橋立面布置如圖1所示。

圖1 溱水路大橋主橋總布置圖（尺寸單位：m）

主橋箱梁一般斷面如圖2所示。除一般斷面外，在3、4號墩和6號臺頂各設(shè)一道大橫梁，尺寸為1.5m（縱向）×2.7325m（最大梁高）；5號墩處墩、塔、梁固結(jié)，該處設(shè)三道大橫梁進(jìn)行墩梁連接，每道橫梁尺寸均為1.5m（縱向）×3.733m（最大梁高）。此外，縱向每隔6m設(shè)一道小橫梁，尺寸為0.5m（縱向）×2.733m（最大梁高）。

圖2 箱梁一般斷面圖（單位：mm）

主橋跨越溝渠，其中3～5號墩之間地勢比較平坦，進(jìn)行一般的地基處理后，采用普通的方法搭設(shè)碗扣支架作為施工支架。5號墩與6號臺之間地形復(fù)雜，坡度很陡，碗扣支架采用通常的搭設(shè)方式難以實施，故采用貝雷梁和鋼管支架相結(jié)合的方式搭設(shè)支架，詳見后續(xù)

說明。

2 3～5號墩間支架設(shè)計方案

3～5號墩間碗扣支架設(shè)置比較簡單，采用橫向間距不變（墩頂橫隔板處局部加密），縱向間距變化的方法。碗扣支架在縱向分為一般截面、小橫梁截面和大橫梁（墩頂橫梁）截面。一般截面碗扣架縱向間距90cm，普通橫隔板截面縱向間距60cm，墩頂橫隔板截面縱向間距30cm。此部分支架設(shè)置比較簡單，過程不贅述，僅給出計算結(jié)果。

3～5號墩間的小橫梁截面，單根鋼管承受的最大荷載為24.2kN；4號墩頂大橫梁截面，單根鋼管承受的最大荷載為13.9kN；5號墩頂大橫梁截面，單根鋼管承受的最大荷載為18.6kN。

鋼管規(guī)格φ48×3.5。考慮到實際壁厚與設(shè)計值的差異，以及使用中的銹蝕等情況，偏于安全地按壁厚2.5mm計算，單根鋼管可承受的最大荷載為36kN，大于上述各值，故3～5號墩間支架均安全。

另外，鋼管作用下地基最大應(yīng)力為58kPa，遠(yuǎn)小于處理后地基的承載力200kPa，故地基安全。

3 5號墩與6號臺間的支架設(shè)計

3.1 設(shè)計概述

5號墩與6號臺之間地形復(fù)雜，坡度很陡，土質(zhì)為雜填土，承載力較差，采用通常的滿堂碗扣支架的施工方式難以實施，故采用貝雷梁和鋼管支架相結(jié)合的方式搭設(shè)支架。具體為：在5號墩承臺上設(shè)混凝土臨時基礎(chǔ)，其上設(shè)大鋼管，鋼管頂端設(shè)橫梁。為保證鋼管的穩(wěn)定性，將鋼管與橋墩在豎向每隔一定間距進(jìn)行聯(lián)結(jié)。在6號臺臺頂設(shè)橫向貝雷梁，另外根據(jù)地形和主梁的跨度情況，在靠近6號臺處設(shè)置臨時基礎(chǔ)，其上也設(shè)橫向貝雷梁。在5號墩鋼管的橫梁和橫向貝雷梁上設(shè)縱向貝雷梁，并于其上設(shè)碗扣支架，具體布置如圖3所示。

圖3 5號墩與6號臺之間的支架布置示意圖（單位：mm）

根據(jù)圖3的支架布置方式，從上而下需對碗扣支架，縱向貝雷梁，5號墩處的橫梁及鋼管，6號臺上的橫向貝雷梁，以及混凝土臨時基礎(chǔ)下的地基承載力進(jìn)行驗算。

3.2 縱向貝雷梁計算

偏于安全地將縱向貝雷梁按簡支梁計算。計算時將混凝土主梁橫向分為三個部分，即箱梁之間的主梁，箱體部分和箱梁翼板部分。

箱梁間的主梁承受計算荷載：262.5kN/m，縱向貝雷梁跨中彎矩為：11845kNm；箱體部分下承受計算荷載245.8kN/m，貝雷梁跨中彎矩為：11092kNm；箱梁翼板部分承受荷載51.1kN/m，貝雷梁跨中彎矩為：2306kNm。

貝雷梁按雙排單層（以下簡稱1片）布置，容許彎矩為1576.4kNm，按上述各彎矩可計算出各部分所需貝雷梁的最小數(shù)量。分別為箱梁間主梁和箱體部分各需8片以上，箱梁翼板部分至少需2片。實際操作時，為方便施工，在箱梁間主梁和箱體部分各用13片，每側(cè)翼板下用3片。

3.3 橫梁計算

5號墩側(cè)布置一排鋼管柱，鋼管采用外徑609mm，壁厚16mm的圓鋼管。鋼管最大中心距2.6m，鋼管上縱向鋪設(shè)4排H型鋼作為橫梁，H型鋼規(guī)格為588×300。橫梁近似按承受均布荷載的多跨連續(xù)梁計算，計算模型及應(yīng)力結(jié)果見圖4。

圖4 橫梁計算模型及應(yīng)力結(jié)果（單位：kPa）

最大應(yīng)力僅9.6MPa，即使考慮到橫梁可能出現(xiàn)的受力不均勻現(xiàn)象，最大應(yīng)力也遠(yuǎn)小于容許值140MPa，安全。最大撓度僅0.1mm，如圖5所示，容許撓度2600/400=6.5mm，滿足要求。

圖5 橫梁變形結(jié)果（單位：mm）

各點反力如圖6所示，最大值為176.2kN，反力總計2624.8kN，臨時基礎(chǔ)上的實際總反力為2624.8×4=10499.2kNendprint

圖6 橫梁反力結(jié)果（單位：kN）（僅示一半，另一半對稱）

3.4 鋼管驗算

根據(jù)橫梁計算結(jié)果，5號墩側(cè)的大鋼管承受的最大外荷載為176.2×4=704.8kN，且此鋼管與橋墩沒有縱向聯(lián)結(jié)，自由長度較大，僅驗算此鋼管柱。鋼管柱采用外徑609mm，壁厚16mm的圓鋼管，材質(zhì)Q235鋼材。按照軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗算。回轉(zhuǎn)半徑ix=21cm，截面積0.0298m2，此鋼管與橋墩縱向無聯(lián)結(jié)，按上下兩端均為鉸接，計算長度為16.6m。長細(xì)比<[λ]=150

故每根鋼管可承受的荷載為：0.57×0.0298×140×106=2.378×106N=2378kN。臨時基礎(chǔ)上的鋼管柱承擔(dān)的最大荷載為704.8kN，小于其承載力2378kN，故鋼管柱整體穩(wěn)定性安全。

另外驗算鋼管柱的局部穩(wěn)定，對于圓管截面，D/t=0.609/0.016=38故其局部穩(wěn)定滿足要求，可以。

3.5 鋼管下的臨時基礎(chǔ)地基承載力驗算

根據(jù)前述計算結(jié)果，并考慮其它部件重量，則臨時基礎(chǔ)頂部受力約為11515kN。

此處的臨時基礎(chǔ)尺寸為51×2×1m，自重為51×1×2×26=2652kN，基底受力為11515+2652=14167kN，基底應(yīng)力為14167/51/2=139kPa，小于處理后的地基容許承載力200kPa，此處地基安全。

3.6 靠近6號臺處的臨時基礎(chǔ)地基承載力驗算

限于篇幅，僅給出此處的計算結(jié)果，按處理后的地基承載力200kPa計算，此處地基承載力達(dá)到51×1.2×200=12240kN，遠(yuǎn)大于外荷載3500kN，故此處地基也安全。

4 結(jié)語

上述計算結(jié)果顯示，支架體系設(shè)計合理，可靠。目前，該橋已完成了主梁的施工，施工監(jiān)控結(jié)果表明，施工中整個支架體系受力均滿足相關(guān)要求，沒有出現(xiàn)任何問題，也說明了支架設(shè)計的合理性。

參考文獻(xiàn)

[1] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG041-2000）[S].北

京：人民交通出版社，2000.

[2] 高安榮，張建軍，李松，等.鄂東長江大橋超寬箱

梁現(xiàn)澆支架設(shè)計與施工[J].橋梁建設(shè)，2009.

[3] 李宏瑾.新密市溱水路大橋波形鋼腹板無背索斜拉橋

總體設(shè)計[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2009，（12）.

[4] 劉文斌，胡美恒.無背索斜拉橋分段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混

凝土梁支架施工[J].鐵道建筑，2005，（3）.endprint

圖6 橫梁反力結(jié)果（單位：kN）（僅示一半，另一半對稱）

3.4 鋼管驗算

根據(jù)橫梁計算結(jié)果，5號墩側(cè)的大鋼管承受的最大外荷載為176.2×4=704.8kN，且此鋼管與橋墩沒有縱向聯(lián)結(jié)，自由長度較大，僅驗算此鋼管柱。鋼管柱采用外徑609mm，壁厚16mm的圓鋼管，材質(zhì)Q235鋼材。按照軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗算。回轉(zhuǎn)半徑ix=21cm，截面積0.0298m2，此鋼管與橋墩縱向無聯(lián)結(jié)，按上下兩端均為鉸接，計算長度為16.6m。長細(xì)比<[λ]=150

故每根鋼管可承受的荷載為：0.57×0.0298×140×106=2.378×106N=2378kN。臨時基礎(chǔ)上的鋼管柱承擔(dān)的最大荷載為704.8kN，小于其承載力2378kN，故鋼管柱整體穩(wěn)定性安全。

另外驗算鋼管柱的局部穩(wěn)定，對于圓管截面，D/t=0.609/0.016=38故其局部穩(wěn)定滿足要求，可以。

3.5 鋼管下的臨時基礎(chǔ)地基承載力驗算

根據(jù)前述計算結(jié)果，并考慮其它部件重量，則臨時基礎(chǔ)頂部受力約為11515kN。

此處的臨時基礎(chǔ)尺寸為51×2×1m，自重為51×1×2×26=2652kN，基底受力為11515+2652=14167kN，基底應(yīng)力為14167/51/2=139kPa，小于處理后的地基容許承載力200kPa，此處地基安全。

3.6 靠近6號臺處的臨時基礎(chǔ)地基承載力驗算

限于篇幅，僅給出此處的計算結(jié)果，按處理后的地基承載力200kPa計算，此處地基承載力達(dá)到51×1.2×200=12240kN，遠(yuǎn)大于外荷載3500kN，故此處地基也安全。

4 結(jié)語

上述計算結(jié)果顯示，支架體系設(shè)計合理，可靠。目前，該橋已完成了主梁的施工，施工監(jiān)控結(jié)果表明，施工中整個支架體系受力均滿足相關(guān)要求，沒有出現(xiàn)任何問題，也說明了支架設(shè)計的合理性。

參考文獻(xiàn)

[1] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG041-2000）[S].北

京：人民交通出版社，2000.

[2] 高安榮，張建軍，李松，等.鄂東長江大橋超寬箱

梁現(xiàn)澆支架設(shè)計與施工[J].橋梁建設(shè)，2009.

[3] 李宏瑾.新密市溱水路大橋波形鋼腹板無背索斜拉橋

總體設(shè)計[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2009，（12）.

[4] 劉文斌，胡美恒.無背索斜拉橋分段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混

凝土梁支架施工[J].鐵道建筑，2005，（3）.endprint

圖6 橫梁反力結(jié)果（單位：kN）（僅示一半，另一半對稱）

3.4 鋼管驗算

根據(jù)橫梁計算結(jié)果，5號墩側(cè)的大鋼管承受的最大外荷載為176.2×4=704.8kN，且此鋼管與橋墩沒有縱向聯(lián)結(jié)，自由長度較大，僅驗算此鋼管柱。鋼管柱采用外徑609mm，壁厚16mm的圓鋼管，材質(zhì)Q235鋼材。按照軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗算。回轉(zhuǎn)半徑ix=21cm，截面積0.0298m2，此鋼管與橋墩縱向無聯(lián)結(jié)，按上下兩端均為鉸接，計算長度為16.6m。長細(xì)比<[λ]=150

故每根鋼管可承受的荷載為：0.57×0.0298×140×106=2.378×106N=2378kN。臨時基礎(chǔ)上的鋼管柱承擔(dān)的最大荷載為704.8kN，小于其承載力2378kN，故鋼管柱整體穩(wěn)定性安全。

另外驗算鋼管柱的局部穩(wěn)定，對于圓管截面，D/t=0.609/0.016=38故其局部穩(wěn)定滿足要求，可以。

3.5 鋼管下的臨時基礎(chǔ)地基承載力驗算

根據(jù)前述計算結(jié)果，并考慮其它部件重量，則臨時基礎(chǔ)頂部受力約為11515kN。

此處的臨時基礎(chǔ)尺寸為51×2×1m，自重為51×1×2×26=2652kN，基底受力為11515+2652=14167kN，基底應(yīng)力為14167/51/2=139kPa，小于處理后的地基容許承載力200kPa，此處地基安全。

3.6 靠近6號臺處的臨時基礎(chǔ)地基承載力驗算

限于篇幅，僅給出此處的計算結(jié)果，按處理后的地基承載力200kPa計算，此處地基承載力達(dá)到51×1.2×200=12240kN，遠(yuǎn)大于外荷載3500kN，故此處地基也安全。

4 結(jié)語

上述計算結(jié)果顯示，支架體系設(shè)計合理，可靠。目前，該橋已完成了主梁的施工，施工監(jiān)控結(jié)果表明，施工中整個支架體系受力均滿足相關(guān)要求，沒有出現(xiàn)任何問題，也說明了支架設(shè)計的合理性。

參考文獻(xiàn)

[1] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG041-2000）[S].北

京：人民交通出版社，2000.

[2] 高安榮，張建軍，李松，等.鄂東長江大橋超寬箱

梁現(xiàn)澆支架設(shè)計與施工[J].橋梁建設(shè)，2009.

[3] 李宏瑾.新密市溱水路大橋波形鋼腹板無背索斜拉橋

總體設(shè)計[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2009，（12）.

[4] 劉文斌，胡美恒.無背索斜拉橋分段現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混

凝土梁支架施工[J].鐵道建筑，2005，（3）.endprint