現澆大跨蓋梁型鋼支架設計

陳福良

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

在橋梁上部結構現澆施工中，由于鋼管樁與型鋼組合成支架，相對滿堂支撐架來說較為簡便、可靠，又能適應多種工況，因此在現澆蓋梁施工中得到了廣泛的應用。

在實際施工中，往往會遇到橋梁上部結構現澆施工，最常見的施工方法為搭設滿堂支架，但是其搭設操作繁瑣，可靠性不高，適應性較差，硬化基礎面積較大。相對而言鋼管樁與型鋼組合而成的支架，具有搭設簡便、基礎硬化面積小，可靠性高等特點；且充分利用鋼管樁抗壓好、型鋼抗彎強等材料特性并能節約材料，有一定的經濟效益。

本文以云南省保山市東南繞城高速公路1標，胡家坡1#橋2#墩蓋梁實際工程施工為依托，對大跨度蓋梁鋼管與型鋼組合支架這一簡便、高效、安全的支架施工方法進行論述。

1 依托工程

K29+302胡家坡1#大橋(雙幅橋)全長246.08 m，單孔跨徑為40 m。第2、3孔

跨越石油管道，全橋共2聯：(3×40+3×40) m；上部結構采用預應力混凝土(后張)T梁，先簡支后連續；下部結構橋臺采用柱式臺，2#橋墩采用門架墩，墩臺采用樁基礎。

本橋為跨越山間盆地和中緬石油管道而設，其中管道與橋梁斜交，位于1#墩與3#墩之間。故2#墩設計為門架墩，且蓋梁為預應力混凝土結構；2#墩為大跨徑簡支結構，柱頂設置有盆式橡膠支座，樁頂最大垂直力為6 250 kN，管道從2#門架墩正下方斜向穿過(見圖1～2)。

圖1 胡家坡1#大橋2#墩蓋梁立面圖(單位：cm)

圖2 胡家坡1#大橋2#墩蓋梁側面圖(單位：cm)

2 鋼管柱及型鋼組合支架搭設

2.1 鋼管柱安裝

采用φ529×10 mm鋼管作為主要支撐構件，鋼管底部設置厚14 cm的鋼板，施工時，注意確保鋼管垂直作用在基礎上。

(1)基礎預埋鋼板為1 m×1 m、厚20 mm的鋼板，預埋施工時，需用水準儀找平，保證鋼板四角標高一致。然后將頂面清潔干凈，按設計尺寸放出鋼管平面位置。

(2)鋼管下料長度=梁底標高-鋼板頂標高-模板厚度-方木高度-工字鋼高度-砂箱高度，將鋼管下好料，切口打磨平整。 然后進行鋼管安裝。

(3)先用油漆或者粉筆在鋼板上標出鋼管位置，然后采用汽車吊將鋼管按設計位置就位，鋼管需與底部鋼板焊牢，并對稱補焊6塊尺寸為20 cm×20 cm、厚14 mm的三角鋼板作為加勁板，見圖3。

(4)鋼管安裝好后，用Ⅰ16#槽鋼通過焊接將鋼管連接成整體。

圖3 鋼管底座連接示意圖

2.2 橫梁安裝

橫梁為2根Ⅰ40a工字鋼并焊而成，橫橋向擱置在鋼管頂部，并兩側各焊一個擋板，防止工字鋼移動。

2.3 縱向分配梁安裝

縱向分配梁采用40a工字鋼，組合形式為7 m×13+12 m×13+12 m×13+7 m×13。在工字鋼橫梁上按設計間距，用25 t吊車將工字鋼按先中間后兩邊的順序吊裝到位，并固定在橫梁上。支架布置方式如圖4～6所示：

圖4 支架立面布置圖(單位：cm)

圖5 支架平面布置圖(單位：cm)

圖6 支架側面布置圖(單位：cm)

3 支架體系受力驗算

3.1 支架驗算

采用Midas Civil有限元分析軟件對支架結構(設計分配梁與主梁間為斜交，這里為了方便計算，采用簡化正交)進行驗算。

荷載組合與荷載工況：鋼筋混凝土荷載+模板支架荷載+施工機具荷載+結構自重，靜力一次加載。

建模說明：

單元：支架所有單元按線型梁單元模擬，截面設計按支架設計所取截面，主橫梁按型鋼組合截面考慮。

邊界條件：整體支架底部只約束三個方向位移一個豎向轉動，彎矩沒有約束。

荷載加載說明：線荷載均勻分配加載到分配橫梁上。

布置方式：采用4.535 m+7.5 m+3 m+7.5 m+4.535 m跨，采用30@I40作為主縱梁進行布置。

由于受油氣管道的影響，布置跨徑可能會局部受影響，計算時，偏安全的考慮，選取布置跨徑為8+3+8 m進行計算，計算結果如下：

(1)A3鋼應力計算(見圖7～10和表1)：

圖7 支架A3鋼軸應力圖

經驗算，A3鋼軸應力為38.4 MPa，小于允許值140 MPa，滿足要求。

圖8 支架A3鋼單元z軸向剪應力圖

經驗算，A3鋼單元為50.5 MPa，小于允許值85 MPa，滿足要求。

圖9 支架A3鋼彎曲應力圖

經驗算，A3鋼單元為96.4 MPa，小于允許值145 MPa，滿足要求。

圖10 支架A3鋼組合應力圖表1 現澆支架計算結果表(MPa)

材料最大軸應力最大剪應力最大彎曲應力最大組合應力結果A338.450.596.496.4滿足要求

(2)支架變形(見圖11)：

圖11 支架變形圖

經驗算，支架最大位移15.5 mm，小于容許最大值8 000/400=20 mm，滿足要求。

(3)支架反力(見圖12)：

圖12 鋼管支架反力圖

根據軟件計算方形基礎單樁最大反力為625.2 kN。

設計三個整體式基礎：其中基礎一為作用在油氣管道中間，基礎二、基礎三作用在油氣管道兩側。

基礎一：625.2×2+626.7×2=2 503.8 kN。

基礎二、基礎三：

邊跨的整體式基礎的反力合力取值，為356.5×2=713 kN。

3.2 基礎強度驗算

3.2.1 基礎一

(1)根據軟件計算方形基礎單樁最大反力為625.2 kN，合力為2 503.8 kN。

(2)整體式基礎抗壓強度驗算。

中間鋼管樁底設置鋼筋混凝土基礎，長×寬×高=8.2×3.6×0.5。

①基礎自重G=8.2×3.6×0.5×26=383.76 kN。

②基底地基承載力f=(2 503.8+383.76)/(8.2×3.6)=97.8 kPa。

因此需要地基承載力≥100 kPa。

3.2.2 基礎二、基礎三

(1)根據軟件計算方形基礎單樁最大反力為356.5 kN，合力為713 kN。

(2)整體式基礎抗壓強度驗算

中間鋼管樁底設置鋼筋混凝土基礎，長×寬×高=7×1.5×0.5。

①基礎自重G=7×1.5×0.5×26=136.5 kN。

②基底地基承載力f=(713+136.5)/(7×1.5)=81 kPa。

因此需要地基承載力≥100 kPa。

4 結語

采用鋼管樁型鋼組合支架的主要優點是充分利用型鋼的抗彎能力和較好的剛度等特點，具有跨度較大、搭設簡便的優勢，隨著跨石油氣管道等特殊橋梁的大跨現澆蓋梁的施工，該類型支架應用也將更加廣泛。

現在，現澆大跨度蓋梁施工方式，還是以搭設滿堂支架為主，但是滿堂支架搭設周期長、過程繁瑣、材料用量大。本文對采用鋼管樁型鋼組合支架進行闡述，其具有搭設簡便、材料用量相對較少、可靠性高等特點。本文對鋼管樁型鋼組合支架體系的受力檢算對以往類似支架施工具有一定的指導性。