唐 政

(中國(guó)中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部， 貴州貴陽(yáng) 550002)

高墩連續(xù)梁橋新型支架現(xiàn)澆設(shè)計(jì)

唐 政

(中國(guó)中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部， 貴州貴陽(yáng) 550002)

為研究新型支架體系在高墩連續(xù)梁橋現(xiàn)澆施工中的運(yùn)用，以貴龍立交第19聯(lián)高墩連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘埃捎么罅ι馭PS新型支架，對(duì)該支架系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、受力檢算。計(jì)算表明，該新型支架在強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性方面均滿足規(guī)范要求，安全儲(chǔ)備較高。施工實(shí)踐證明該支架系統(tǒng)的安全可靠，為新型高強(qiáng)支架體系的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

橋梁工程; 高墩連續(xù)梁; 新型支架; 支架設(shè)計(jì)

1 工程概況

支架現(xiàn)澆施工在高墩橋梁中運(yùn)用比較廣泛[1-2]。隨著橋墩的增高，尤其是城市立交橋，因受地形及橋下復(fù)雜線路等諸多因素的限制，且考慮到緊張的工期，對(duì)支架的設(shè)計(jì)及施工提出了新的挑戰(zhàn)。因此，選擇合理合適的支架形式、支架類別、支架材料，進(jìn)行精確的計(jì)算分析，不僅關(guān)系施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全，更對(duì)工程經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。

貴陽(yáng)市東站路4標(biāo)段主線橋第19聯(lián)為等高等寬33 m×3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。主梁平面位于R=600的圓曲線上。該橋里程為K7+112～K7+211，對(duì)應(yīng)墩號(hào)為102～105。上部箱梁為C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，單箱三室斷面，邊腹板斜置，斜度為4∶1。全橋采用等高度截面，截面高度

1.8 m，頂、底板設(shè)置1.5 %的橫坡。箱梁頂寬18 m，底寬12.104 m，跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為50 cm;端部頂板厚度60 cm，底板厚度50 cm，腹板厚度100 cm。本項(xiàng)目因工期緊，采取現(xiàn)澆施工，且橋梁位于山間谷地，墩身高度達(dá)39.5～44 m。高墩現(xiàn)澆施工，對(duì)傳統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)、構(gòu)造、工藝等帶來(lái)新的挑戰(zhàn)[3-6]，選擇何種支架形式，保障結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用，是本項(xiàng)目的一大難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。

2 新型支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本橋因墩身較高，荷載較大，為確保施工安全，創(chuàng)造性、大膽采用新型支架形式，其結(jié)構(gòu)形式為：貝雷片+工字鋼分配梁+大力神SPS支架。該支架為墩梁式結(jié)構(gòu)，其布置形式如圖1所示。

圖1 支架總體布置

該新型支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

(1)橫撐支架(2.4 m)。

方鋼管50 mm×50 mm，壁厚4.0 mm，Q345鋼。

(2)標(biāo)準(zhǔn)立桿(3.0 m)。

圓鋼管，直徑133 mm，壁厚5.6 mm，Q345鋼。

(3)橫撐架斜桿。

圓鋼管，直徑48.3 mm，壁厚3.2 mm，Q235鋼。

該支架體系單根立桿承載能力大，根據(jù)荷載試驗(yàn)，單根立桿承載691.5 kN，安全荷載345 kN(安全系數(shù)2.0)，安全荷載276 kN(安全系數(shù)2.5)。產(chǎn)品搭設(shè)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)有天托、地托，能方便的根據(jù)地面條件、頂部搭設(shè)高度要求進(jìn)行精確調(diào)節(jié)；立桿上每隔60 cm有橫撐架安裝位置，根據(jù)荷載大小方便快速進(jìn)行橫撐架安裝。支架布置形式如表1所示。

表1 支架布置形式

3 支架受力驗(yàn)算

3.1 驗(yàn)算荷載

根據(jù)支架搭設(shè)方案，支架系統(tǒng)荷載如下：

(1)箱梁混凝土荷載q1。

橫梁實(shí)心段和腹板處q1=45 kN/m2；空腹段q1=13.75 kN/m2；

(2)模板荷載q2為0.5 kN/m2；

(3)施工荷載q3為1.0 kN/m2；

(4)振搗混凝土產(chǎn)生的荷載q4為2 kN/m2；

(5)翼緣板位置混凝土側(cè)壓力荷載。

混凝土振搗荷載和傾倒荷載為2 kN/m2,混凝土壓力值取47 kN/m2；

(6)風(fēng)荷載。

基本風(fēng)壓w0=0.35 kN/m2。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

新型大力神SPS支架荷載至上而下傳遞順序?yàn)椋耗０濉侥?縱向)→大力神U型鋼(橫向)→大力神可調(diào)絲桿→大力神U型鋼(橫向)→貝雷梁(縱向)→工字鋼分配梁→大力神SPS支架→基礎(chǔ)。支架驗(yàn)算部分結(jié)果如表2所示。

3.2.1 貝雷梁驗(yàn)算

根據(jù)荷載分布不同，在箱梁底按不同間距布置貝雷梁片，如圖2所示。

混凝土箱梁荷載按支撐區(qū)域進(jìn)行分解計(jì)算，雖然頂部荷載為支架立桿傳遞的集中荷載，但由于頂部模板架的整體性和貝雷梁頂?shù)碾pU型鋼使荷載得以均勻分布，故采取按貝雷梁頂?shù)闹挝恢冒淳己奢d進(jìn)行分解計(jì)算。因結(jié)構(gòu)、受力對(duì)稱，荷載分區(qū)僅以一半示意，如圖3所示。

表2 支架驗(yàn)算結(jié)果

圖2 貝雷梁布置示意(單位：cm)

圖3 荷載分區(qū)示意(單位：cm)

支架、模型雙U型鋼、斜支撐桿、貝雷梁頂雙U型鋼合計(jì)256.4 kN，每片貝雷梁自重為0.9 kN/m，貝雷梁計(jì)算結(jié)果如表3所示。從表3可看出貝雷梁設(shè)計(jì)合理，滿足受力要求。需注意的是，計(jì)算得出貝雷梁的最大撓度為14.34 mm，該撓度值未包含貝雷梁因安裝誤差及使用過(guò)程中各連接部位存在間隙等因素引起的自然撓度?？紤]該因素的影響，貝雷梁撓度合計(jì)值為21.54 mm。根據(jù)此值，同時(shí)考慮箱梁反拱設(shè)置要求，在頂部支架上調(diào)整設(shè)置預(yù)拱度，消除貝雷梁撓度影響。在支架搭設(shè)完成后，按混凝土質(zhì)量的1.2倍荷載進(jìn)行預(yù)壓，取得桁架真實(shí)撓度，進(jìn)而精確確定立模標(biāo)高。

表3 貝雷梁計(jì)算結(jié)果

3.2.2 工字鋼檢算

該支架系統(tǒng)在貝雷梁及SPS處設(shè)置Q235工字鋼。貝雷梁下采用2根45a橫向工字鋼，SPS支架上采用雙拼I45a工字鋼。其檢算結(jié)果如表4所示。

3.2.3 SPS支架檢算

大力神SPS支撐系統(tǒng)中，選用的鋼管尺寸為直徑133 mm,壁厚5.6 mm ，材質(zhì)為Q345，則鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為：i=4.508，可得：

l=ml/i=[1×(2.4+2×0.45) ×100]/ 4.508=73.20

由《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018-2002)可得Q345的折減系數(shù)為0.686。根據(jù)壓桿穩(wěn)定條件，鋼管軸力容許值為：

N=φA×[f]= 0.686×22.413×10-4×310×106=476.63 kN

單肢立桿軸力291.79 kN <476.63 kN，安全系數(shù)大于1.5，SPS支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性滿足要求。

3.2.4 地基承載力驗(yàn)算

SPS支架采用混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)橫橋向布置，尺寸1.0 m(寬)×0.6 m(厚)，強(qiáng)度C20混凝土。立桿最大荷載291.79 kN。

(1)地基承載力。

σ=N/A=291.79×103N/(1.0 m×1.5 m)=194.5 kPa

因此，基底處理后，地基承載力不得小于194.5 kPa。

(2)混凝土抗壓強(qiáng)度。

SPS立柱地托尺寸0.3 m×0.3 m，C20混凝土設(shè)計(jì)抗壓

表4 工字鋼檢算結(jié)果

強(qiáng)度f(wàn)cd值9.2 MPa。

f=294.79×103/(0.3×0.3)= 3.28 MPa

滿足要求。

為減小地基不均勻沉降，對(duì)土石交界或土質(zhì)地基承載力不一致的地基，混凝土底鋪設(shè)一層10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)片，II級(jí)鋼筋直徑10 mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目高墩連續(xù)梁橋采用大力神SPS新型支架，相對(duì)傳統(tǒng)碗口支架在目前橋梁現(xiàn)澆施工中，其正處于發(fā)展應(yīng)用階段。計(jì)算表明，該新型支架在強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性方面均滿足規(guī)范要求，安全儲(chǔ)備較高。施工實(shí)踐證明該支架系統(tǒng)的安全可靠，其與傳統(tǒng)碗口支架相比，大大減小了節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，支架材料用量減少，桿件定型，內(nèi)外鍍鋅，不易丟失和損壞，均降低了安裝風(fēng)險(xiǎn)，減少工程安全隱患，工程造價(jià)相對(duì)減少。該支架系統(tǒng)能適應(yīng)復(fù)雜的地形變化，其較高的安全性能大大提高其應(yīng)用前景。

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唐政(1974～)，男，工學(xué)學(xué)士，工程師，國(guó)家一級(jí)建造師，主要研究方向：橋梁與隧道工程。

U445.35

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[定稿日期]2015-02-12