懸臂單墩蓋梁支架設計及驗算

崔明鑫 CUI Ming-xin

（中鐵十五局集團第三工程有限公司，成都 611730）

1 工程簡介

廣中江高速公路第TJ10合同段黃圃雁林1#高架橋21#、22#和23#墩橫跨既有道路橋梁，共有懸臂單墩蓋梁3片，均為懸臂單墩預應力蓋梁。該處蓋梁位于大魁河大橋南岸，YZ22#、YY21#蓋梁處于新建大魁河橋（中山市規劃黃圃新區縱四線）左右幅中央分隔帶處，蓋梁與既有大魁河橋（原有老橋，新橋修建完畢進行拆除）凈空高度為10.5m（除支架占有空間外，凈空6.5m），重疊交叉寬度1.5m。

表1 懸臂單墩蓋梁參數明細表

2 支架設計

圖1 懸臂單墩蓋梁結構示意圖

懸臂單墩蓋梁施工采用鋼管支架現澆，鋼管立柱外徑630mm，壁厚8mm 8根鋼管樁下口均支承在承臺上，支架頂部利用I40型鋼連接成整體橫梁，在鋼管樁中間高度焊接平聯，卸落梁采用16個32t螺旋千斤頂，主梁采用單側4排貝雷梁，分配梁用I18，間距60cm，鋼管樁為φ63cm，壁厚8mm，斜撐三腳架采用[20槽鋼進行焊接，三角桁架片間凈距40cm，橫向采用L10cm角鋼連接成整體。支架結構詳細設計見圖2-圖4。

圖2 懸臂單墩蓋梁支架設計立面示意圖

圖4 懸臂單墩蓋梁支架設計側面示意圖

3 支架計算

選取最不利支架進行演算，黃圃雁林1#高架橋YZ23#墩蓋梁混凝土重量114.1方（方量最大），懸臂長度6.95m為最不利安全支架蓋梁。

3.1 荷載說明

懸臂單墩蓋梁支架設計荷載說明：

荷載一：蓋梁自重，設計時取容重26kN/m3

荷載二：模板重量：每平米按120Kg

荷載三：分配梁重量：根據所用材料取值，常用的為I18

荷載四：施工荷載，主要考慮施工時支架上的人員，材料以及振搗力，取2.5kN/m2

3.2 支架計算

325鋼管連系桿焊縫處理：

對接焊縫呈T形連接，拉應力角度取值θ角＝21.6°σ=Nsin90°/（δ×LW）。

σ為焊縫抗拉應力值。

N為水平推力，計算取值按照集中點受力取值，（懸臂端結構重＋橫梁）×tanθ。

δ為325鋼管壁厚，取值7.5mm。

LW為焊縫長度，取值1020mm

焊腳尺寸取1.5×sqrt（tmax）=4.7mm，由于操作因素等，取1.5倍焊腳長度8mm施焊。

圖3 懸臂單墩蓋梁支架設計平面示意圖

故采用325鋼管滿足支架承重設計要求。

圖5 鋼管連接件焊縫示意圖

托架計算設計荷載及組合：

3.2.1 荷載系數

靜載系數取值1.2；活載系數取值1.4；

托架正常使用時采用的安全系數為2。

3.2.2 作用于托架的荷載

①混凝土荷載：取混凝土截面計算；

②托架自重：由midas系統根據定義截面自行取值。

3.2.3 荷載組合

荷載組合：①+②；

荷載組合主要用于托架結構的強度、剛度和穩定性計算。

所有荷載均按照線載荷施加。

1）蓋梁自重荷載P1，P1蓋梁為變截面，荷載為梯形荷載，計算時取蓋梁橫向一半的最不利邊

2）模板、分配橫梁自重

分配橫梁采用I18，間距60cm，q5=0.241×1.6×2.4/2=0.462kN/m；

模板自重q6=1.2×（2.65+1.2）=4.62kN/m；

3）施工荷載（人員、機具、材料、其它臨時荷載）

按q7=2.5kN/m2×1.2=3kN/m均布荷載計；

荷載組合：

軸力：拉力為正，壓力為負；

應力：拉應力為正，壓應力為負；

其它內力規定同結構力學的規定。

圖7 懸臂單墩蓋梁支架應力計算結果

連系桿橫梁與螺旋鋼管連接設計：采用20mm鋼板焊接在630螺旋管頂，將I40工字鋼放置在鋼板中心，I40工字鋼兩側采用10mm鋼板加筋補強，I40工字鋼與鋼板連接滿焊，并在工字鋼肋板兩側分別打設4個孔，采用M24高強螺栓連接固定，目的為了消除橫向位移產生負彎矩應力，是支架最大受力點滿足結構受力要求。

利用Midas Civl整體建模計算，計算采用整體模型，主構架各節點的連接釋放銷軸的自由度，計算模型如圖6-圖8所示。

圖6 懸臂單墩蓋梁支架計算

圖8 懸臂單墩蓋梁支架位移計算結果

經計算，最大應力為138.2MPa，符合要求。

經計算，最大位移為2.209mm，小于L/400，符合要求。

計算結果表明，結構強度、剛度等滿足施工需求。

鋼管柱基礎與承臺相容，承臺砼強度為C25，基礎承載能力遠遠大于支架承載力要求，故此處不再驗算。

4 結束語

在橋梁施工中，支架設計尤為重要，本文通過詳細地闡述在特殊工況條件下懸臂單墩蓋梁支架的設計和驗算，證明了懸臂單墩蓋梁支架設計的可行性，其能夠充分保證在橋梁建設中的安全適用性、經濟合理性，為類似工程的施工提供參考依據。