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(duì)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(huì)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(xiǎn)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(duì)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(shí)搭設(shè)人工操作平臺(tái)，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(duì)架體進(jìn)行安全性驗(yàn)算，對(duì)架體要求嚴(yán)格，下部必須堅(jiān)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(huì)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(huì)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(gè)索塔為例，索塔的兩側(cè)是對(duì)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(duì)稱各一條，這兩根斜拉索受到主梁的重力作用，對(duì)索塔產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)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(gè)力和豎直向下的一個(gè)力；同樣的右邊的力可以分解為水平向右的一個(gè)力和豎直向下的一個(gè)力；由于這兩個(gè)力是對(duì)稱的，所以水平向左和水平向右的兩個(gè)力互相抵消了，最終主梁的重力成為對(duì)索塔的豎直向下的兩個(gè)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(tái)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(xiàng)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(shí)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(shí)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(duì)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(jiǎn)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(jì)算確定：按懸挑梁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大荷載3.32 t計(jì)算：

整根鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)按下式計(jì)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(duì)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(chǎng)一般缺少圖表資料，同時(shí)計(jì)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(jì)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(shí)取6～8，鋼絲繩許用拉力安全系數(shù)按8計(jì)取。

計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算施工現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)施工要求。為保證澆筑混凝土的施工安全，現(xiàn)場(chǎng)可采用對(duì)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(xiàng)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(duì)以后高大懸挑梁施工提供了另一種作業(yè)思路，同時(shí)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(cè)》編委會(huì).建筑施工手冊(cè)[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(cè)[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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