（中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司，河北唐山 063000）

近年來，工程領(lǐng)域內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)電算與仿真分析、試驗(yàn)檢測(cè)和精確控制等技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展，以往限制節(jié)段預(yù)制拼裝法建造橋梁技術(shù)的難題得到有效解決[1]。在東北嚴(yán)寒地區(qū)跨線橋梁中，裝配式橋梁應(yīng)用較少，需要進(jìn)一步推廣，在推廣過程中，需要關(guān)注支架的設(shè)計(jì)與分析。施工中常由于忽視某些技術(shù)要點(diǎn)，如橋梁支架、模板架等臨時(shí)輔助施工設(shè)施的搭設(shè)，導(dǎo)致工程質(zhì)量事故發(fā)生。因此，研究施工過程中橋梁支架體系是一項(xiàng)迫切且重要的工作[2]。

在對(duì)支架體系的研究中，國(guó)內(nèi)已有研究多針對(duì)支架地基處理問題[3-4]、原位吊裝段支架有限元分析計(jì)算方案[5-6]、施工階段支架應(yīng)何時(shí)拆除問題[7-8]，但對(duì)支架模型分析計(jì)算大多局限于原位吊裝段支架，且對(duì)支架設(shè)計(jì)方案的介紹較為粗略。

本文依托東部快速路南延長(zhǎng)線工程，擬基于MIDAS/Gen軟件，分別建立滑移系統(tǒng)支架、原位吊裝系統(tǒng)支架有限元模型，模型中根據(jù)滑移流程對(duì)滑移支架進(jìn)行計(jì)算，得出各工況下較不利的結(jié)果，以此為未來的橋梁工程支架安全順利施工，提供有利的安全技術(shù)參考。

1 工程概況

為了減少頂推次數(shù)，降低對(duì)跨越段京哈高速公路的影響，節(jié)約施工空間，本項(xiàng)目計(jì)劃采用頂推結(jié)合支架法進(jìn)行鋼箱梁拼裝架設(shè)[9]。本文擬結(jié)合東部快速路南延長(zhǎng)線工程，其規(guī)劃為城市快速路，全線高架橋。

線路在STA16#～STA19#墩上跨京哈高速。橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為三跨一聯(lián)鋼箱梁，分左、右幅設(shè)置，下部橋墩結(jié)構(gòu)采用矩形柱式墩，基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁。

2 支架設(shè)計(jì)方案

由于上跨高速段鋼梁施工采用“拼裝→吊裝→焊接→頂推滑移”的方式進(jìn)行，需要搭設(shè)由臨時(shí)鋼管柱組成的施工平臺(tái)，柱頂鋪設(shè)兩道縱梁，在縱梁上鋪設(shè)滑移軌道，達(dá)到利用施工平臺(tái)安裝節(jié)段鋼梁的目的。主線橋臨時(shí)支架系統(tǒng)分為滑移段與吊裝段兩部分。

采用頂推法進(jìn)行滑移段鋼箱梁施工，采用原位吊裝法吊裝滑移兩端箱梁實(shí)現(xiàn)整跨吊裝[10]，現(xiàn)場(chǎng)僅需焊接縱、橫向接縫，施工期間對(duì)城市交通干擾小、施工效率高，應(yīng)用前景廣泛[11]。

2.1 滑移系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)

2.1.1 臨時(shí)支墩布置

臨時(shí)支墩沿線路方向，從STA16#墩向STA18#墩方向縱向布設(shè)，每幅布設(shè)兩排，縱向間距7.5 m，橫向間距6 m。臨時(shí)支墩采用Φ529 mm×12 mm鋼管搭設(shè)，四種形式，分別為1#、2#、3#、4#臨時(shí)墩。支架間采用系桿連接成整體，保證整體支架系統(tǒng)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。為滿足工期要求，須實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式鋼平臺(tái)的快速安裝[12]。

1#墩與對(duì)面接引的3#臨時(shí)墩上，設(shè)置頂推用的滑動(dòng)支承裝置?；葡到y(tǒng)由型鋼平臺(tái)、楔形墊塊、下滑道、滑塊等組成。各墩頂設(shè)左右兩列滑道，設(shè)置于鋼箱梁腹板和向內(nèi)第一道加勁肋底部，頂推滑道中心間距為6 m；下滑道支承平臺(tái)為型鋼平臺(tái)，為適應(yīng)豎曲線要求，在型鋼平臺(tái)上鋪設(shè)楔形墊塊，內(nèi)灌C30混凝土，楔形墊塊長(zhǎng)度為280 cm，寬度60 cm，中心間距為6 m；下滑道板由3 cm厚鋼板構(gòu)成，滑道寬60 cm（與楔形墊塊和滑塊尺寸匹配）。為提高下滑道整體性，采用整塊鋼板制作，其滑道板長(zhǎng)度為280 cm。

2#臨時(shí)墩采用2根Φ325 mm×10 mm鋼管柱，高度14 m，管柱間采用系桿連接，確保支架的剛度強(qiáng)度、穩(wěn)定性。柱頂采用H600 mm×500 mm×20 mm×30 mm橫梁連接，上方鋪設(shè)H700 mm×400 mm×24 mm×28 mm縱梁（軌道梁）。

3#、4#臨時(shí)墩采用Φ529 mm×12 mm鋼管柱，高度14 m，管柱間采用系桿連接，確保支架的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。柱頂采用H600 mm×500 mm×20 mm×30 mm環(huán)向連接，上方鋪設(shè)H600 mm×700 mm×20 mm×30 mm楔形縱梁。

1#墩與3#臨時(shí)墩基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)+承臺(tái)，樁徑1 m，樁長(zhǎng)15 m，4根鉆孔樁；2#、4#臨時(shí)墩支架基礎(chǔ)直接作用于堅(jiān)硬地面，承臺(tái)尺寸為4 m×6 m×0.8 m。

2.1.2 滑移軌道及滑靴設(shè)置

滑移軌道在整個(gè)滑移過程中，起到承重導(dǎo)向和徑向限制構(gòu)件水平位移的作用。由于滑移距離較長(zhǎng)，滑移軌道須進(jìn)行分段現(xiàn)場(chǎng)拼接施工。為了能夠在預(yù)定工期內(nèi)開展并做好屋面的滑移工作，應(yīng)在滑移之前保證軌道安裝的精度。

滑靴與鋼梁底板連接時(shí)，在滑靴每個(gè)側(cè)面設(shè)置2塊加筋板（共四個(gè)側(cè)面），滑靴橫線留有10 mm縫隙，留有的縫隙能夠保證頂推過程中釋放軌道上滑靴不同心產(chǎn)生的內(nèi)力。鉸接方式為三角板只與底板焊接不與滑靴焊接，且在滑靴橫線留有10 mm縫隙。

2.1.3 頂推平臺(tái)布置

在頂推臨時(shí)支撐上采用木質(zhì)跳板搭設(shè)平臺(tái)，防護(hù)欄桿底部設(shè)置踢腳板，防止作業(yè)平臺(tái)內(nèi)螺栓小型工具等落入平臺(tái)外，威脅作業(yè)人員及行車安全。

由于場(chǎng)地原因只能搭設(shè)上下爬梯式上下通道，安裝四氟乙烯滑板位置須設(shè)置局部安裝小平臺(tái)，并設(shè)置護(hù)欄、警示標(biāo)志。

2.2 原位吊裝支架制作與搭設(shè)

2.2.1 臨時(shí)支架布置

采用2根Φ325 mm×10 mm鋼管柱，高度14 m，管柱間采用系桿進(jìn)行連接，確保支架的剛度強(qiáng)度、穩(wěn)定性。柱頂采用H600 mm×500 mm×20 mm×30 mm橫梁連接，上方鋪設(shè)H700 mm×400 mm×24 mm×28 mm縱梁（軌道梁）。

臨時(shí)支架制作分標(biāo)準(zhǔn)段和調(diào)節(jié)段，先制作成單片，再組裝為整體。調(diào)節(jié)段主要用于鋼箱梁吊裝時(shí)，調(diào)節(jié)鋼箱梁標(biāo)高以及安裝結(jié)束后進(jìn)行鋼箱梁整體卸載。調(diào)節(jié)段高度400 mm左右，采用50 t千斤頂，每個(gè)調(diào)節(jié)鋼管旁設(shè)置1臺(tái)千斤頂。

支架應(yīng)在鋼箱梁吊裝前進(jìn)場(chǎng)安裝就位、找正、固定，臨時(shí)支架2根鋼管組成1片作為1個(gè)制作單元，再拼裝為整體，臨時(shí)支架選用25 t全液壓汽車式起重機(jī)。在圍擋內(nèi)進(jìn)行安裝，臨時(shí)支架安裝前，應(yīng)提前在地面標(biāo)識(shí)出每個(gè)支架的就位點(diǎn)，支架安裝完成后，在支架橫梁上標(biāo)注箱梁安裝就位控制點(diǎn)、標(biāo)高控制點(diǎn)。

臨時(shí)支架采用鋼管格構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)由橫梁（分配梁）及立柱組成，分配梁采用雙排規(guī)格為I32a的工字型鋼制作，每間隔1 m設(shè)置一道筋板，立柱采用D325×8 mm鋼管，中間橫、斜撐采用10#槽型鋼連接成整體。

3 有限元分析

根據(jù)滑移流程圖建立19種計(jì)算工況下導(dǎo)梁與橋體簡(jiǎn)化計(jì)算模型并得出計(jì)算結(jié)果。

部分工況下反力統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 各工況支點(diǎn)反力表 單位：kN

3.1 滑移段支架計(jì)算

支架所受水平力均取豎向力的10%，即取鋼材之間的有潤(rùn)滑靜摩擦系數(shù)0.1，考慮1.5倍安全系數(shù)。

3.1.1 滑移拼裝支架計(jì)算

滑移拼裝支架肢柱、腹桿和柱上橫梁結(jié)構(gòu)分為雙肢、四肢、六肢三種形式，其截面形狀均為圓形，各構(gòu)件截面數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 構(gòu)件截面數(shù)據(jù)表 單位：mm

根據(jù)滑移流程對(duì)滑移支架進(jìn)行計(jì)算，各工況計(jì)算不利結(jié)果分別為：

在荷載工況9情況下，變形DX最大為2 mm：變形DZ最大（工況11）：-6 mm；柱子軸力FX最大（工況14）：-866 kN；軌道梁剪力最大（工況14）：1 106.3 kN；軌道梁彎矩最大（工況11）：1 082 kN·m。彎矩如圖2所示。

圖1 軌道梁彎矩

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2017），柱鋼管長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算λmax=10.939≤100，滿足規(guī)范要求；強(qiáng)度驗(yàn)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。同理，腹桿鋼管、柱鋼管、軌道梁驗(yàn)算符合規(guī)范要求。

軌道梁撓度驗(yàn)算，構(gòu)件在目標(biāo)組合下最大撓度L/1 585，撓度限值：[γ]=L/250，撓度驗(yàn)算滿足要求；z向剪切強(qiáng)度驗(yàn)算內(nèi)力：τ=38.558≤120 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.1.2 3#支架計(jì)算

選取荷載工況19，此時(shí)1#臨時(shí)支架最大受力2 557 kN，3#臨時(shí)支架最大受力2 471 kN。支架采用四管柱，2 m×2 m的4肢柱斜腹桿形式，計(jì)算高度14 m，4肢柱底部按鉸接驗(yàn)算。

各構(gòu)件截面數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 構(gòu)件截面數(shù)據(jù)表 單位：mm

此時(shí)支架沿Dx方向最大位移為3 mm，沿Dz方向最大位移為-3 mm。梁最大剪力為911 kN，柱最大軸力為-693 kN。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2017），柱P529 mm×12 mm計(jì)算其長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求；腹桿鋼管、柱頂橫梁、軌道梁驗(yàn)算符合規(guī)范要求，柱最大軸力如圖2所示。

圖2 柱最大軸力圖

柱頂橫梁撓度驗(yàn)算中，構(gòu)件在目標(biāo)組合下的最大撓度為L(zhǎng)/1 618.8，撓度限值[γ]=L/250，撓度驗(yàn)算滿足要求；z向剪切強(qiáng)度驗(yàn)算內(nèi)力τ滿足規(guī)范要求。同理，軌道梁的剪切強(qiáng)度、撓度驗(yàn)算符合規(guī)范要求。

3#支架基礎(chǔ)樁身經(jīng)計(jì)算，正截面受壓承載力，主筋及箍筋配置滿足要求；裂縫計(jì)算中，由于樁身受力形式為軸心受壓樁，無須進(jìn)行裂縫計(jì)算。

3.2 吊裝段支架計(jì)算

采用支架法原位吊裝箱梁時(shí)，因支架采用高強(qiáng)度鋼管柱管，且柱間采用系桿連接。支架基礎(chǔ)直接作用于堅(jiān)硬地面，地基承載力不小于200 kPa，確保了支架的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

吊裝段支架布置如圖3所示。

圖3 吊裝段支架布置

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本文以高寒地區(qū)全預(yù)制跨線橋梁為背景，結(jié)合支架法與頂推滑移架設(shè)法進(jìn)行施工，提出了頂推段、原位吊裝段支架的設(shè)計(jì)方案，保證了施工過程中鋼箱梁順利進(jìn)行節(jié)段拼接。經(jīng)實(shí)踐證明，本橋支架架設(shè)方案切實(shí)可行。

（2）通過MIDAS/Gen軟件建立全預(yù)制跨線橋梁支架模型，在最不利荷載工況下對(duì)滑移拼裝支架、吊裝支架、基礎(chǔ)樁身的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，支架結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可供相關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。

（3）支架架設(shè)方案以及有限元分析結(jié)果表明，滑移段臨時(shí)支架布置是施工過程中關(guān)注的重點(diǎn)，在工程實(shí)踐中應(yīng)予以重視。