現澆箱梁斜鋼管支架的應用分析

劉金偉

（中交路橋華南工程有限公司，廣東中山 528405）

1.工程概況

杭州市九堡大橋南接線一標跨杭甬高速主線上部結構設計為64m+110m+64m的連續剛構形式，連續剛構橋0#塊高度為6.4m，長度為16.0m，其中主墩墩身兩側懸臂端長度為4.4m，雙薄壁墩之間長度為4.8m，橫隔板厚1.2m同墩身厚度，為單箱單室結構形式，底板寬620cm，頂板寬1240cm，翼緣板寬390cm，翼緣板邊厚均為20cm，翼緣根部厚均為55cm，懸臂端底板厚82.5cm～90cm，頂板厚均為25cm，腹板厚均為60cm[1]。

河百高速四標K57+013.128處車行天橋上部結構采用30m+40m+30m預應力混凝土等截面連續箱梁，箱梁高度為210cm，底板寬350cm，頂板寬600cm，翼緣寬95cm，翼緣板邊厚均為18cm，翼緣根部厚均為40cm，單箱單室結構底板厚22cm～42cm，頂板厚25cm～45cm，腹板厚45cm～80cm。

2.支架方案的初步比選分析

2.1 上跨杭甬高速主線連續剛構0#塊支架方案初步比選分析

根據現場實際情況，杭州市九堡大橋南接線一標上跨杭甬高速主線連續剛構0#塊支架的設置比選方案主要有兩種，一種為直立式的鋼管支架形式，采用此種支架結構，共需設置Φ630mm×8mm的鋼管12根，其中6根鋼管支架均位于主墩承臺外，且該橋位地處杭州粉砂土地層，表層土壤地基承載力弱，對于位于主墩承臺外的鋼管，為確保支架基礎的安全，需考慮插打鋼管樁作為支架基礎，方案設計示意圖如圖1所示。

圖1 直立式鋼管支架立面及平面設計示意圖（以單幅支架為例 單位：cm）

另一種支架設置方案為斜鋼管支架形式，改第一種方案中處于主墩承臺外的直鋼管支架為斜鋼管支架形式，經調整后，共有4根鋼管支架位于主墩承臺外，對于位于承臺外鋼管樁，考慮在進行主墩承臺進行施工時，外部設置鋼筋混凝土牛腿與主墩承臺進行可靠連接，鋼管支架支撐在鋼筋混凝土牛腿上，采用此種方法可節約相應的鋼管樁基礎設置費用，方案設計示意圖如圖2所示。

圖2 斜鋼管支架立面及平面設計示意圖（以單幅支架為例 單位：cm）

綜合比較上述2種支架設計方案，直鋼管支架雖具有搭設方便的優勢，但不能利用已有的橋梁基礎，需插打鋼管樁作為支架基礎，成本較大；斜鋼管支架搭設難度相對較大，但能利用已有的橋梁基礎，節約了一定的基礎處理費用，但由于支架鋼管設置為斜立形式，整個支架承受一定的水平力，須做好支架與墩身的連接設計。

2.2 K57+013.128處車行天橋現澆箱梁支架方案初步比選分析

K57+013.128處車行天橋現澆箱梁同樣有直立式鋼管和斜鋼管2種支架比選方案，如支架設置為直立式形式，靠近墩身處的支架鋼管基礎需設置在邊坡上，邊坡開挖出來的地質揭示為強風化泥質粉砂巖，支架鋼管基礎可采用擴大基礎形式，但前期主墩承臺施工時已開挖部分邊坡，邊坡遭到破壞，在條形基礎施工前，需對已開挖破壞的邊坡進行支擋防護，防止后期邊坡垮塌，整個支架方案的成本較大且較不安全，方案設計示意圖如圖3所示。

圖3 直立式鋼管支架立面設計示意圖（單位：cm）

對于靠近墩身處支架，變直立式鋼管為斜鋼管的形式，將鋼管基礎設置在既有主墩承臺上，避開位于已開挖邊坡上，一方面支架基礎較穩，另一方面不需進行條形基礎的施工，節約了一定的基礎處理費用，具有一定的經濟性，方案設計示意圖如圖4所示。

圖4 斜鋼管支架設計示意圖（單位：cm）

綜合比較上述2種支架設計方案，斜鋼管支架具有一定的經濟和安全方面的優勢，但由于支架鋼管設置為斜立的形式，整個支架承受一定的水平力，且由于墩身寬度較窄，靠近墩身順橋向兩側的支架鋼管采用了對拉連接，支架受力在確保墩身連墻件水平受力滿足要求的同時，還需對墩身兩側支架在不平衡澆筑工況下的受力進行計算，并在過程中嚴格控制現澆箱梁砼的澆筑順序，確保支架受力安全性。

3.斜鋼管支架的受力分析

3.1 斜鋼管支架連墻件受力分析

斜鋼管支架的受力不同于直立鋼管的受力，由于立柱鋼管設置為與豎直方向帶一定夾角的形式，立柱鋼管不可避免地會產生水平方向的分力，需將支架整體采用連墻件與剛性的墩身結構進行連接，抵消掉水平分力對于支架體系的不利影響，確保支架體系的整體穩定。連墻件宜釋放對于支架鋼管的垂直受力約束，尤其對于搭設高度較大的鋼管支架，支架鋼管在承受混凝土澆筑傳遞來的豎向力作用時，鋼管將產生豎直方向的壓縮變形，鋼管搭設高度越高，此種變形越大，如連墻件對支架鋼管具有垂直方向的約束，鋼管的壓縮變形得到約束，連墻件與墩身及鋼管連接處將產生較大的次內力，連墻件與墩身預埋鋼板及支架鋼管均采用焊接進行連接時，焊縫很有可能產生破壞，且當連墻件的長度越短、剛度越大時，次內力越難得到釋放，破壞則越大，嚴重時將導致連墻件失效。對比全約束連接，鉸接連接釋放了垂直方向的位移約束及各方向的轉動約束，連墻件不受豎直方向的反力及約束轉動的彎矩，連墻件的受力情況得到了改善，連墻件設置為銷接形式，在墩身混凝土內預埋錨筋及錨板，在錨板上焊接銷接耳板，耳板內穿銷子與連墻件進行連接，連墻件另一側與支架鋼管采用焊接[2]。

3.2 支架在不平衡澆筑工況下的受力分析

對于既與墩身采用了連墻件進行連接，墩身兩側鋼管又采用了對拉連接的支架，其雖設置為對稱、對拉的形式，在理想的對稱澆筑工況下，支架水平分力可得到抵消。但在不平衡澆筑的工況下，整個支架的水平分力處于未抵消的狀態，一側的水平分力將導致另一側的支架處于反向受拉狀態，根據MIDAS軟件的分析，平衡澆筑與不平衡澆筑兩種工況條件下連墻件的最大反力差別較小，但揭示的反力顯示。由于不平衡澆筑導致一側支架處于反拉狀態，反拉狀態下的連墻件處于受壓狀態，可見對于這種可能處于不平衡澆筑狀態下的連墻件設計需重點考慮拉壓受力，連墻件宜設置為焊接形式，以此來確保約束的有效性及受壓桿件的穩定性，保證支架整體穩定。對于焊接帶來的豎直方向次內力過大的問題，在保證連墻件承受水平反力的同時，可通過減少連墻件剛度的方式來得以解決，連墻件具有一定的柔性，可釋放對應的次內力，尤其是柔性的連墻件可減少對于立柱鋼管在豎直方向壓縮變形及轉動變形的約束，減少連墻件所受的豎向力及彎矩。實際施工過程中，減少連墻件的剛度主要通過增加連墻件的長度或減少連墻件的橫截面面積來進行解決，K57+013.128處車行天橋現澆箱梁支架連墻件設置為雙拼槽20a型鋼與墩身預埋件及支架鋼管進行焊接，支架在平衡澆筑工況下及不平衡澆筑工況下的連墻件焊縫及強度均滿足要求，連墻件約束的有效性得到了保證。在實際施工過程中，對于斜鋼管支架的澆筑來說，盡量平衡對稱澆筑，確保連墻件的對稱受力，保證了支架承受水平荷載的安全[3]。

4.結語

斜鋼管支架較直立式鋼管支架來說，支架基礎利用既有的橋梁下部結構或通過可靠的連接方式與橋梁下部結構基礎進行連接，整個支架的基礎剛度較大，支架基礎的安全性更有保障，且能節約一定的基礎施工成本。但對于這種非常規的支架設置形式，應用的關鍵為支架的受力分析，需著重從斜鋼管支架承受水平力的特點上，進行支架連墻件的設計。當墩身兩側支架采用對拉時，需考慮支架在不平衡澆筑工況下的受力分析，當支架支撐在與主墩承臺相連接的鋼筋混凝土牛腿上時，針對鋼筋混凝土承受較大豎直向反力的特點，需對鋼筋混凝土牛腿進行專項的抗剪設計。