大跨徑貝雷梁支架系統在節段拼裝的設計與應用

林冠橋

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510655）

1 工程概況

澳門高架橋工程IS22車站到IS23車站區間橋梁上部結構由14跨標準預應力連續節段箱梁組成，設計搭設鋼管支架拼裝施工。其中起點段IS22-P01～P02上方橫跨澳門機場候機樓交通主道偉龍馬路天橋，下方在機場停車場進口附近，交通疏導及支架搭建工作難度大。設計P01～P02處于200 m平面曲線上，跨度為33 m，共有12節段，最大節段重41.5 t，總跨重410.2 t，其中22#車站附近為P01墩，機場氣站附近為P02墩，2個墩身均靠近偉龍馬路天橋防護欄，間距較窄，同時需保證下方偉龍馬路交通順暢，前期設計的標準支架方式無法施工，需對特殊段支架重新進行設計驗算及施工。

2 大跨徑鋼管樁貝雷梁支架體系設計形式

借助貝雷梁大跨徑組裝施工的特性，設計現澆箱梁高支架主體結構由Ф800 mm鋼管樁、321貝雷片（16 Mn）橫梁及I488縱梁組成，以800 mm鋼管為支架底部承重，上部結構橫向鋪設貝雷梁作為分配梁，雙I488工字鋼作為順橋向承重梁。地面完成硬化后，鋼管樁在P01、P02墩身施工完即開始搭建，并在現有砼路面上澆筑條形梁作為鋼管支架基礎，混凝土標號為C20。條形基礎設計截面為100 cm×100 cm，長度為兩端超出鋼管樁邊1 m。鋼管樁與預埋在條形基礎上的鋼板焊接成一體，用I20a槽鋼焊接剪刀撐將鋼管樁連接成穩定體系。樁頂同樣焊接厚度為10 mm、截面100 cm×100 cm的鋼板，在I700工字鋼縱梁上安裝321貝雷片作為主橫梁、在跨中部位等間距設置3榀貝雷橫梁，其他位置設置2榀貝雷橫梁，在貝雷梁上方設置雙I488焊接為整體節段拼裝縱梁。

3 支架結構模型及荷載

按照支架設計方案，通過MIDAS CIVIL軟件建立三維有限元模型進行空間分析和設計計算。

IS22-P01～P02跨度33 m，其節段梁總重量為410.2 t。鋼管立柱設計為2排，同排立柱縱向間隔為2.5 m，節段梁下方縱移滑梁長31.6 m，按5%偏載工況考慮，將節段梁重量簡化成作用在2條縱向分配梁上的均布荷載。

采用荷載效應基本組合設計值，永久荷載分析系數取1.2，對產生的最不利工況進行支架強度和穩定性荷載驗算，故均布在縱向分配梁的荷載設計值為：

4 支架受力驗算

4.1 縱向分配梁強度驗算

縱向分配梁由I488工字鋼組成，在節段梁均布荷載和自重作用下應力計算結果如圖1所示。

圖1 縱梁和貝雷梁彎曲應力驗算

可知，縱向分配梁最大彎曲應力為47.7 MPa，彎曲應力設計允許值［σ］=205 MPa。故縱向分配梁受力符合要求。

4.2 貝雷梁強度驗算

貝雷梁由橫向5片組成，縱向通長布置，貝雷梁上下弦采用加強弦桿設置，在原來弦桿上疊加一根新的桿件，圖1所示為在上部荷載作用下應力計算結果。

由圖1可知，橫向貝雷梁最大彎曲應力為221 MPa，最大剪切應力為155 MPa，最大撓度值為16.3 mm；而設計最大彎曲應力允許值［σ］=305 MPa，設計最大剪切應力允許值為［τ］=175 MPa，設計最大撓度位移允許值為［f］=15 000/400=37.5 mm，故橫向貝雷梁受力滿足要求。

4.3 底部分配梁和橫向聯接桿件強度驗算

貝雷梁底部由雙拼I700工字鋼組成縱向分配梁，橫向聯接桿件采用I20a槽鋼焊接剪刀撐構成，在荷載作用下計算其應力結果。

由計算結果得知，底部分配梁和橫向聯接桿件的最大彎曲應力為62 Mpa，最大撓度值為2.6 mm，最大彎曲應力設計允許值［σ］=205 MPa，最大撓度位移允許設計值為［f］=2 500/400=6.25 mm，因此分配梁和橫向聯接桿件受力滿足要求。

4.4 鋼管立柱強度和支座反力驗算

鋼管立柱由Ф800 mm鋼護筒間距2.5 m排列組成，鋼護筒底部與預埋在C20混凝土條形基礎1 000 mm×1 000 mm方形鋼板焊接在一起，在上部荷載作用下通過midas civil軟件計算結果可知：

鋼管立柱最大彎曲應力為66 MPa，最大支座反力為656 kN，最大彎曲應力設計允許值［σ］=205 MPa，而設計最大支座反力允許值為2 000 kN，因此鋼管立柱滿足受力要求。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程

工藝流程為：條形基礎施工→安裝預埋鋼板→焊接鋼管立柱→吊裝I700工字鋼下橫梁→鋪設321貝雷片主橫梁→鋪設I488工字鋼縱向分配梁→安裝工作平臺→吊裝前檢查驗收→拼裝節段梁→拆除支架。

5.2 支架基礎施工

在P01、P02墩身橋梁走向線路兩旁澆筑混凝土條形梁作為支架基礎，混凝土標號為C20。基礎橫截面為1 m×1 m，長度為兩端超出鋼管樁邊1 m。在鋼管樁安裝位置預埋一塊15 mm厚1 000mm×1 000 mm方形錨固板，錨固板下方均勻布置帶彎鉤的鋼筋錨固鋼筋伸入條形基礎固定。

5.3 鋼立柱安裝

鋼管樁根據支架搭設高度提前加工，并焊接鋼板做好樁頂處理。鋼管樁與底鋼板采用焊接連接，用相同型號尺寸為100 mm×100 mm的4塊加勁鋼板焊接在焊縫周圍進行加固強化。鋼管樁頂部焊接一塊15 mm厚100 mm×100 mm的方形鋼板，同樣采用4塊加勁板焊接加強，接觸部位焊縫均滿焊。鋼管樁縱向分布于現場行車道兩旁，橫向鋼管間距設計則沿著偉龍馬路天橋邊沿布設。鋼管之間設柱間剪刀撐保證鋼管支架的整體穩定性，剪刀撐采用I22a型鋼。

5.4 下橫梁、貝雷梁和縱梁安裝

縱橫梁采用I700工字鋼，放置于鋼管樁頂部，并采用3塊加勁板焊接固定于每根鋼管樁頂端兩側，接觸部位焊縫要求滿焊。縱橫梁上單層安裝貝雷梁，對中腹板位置設三榀貝雷梁，翼板、底板位置則設置兩榀貝雷梁。貝雷梁上下弦采用加強弦桿，并在貝雷梁支點位置采用雙槽鋼進行加固避免局部應力增大情況。采用槽鋼加工成U型卡槽與雙I700工字鋼固定成一整體防止貝雷片移動，最后鋪設安全網、腳踏板等作為安全防護。在貝雷梁上部，沿節段箱梁腹板走向布設兩排I488工字鋼分配梁，承擔節段梁拼裝的荷載支撐。

5.5 支架安裝要求

5.5.1 鋼管立柱安裝

為保證支架上高空作業的安全，要提前測量好底面標高并設置加工好各鋼管的長度，確保運至現場可直接組裝。按梁底高程與地面標高變化確定順橋向控制斷面間距，在順橋向左、右兩邊各設控制點，以精確確定鋼管柱墩頂標高，并用明顯的標記標明各鋼管柱的位置，以便校驗。

5.5.2 縱梁安裝

鋼管立柱標高調整完畢后，在其上沿縱向安放雙榀I700工字鋼為分配梁，如果多鋼管樁在一條直線上，可設置通長工字鋼。如果由于地面場地限制，鋼管樁不在一條直線上，采用間斷布設工字鋼，但工字鋼支架必須加板焊接連接為一個整體。鋼管樁與工字鋼接觸有縫隙時必須加薄鋼板墊平，并加筋板焊接。

5.5.3 貝雷梁安裝

所有貝雷梁安裝完成后頂面必須保證在一個水平面，底面與分配梁接觸嚴密，各貝雷片銷接需有保險扣。貝雷梁安裝完成后進行工序驗收，驗收合格后在貝雷梁上安裝好安全兜網，鋪設腳踏板擺放橫向木枋即可。

5.6 支架拆除

支架拆除順序應遵守先跨中后兩端，先上后下的原則。拆架時提前放松節段梁拼裝楔形塊分離節段箱梁與支架，然后在節段梁翼板緩慢移出縱向工字鋼分配梁，達到合適位置后通過吊機吊離至地面。貝雷梁拆除分兩個階段，首先將貝雷梁與節段梁頂面預埋孔臨時固定，確保底下分配梁順利拆除后，再將貝雷梁吊整體至橋下。在整個拆架過程中必須有管理人員全程指揮與檢查，以保證拆除工作的安全。

6 結語

貝雷梁安裝加強弦桿，結構剛度強，承載能力大，適合在空間狹小且不能中斷交通情況下給節段梁拼裝提供安全穩定的跨路空中作業平臺。

通過MIDAS Civil有限元軟件分別對貝雷梁及鋼管樁的強度、抗剪、撓度及地基承載力等力學性能進行分析計算，得到節段梁拼裝支撐體系設計參數，符合相關規范要求。

鋼管立柱貝雷梁組合體系結構簡單、裝拆方便、作業跨度大，適用于空間受限較多的橋梁空中作業，在工程安全、進度和經濟效益等方面都具有良好的促進作用。