橋梁蓋梁支撐體系研究

高國順

(葛洲壩集團(tuán) 第六工程有限公司，湖北 宜昌443002)

1 工程概況

實(shí)證研究中湖北大廣北高速公路土河大橋位于武漢市新洲區(qū)，起點(diǎn)樁號(hào)為K70 +636.24，終點(diǎn)樁號(hào)為K71 +021.76，橋長385.52 m。大橋0#臺(tái)～7#墩位于半徑R=5 500 左偏圓曲線內(nèi)，7#～19#臺(tái)位于直線段，全橋2%的雙向橫坡，下部構(gòu)造采用柱式墩或肋臺(tái)，鉆孔灌注樁。上部構(gòu)造為19 m ×20 m 預(yù)應(yīng)力空心板梁。梁高0.9 m，采用先簡支后連續(xù)施工工藝。共有36片蓋梁，蓋梁尺寸為1 269 cm×150 cm×130 cm。

2 蓋梁支撐體系選擇

實(shí)證研究中的土河大橋橋墩較高，且橋墩均為柱式墩或肋臺(tái)的具體情況，充分考慮施工成本經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)安全可靠性、施工操作便宜性等因素，經(jīng)過慎重比選，采用剪力銷支架方案。剪力銷支架法施工是在墩柱頂下方某處預(yù)留孔道，蓋梁施工前將鋼棒插在預(yù)留孔道，蓋梁施工荷載通過支架傳至穿過預(yù)留孔道的鋼棒，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆除模板，最后拆除支架。剪力銷支架法施工最大的優(yōu)點(diǎn)是支架、模板及整個(gè)蓋梁的重量通過剪力銷支架傳至墩柱，傳力途徑簡單明了，不存在支架下沉的問題，施工不受場地限制，結(jié)構(gòu)安全性高。

3 支撐體系設(shè)計(jì)

立柱施工時(shí)，于外側(cè)立柱頂以下70 cm、內(nèi)側(cè)立柱頂以下84 cm 處各安放一個(gè)ф100PVC 管作預(yù)留孔。在蓋梁模板與支架拆除后，用同標(biāo)號(hào)水泥漿按壓漿方法將預(yù)留孔填充。在每根立柱的預(yù)留孔內(nèi)安放一根長1.8 m 的ф80 鋼棒，每端伸出立柱30 cm，做蓋梁底模縱梁40 a 工字鋼的底支撐。蓋梁模板支架采用工字鋼作縱梁，每側(cè)1 根40 a 工字鋼，單根長12 m。工字鋼主梁上鋪設(shè)20 cm×12 cm 方木作為施工橫梁，每根長4 m，墩柱外側(cè)各設(shè)4 根，兩墩柱之間設(shè)置11 根，布置間距如圖1。

圖1 蓋梁模板、支架布置圖

4 受力分析

蓋梁施工過程中，主要所受荷載為:蓋梁鋼筋混凝土重量，模板、縱梁、橫梁自重，施工人員、機(jī)具重量，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載，澆筑混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載(不考慮風(fēng)力影響因素)。

5 支撐體系驗(yàn)算

5.1 荷載計(jì)算

總長L=12 m，工字鋼懸臂L1=2.6 m，墩柱凈距L2=5.6 m

5.1.1 蓋梁砼重量

5.1.2 模板、支架自重

1)蓋梁兩側(cè)各設(shè)置一根40 a 工字鋼作為施工主梁，長12 m

2)主梁上鋪設(shè)20 cm×12 cm 方木作為施工橫梁，每根長4 m，墩柱外側(cè)各設(shè)4 根，兩墩柱之間設(shè)置11 根，間距見圖一。查《路橋施工計(jì)算手冊》知方木荷載為5 kN/m3

3)方木上鋪設(shè)蓋梁定型鋼模板，荷載按1.5 kN/m2計(jì)算，定型鋼模板為51.93 m2

5.1.3 施工人員、機(jī)具重量

《路橋施工計(jì)算手冊》荷載按2.5 kN/m2

5.1.4 振搗砼產(chǎn)生的荷載

查《路橋施工計(jì)算手冊》振搗砼產(chǎn)生的荷載為2 kN/m2，砼澆筑產(chǎn)生的沖擊荷載為2 kN/m2

5.1.5 荷載分項(xiàng)系數(shù)

靜荷載為1.2，活荷載為1.4。

5.2 橫梁、主梁及鋼棒驗(yàn)算

5.2.1 橫梁驗(yàn)算

橫梁受力簡圖如圖2。

圖2 橫梁受力簡圖

20 cm×12 cm 方木的截面矩w=bh2/6 =20 ×122/6 =480 cm3，慣性矩I=bh3/12 =20 ×123/12 =2 880 cm4，彈性模量E=9 ×103N/mm2。

作用于橫梁上的荷載Q橫=［(q1+q3+q4+q5)×1．2 +q6×1.4 =［(598 +9.12 +77.9 +47.6)×1.2 +76.1 ×1.4］/(12×1.5)=54.8 kN/m2

間距按0.5 m 計(jì)算，橫梁所受荷載q橫=54.8 ×0.5 =27.4 kN/m

彎矩M=1/2 ×q橫×L3×x×［(1 -a/x)×(1 +2a/L3)-x/L3］

a=0.15 m，L3=1.2 m，當(dāng)x=a+L3/2 =0.15 +1.2/2 =1.1 m 時(shí)彎矩、撓度最大

應(yīng)力σ =M/w=2. 95 ×103/480 =6. 15 MPa ＜［σ］=11 MPa

撓度f=q橫L34/384EI×(5 -24 ×a2/L32)=27.4 ×103×1.24/(384 ×9 ×109×2 880 ×10-8)×(5 -24 ×0.152/1.22)=2.64 mm

20 cm×12 cm 方木作橫梁滿足施工要求

5.2.2 主梁驗(yàn)算

主梁受力簡圖如圖3。

圖3 主梁受力簡圖

40 a 工字鋼的截面矩w=1 090 cm3，慣性矩I=21 720 cm4，彈性模量E=2.1 ×105N/mm2。

作用于主梁上的荷載Q主=［(q1+q2+q3+q4+q5)×1．2+q6×1. 4］/ (12 ×1. 5)= (598 +16. 224 +9. 12 +77. 9 +47.6)×1.2 +76.1 ×1.4］/(12 ×1.5)=55.84 kN/m2

主梁間距按1.5 m 計(jì)算，主梁所受荷載q主=55.84 ×1.5 =83.8 kN/m

彎矩M=1/2 ×q主×L4×x×［(1 -a/x)×(1 +2a/L4)-x/L4］

a=2.6 m，L4=6.8 m，當(dāng)x=a+L4/2 =2.6 +6.8/2 =6 m時(shí)彎矩、撓度最大彎矩M=1/2 ×83.8 ×6.8 ×6 ×［(1 -2.6/6)×(1 +5.2/6.8)-6/6.8］=201.1 kN·m

應(yīng)力σ =M/w=201.1 ×103/1090 =184.5 MPa ＜［σ］=215 MPa

撓度f=q主梁6.84/(384 ×2. 1 ×1011×21 720 × 10-8)× (5 - 24 × 2. 62/6.82)=15.3 mm

40 a 工字鋼作主梁滿足施工要求。

5.2.3 鋼棒鋼驗(yàn)算

采用直徑8 cm 鋼棒，兩端各外露0.3 m，鋼棒的性質(zhì)如下:

截面矩w=πd3/32 =3.14 ×83/32 =50.24 cm3，慣性矩I=πd4/32 =3.14 ×84/32 =401.92 cm4，截面積A=πr2=3.14×4 ×4 =50.24 cm2

鋼棒荷載q鋼=55.84 ×12 ×1.5/4 =251.28 kN

抗剪σ=q鋼/A=251.28 ×103/(50.24 ×102)=50 MPa ＜［σ］=125 MPa

直徑8 cm 鋼棒作主梁支撐滿足施工要求。

結(jié)論:按照以上布置的方木、工字鋼、鋼棒均能滿足受力要求。

6 結(jié)語

實(shí)證研究中的土河大橋蓋梁采用剪力銷支架方案，搭設(shè)托架不受地形影響，拆裝方便，加快了施工進(jìn)度，大大節(jié)省了資源的投入，提高了材料的利用率，安全性好，施工操作誤差小，高墩蓋梁施工效果良好。