高大懸挑梁應(yīng)用斜拉橋工藝施工探討

張 炳 明

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽泉 045000)

高大懸挑梁應(yīng)用斜拉橋工藝施工探討

張 炳 明

(山西宏廈建筑工程有限公司，山西 陽泉 045000)

通過對斜拉橋結(jié)構(gòu)原理的分析，在高大懸挑梁施工上引入該施工工藝，解決了高大懸挑梁施工搭設(shè)腳手架的困難，為高大框架作業(yè)提出了一種新的施工方法。

懸挑梁，斜拉橋，工藝，工程

0 引言

在建筑施工領(lǐng)域經(jīng)常會碰到懸挑梁施工，尤其在工業(yè)建筑領(lǐng)域，懸挑梁施工就更多，而且許多懸挑梁距離地面很高，凈挑長度長，梁截面大，給施工造成了很大難度，增加了施工的危險系數(shù)。傳統(tǒng)施工工藝為安全起見，多采用從地面搭設(shè)腳手架至梁底作為支撐，或從梁下部適當(dāng)位置搭設(shè)挑支構(gòu)造斜撐架，施工復(fù)雜，難度系數(shù)大，安全性差，需投入很多的人力和物力，一方面影響施工進(jìn)度，另一方面施工成本相應(yīng)增加。

如何在確保工程安全施工的前提下減少工程成本，加快施工進(jìn)度是值得探尋的方向。建筑施工工藝相通原理值得借鑒，通過斜拉索橋結(jié)構(gòu)受力方式可以借鑒運(yùn)用于高大建筑懸挑梁施工，從而免除了從地面搭設(shè)腳手架的麻煩，增加了安全性，并降低施工成本。

1 現(xiàn)階段施工概況

目前對于懸挑梁的施工主要方法就是沿懸挑梁位置從地面搭設(shè)支撐架，同時搭設(shè)人工操作平臺，滿足施工需要。支撐架體必須嚴(yán)格通過懸挑梁的自重及施工荷載對架體進(jìn)行安全性驗(yàn)算，對架體要求嚴(yán)格，下部必須堅實(shí)，架體必須有足夠的承載力。施工完畢相應(yīng)的架體拆除也會增加大量人工投入。而且架體如果超過24 m，穩(wěn)定性增加了許多不確定性因素，還需要采取相應(yīng)的加固防失穩(wěn)措施。

有的工程為了減少架體搭設(shè)工作量，也有從已經(jīng)完工的作業(yè)層采用挑支構(gòu)造搭斜撐架體進(jìn)行施工的作法。但挑支構(gòu)造在穩(wěn)定性上更加難以保證，尤其作為上部大負(fù)荷懸挑梁施工，很容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，支撐架體一旦稍有變形，就會造成懸挑梁下拖甚至斷裂等問題。

2 斜拉索施工懸挑梁的探討

2.1 斜拉索橋工藝原理

斜拉索橋是指一種由索塔、主梁、斜拉索組成的由承壓的塔，受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。其可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。

斜拉索橋的受力分析，以一個索塔為例，索塔的兩側(cè)是對稱的斜拉索，通過斜拉索將索塔主梁連接在一起。假設(shè)索塔兩側(cè)只有兩根斜拉索，左右對稱各一條，這兩根斜拉索受到主梁的重力作用，對索塔產(chǎn)生兩個對稱的沿著斜拉索方向的拉力，根據(jù)受力分析，左邊的力可以分解為水平向左的一個力和豎直向下的一個力；同樣的右邊的力可以分解為水平向右的一個力和豎直向下的一個力；由于這兩個力是對稱的，所以水平向左和水平向右的兩個力互相抵消了，最終主梁的重力成為對索塔的豎直向下的兩個力，這樣，力又傳給索塔下面的橋墩了。

2.2 懸挑梁施工工藝借鑒與應(yīng)用

根據(jù)懸挑梁的結(jié)構(gòu)形式，可以將懸挑梁視為斜拉橋的主梁，懸挑梁下部柱子可視為索塔下部橋墩，在已澆筑的懸挑梁底埋設(shè)預(yù)埋件焊接支柱作為索塔，將懸挑梁與內(nèi)部主框架大梁視為橋的主梁，采用鋼絲繩作為斜拉索張拉鋼筋骨架或是懸挑梁操作平臺并按建筑施工規(guī)范預(yù)起拱1‰～3‰，進(jìn)行鋼筋綁扎加固及澆筑混凝土工作，從而大大減少下部搭設(shè)支撐腳手架的工作。

2.3 工程應(yīng)用實(shí)例

某化工項目高大框架結(jié)構(gòu)總高度65 m，在32 m與38 m處各有兩處懸挑梁，懸挑梁與內(nèi)部主框架梁斷面相同，高度1 000 mm，寬度500 mm，懸挑長度2 650 mm，框架柱斷面尺寸1 000 mm×1 000 mm。懸挑梁部分鋼筋骨架自重280 kg，澆筑后鋼筋混凝土自重達(dá)到3.32 t。由于建筑框架結(jié)構(gòu)層間距大且無樓板，完全采用從下層框架搭設(shè)挑支結(jié)構(gòu)斜撐架來支撐鋼筋混凝土自重及施工荷載存在很大困難，而且極易失穩(wěn)，容易造成安全及質(zhì)量事故，從地面搭設(shè)懸挑梁支撐架體費(fèi)時費(fèi)工，增加施工成本，32 m高的懸挑梁局部腳手架穩(wěn)定性存在許多不確定因素。經(jīng)過分析，施工此懸挑梁時采用了斜拉橋工作原理，在懸挑梁下部框架柱上預(yù)埋鋼板，上部焊兩根φ70×4.0焊管作為索塔式立柱，為保證安全穩(wěn)定起見，應(yīng)將兩根焊管進(jìn)行橫向拉接防止扭轉(zhuǎn)傾倒。采用φ20鋼絲繩作為斜拉索將模板、懸挑梁及對應(yīng)主梁鋼筋骨架拉起，斜拉角度控制在45°～60°，為了保證鋼筋繩張緊度，可以在φ70×4.0焊管支柱上設(shè)頂絲調(diào)節(jié)斜拉角度以及張緊度。由φ20鋼絲繩承擔(dān)鋼筋骨架和澆筑混凝土的所有負(fù)荷。模板及支模操作負(fù)荷可以通過搭設(shè)簡單挑支結(jié)構(gòu)架子即可滿足施工需要，從而大大減少了腳手架的搭拆工作量，保證了施工安全。

斜拉結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

鋼絲繩計算確定：按懸挑梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大荷載3.32 t計算：

整根鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)按下式計算：SP=ψ∑Si。

其中，SP為鋼絲繩的破斷拉力，kN；∑Si為鋼絲繩規(guī)格表中提供的鋼絲破斷拉力的總和，kN；ψ為鋼絲捻制不均折減系數(shù)，對6×19繩取0.85，6×37繩取0.82，6×61繩取0.80。

由于在工作現(xiàn)場一般缺少圖表資料，同時計算精確度要求不是很高，所以可采用下式進(jìn)行鋼絲繩破斷拉力的估算：

SP=500d2(鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度1 550 MPa)。

其中，SP為鋼絲繩的破斷拉力，N；d為鋼絲繩的直徑，mm。

計算得：6×19直徑20鋼絲繩破斷拉力約為200 000 N。

鋼絲繩許用拉力P=SP/K，其中，K為鋼絲繩的安全系數(shù)，用于吊索時取6～8，鋼絲繩許用拉力安全系數(shù)按8計取。

計算得：200 000 N÷8=25 000 N。

鋼絲繩角度按45°設(shè)置，可承載吊物重量可按公式G=Fsina計算如下(F=鋼絲繩許用拉力P)：G=25 000 N×sin45°=17 667.67 N，懸挑梁采用兩根鋼絲繩斜拉，鋼絲繩許用拉力17 667.67 N×2=35 355.34 N>33 200 N，故鋼絲繩安全。

支柱采用φ70×4.0，安全性驗(yàn)算按受壓構(gòu)件允許長細(xì)比(150)計算。斜拉鋼絲繩角度采用45°，懸挑梁拉點(diǎn)按最不利的遠(yuǎn)端計算，支柱高度按等于框架柱中心到懸挑梁末端長度，最小回轉(zhuǎn)半徑值r=l/λ=(265+50)/150=2.1 cm，小于φ70×4.0鋼管回轉(zhuǎn)半徑值2.55，故采用φ70×4.0鋼管作為支柱穩(wěn)定性滿足要求。

經(jīng)過計算施工現(xiàn)場采用φ20鋼絲繩作為斜拉索、φ70×4.0鋼管做鋼筋混凝土承載體系，滿足現(xiàn)場施工要求。為保證澆筑混凝土的施工安全，現(xiàn)場可采用對稱分層澆筑混凝土，先澆筑梁高的一半混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度后再澆筑上層混凝土，留置好同條件養(yǎng)護(hù)試件，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后拆模即可。

3 結(jié)語

采用斜拉橋工藝在化工項目高大框架懸挑梁施工過程中作為嘗試，加快了進(jìn)度，節(jié)約了成本，取得了良好效果。對以后高大懸挑梁施工提供了另一種作業(yè)思路，同時在施工工業(yè)建筑高大框架，尤其是大跨度、大斷面、距離地面高的框架結(jié)構(gòu)上，在搭設(shè)支撐腳手架不易保證安全，操作量大的情況下可以很好地借鑒。

[1] 《建筑施工手冊》編委會.建筑施工手冊[M].第5版.北京.中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 周孟波,劉自明，王邦楣.斜拉橋手冊[M].北京:人民交通出版社，2004.

Discussion on application of cable-stayed bridge construction process in tall cantilever beam

Zhang Bingming

(ShanxiHongshaConstructionEngineeringLimitedCompany,Yangquan045000,China)

Through the analysis on the cable-stayed bridge structure principle, introduced the construction technology to tall cantilever beam construction, solved the problems of tall cantilever beam construction erecting scaffold, provided a new construction method for tall cantilever beam operation.

cantilever beam, cable-stayed bridge, technology, engineering

2015-03-06

張炳明(1975- )，男，工程師

1009-6825(2015)14-0089-02

U448.27

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