李京躍，許家豪

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070）

0 引言

連續(xù)梁因其良好的適應(yīng)性和靈活性，在高速鐵路下穿公路、水域等構(gòu)筑物時(shí)得到廣泛的應(yīng)用[1]。連續(xù)梁整孔現(xiàn)澆技術(shù)也隨之迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的滿(mǎn)堂支架因其地基處理工作量大，適用性窄，許多學(xué)者和工程師對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)[2-4]。組合支架作為一種新的支架搭設(shè)形式，上可適應(yīng)各種橋跨結(jié)構(gòu)，下可適用各類(lèi)地質(zhì)條件，在滿(mǎn)足通行的條件下大大提高了施工進(jìn)度[5]。由于組合支架受力性能和變形區(qū)別于其他各類(lèi)支架，因此充分認(rèn)識(shí)其受力和變形規(guī)律具有重要意義。

通過(guò)某連續(xù)梁現(xiàn)澆工程中支架搭設(shè)方案比選，將支架施工的優(yōu)缺點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，確定組合支架法施工方案，采用有限元軟件進(jìn)行受力驗(yàn)算，保證強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

1 工程概況

鄭濟(jì)高速鐵路某標(biāo)段有座跨規(guī)劃省道連續(xù)梁橋，其結(jié)構(gòu)形式為60m+100m+60m無(wú)砟軌道預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土雙線(xiàn)連續(xù)梁橋，采用單箱單室變高度斜腹板結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬為12.6m，底寬6.7m，頂板厚0.385m；腹板厚0.6~1.0m，按折線(xiàn)變化。底板在箱梁梁體主墩墩頂根部厚1.2m變至跨中厚0.48m。箱梁兩側(cè)腹板與頂?shù)装逑嘟惶幫鈧?cè)均采用直線(xiàn)倒角連接過(guò)渡。連續(xù)梁梁高由主墩位置的7.835m漸變至跨中位置的4.835m，采用C40混凝土現(xiàn)澆施工。

2 施工方案設(shè)計(jì)

2.1 施工方案比選

現(xiàn)有的連續(xù)梁整孔現(xiàn)澆施工方案主要有以下三種：滿(mǎn)堂支架、梁式支架和組合支架。

各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。本橋梁下地基地質(zhì)較差，梁體高度較高，上部結(jié)構(gòu)荷載過(guò)大。滿(mǎn)堂支架法現(xiàn)澆方案極易導(dǎo)致單根立桿荷載大，加之地基承載力低，搭設(shè)滿(mǎn)堂支架前需大量的地基處理工作，施工周期長(zhǎng)，且滿(mǎn)堂支架方案因受天氣影響因素較大，不適用于本工程。

表1 支架施工方案

本工程橋梁梁體底部為弧線(xiàn)，直接使用梁式支架不便設(shè)置底膜系統(tǒng)。

現(xiàn)澆方案雖然耗費(fèi)成本較高，施工方考慮到現(xiàn)有的鋼管柱數(shù)量較多，可重復(fù)利用，因此確定本工程現(xiàn)澆連續(xù)梁方案為鋼管柱+貝雷梁+分配梁+碗扣支架。在進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗幚碇螅瑵仓l形基礎(chǔ)作為鋼管柱的基礎(chǔ)，搭設(shè)鋼管柱與貝雷梁支架體系，在分配梁上鋪設(shè)碗扣式滿(mǎn)堂支架。中跨支架搭設(shè)如圖1所示。

圖1 貝雷梁搭設(shè)圖

貝雷梁支架下共設(shè)置9排鋼管立柱，每排設(shè)置5根鋼管立柱。立柱基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。鋼管立柱跨距依次為9m，12m，12m，15m，12m，12m，12m，9m。鋼管立柱直徑為630mm，壁厚為10mm。鋼管柱之間設(shè)I10工字鋼作為平聯(lián)，設(shè)[10槽鋼作為斜撐形成整體，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。鋼管立柱頂橫梁采用HW458×417×30×50型鋼梁。加固貝雷片為“321”型標(biāo)準(zhǔn)貝雷片，縱向共3m×34片=102米，橫向以225mm，450mm，900mm三種間距布設(shè)。貝雷架上部布置I16型鋼作為分配梁。分配梁上碗扣支架立桿橫向腹板處間距為225mm，翼緣板處為900mm,頂?shù)装逄庨g距為450mm，縱向間距為0.5m。在邊墩處翼緣板由兩排貝雷梁懸臂端受力，頂?shù)装寮案拱逵啥罩芰Α?/p>

2.2 施工方法及工藝

基于現(xiàn)有的現(xiàn)澆組合式貝雷梁施工技術(shù)成果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，組合支架法現(xiàn)澆連續(xù)梁施工工藝流程為：施工前準(zhǔn)備→地基處理→基礎(chǔ)澆筑→鋼管立柱安裝→鋼管柱橫向連接系、卸荷塊安裝→主橫梁、貝雷梁、分配梁及碗扣式滿(mǎn)堂支架安裝→模板體系安裝→支架堆載預(yù)壓→混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)→支架拆除。

（1）支架體系安裝。安裝時(shí)嚴(yán)格控制管樁的垂直度，尤其是法蘭對(duì)接處，必須用小鋼板抄墊密實(shí)，連接系、附墻隨著每節(jié)管柱同步安裝。管柱安裝后要求單節(jié)管柱垂直度不大于H/500，且不大于10mm，全高垂直度偏差不大于20mm。鋼管立柱安裝后逐個(gè)復(fù)測(cè)頂面高程，根據(jù)實(shí)測(cè)高程確定砂箱抄墊高度。砂箱底面與管樁頂焊接固定，頂面必須調(diào)整水平，且同一排砂箱的頂面標(biāo)高必須嚴(yán)格一致。貝雷梁在地面拼裝成組后起吊安裝。底模系統(tǒng)安裝時(shí)需根據(jù)支架預(yù)壓報(bào)告設(shè)置預(yù)拱度。

（2）支架預(yù)壓布置。通過(guò)對(duì)支架的堆載預(yù)壓，測(cè)取支架系統(tǒng)的非彈性變形、彈性變形，為梁體模板系統(tǒng)設(shè)置預(yù)拱提供依據(jù)。并起到驗(yàn)證支架受力性能的作用，預(yù)壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)支架變形達(dá)到預(yù)警值應(yīng)立即停止，查明原因并處理后方可繼續(xù)施工。

3 連續(xù)梁支架結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 參數(shù)選取

根據(jù)既有資料，采用鋼結(jié)構(gòu)Q235和貝雷梁進(jìn)行建模分析。鋼結(jié)構(gòu)的形式采用提供的鋼結(jié)構(gòu)型號(hào)。

（1）Q235鋼：E=2.06×105MPa，σ=215MPa，σv=125MPa；

（2）撓度容許值：L/400mm。

（3）鋼筋混凝土重度：γ=26kN/m；

（4）模板荷載：1kN/m2；支架體系最大荷載：1.5kN/m2；

（5）施工人員、施工機(jī)具及其它荷載：1kN/m2；

（6）振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：2.0kN/m2；

（7）澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：2.0kN/m2；

（8）恒載系數(shù)取1.2，活載系數(shù)取1.4；

由于連續(xù)梁沿橋梁縱向?yàn)樽兘孛?，根?jù)設(shè)計(jì)圖中給出的截面尺寸及梁體重量，按條分法計(jì)算出0#塊到14#塊翼緣、腹板、頂?shù)装逄幍木己奢d。

3.2 有限元模型建立

為簡(jiǎn)化計(jì)算，將碗扣式支架處的荷載以線(xiàn)荷載的形式按截面分別加載到分配梁上，鋼管柱底部采用一般約束。用有限元軟件Midas建立鋼管柱與橫梁、貝雷梁、分配梁的三維數(shù)值模型進(jìn)行仿真分析，模型中桿件均采用梁?jiǎn)卧M。其中，鋼結(jié)構(gòu)立柱與基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)連接，采用剛接形式。立柱與橫梁、橫梁與貝雷梁、貝雷梁與分配梁采用鉸接形式。三維有限元模型計(jì)算模型見(jiàn)圖2，模型共計(jì)16348個(gè)節(jié)點(diǎn)，24242個(gè)單元。

圖2 三維模型圖

3.3 計(jì)算結(jié)果

經(jīng)有限元模型計(jì)算，最大組合應(yīng)力發(fā)生在腹板下貝雷梁0號(hào)塊，為226.3Mpa＜273Mpa滿(mǎn)足要求，桿件最大位移發(fā)生在分配梁跨中位置上，為21.2mm＜允許值31.5mm，滿(mǎn)足要求。桿件最大剪應(yīng)力發(fā)生在鋼管立柱上方的貝雷梁腹桿處，為99.4Mpa＜125Mpa滿(mǎn)足要求。其余桿件計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表3 各桿件計(jì)算結(jié)果表

由表2可知，支架體系各構(gòu)件應(yīng)力及變形均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.4 立柱穩(wěn)定性計(jì)算

如圖3所示，計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)組合下鋼管立柱最大豎向反力為2448.0kN。

圖3 立柱反力圖

鋼管墩采用Φ630mm、壁厚10mm螺旋管。

桿件一端固定、一端鉸接，長(zhǎng)度因數(shù)μ=0.7，桿件長(zhǎng)度按10.0m進(jìn)行計(jì)算。

豎桿計(jì)算長(zhǎng)度，l0=μl=0.7×10.0=7.0m

鋼管為焊接，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C，鋼管按b類(lèi)構(gòu)件考慮，查表得軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)=0.929

由《鋼規(guī)》（GB50017-2017）5.1.2條得：

3.5 立柱基礎(chǔ)檢算

如圖4所示，基礎(chǔ)尺寸為14.6m×3.65m×1.0m。通過(guò)邁達(dá)斯civil模型計(jì)算得出基本組合下鋼管柱的基底反力為2448kN/m。

圖4 基礎(chǔ)平面圖

如圖4所示，將圓形鋼管柱等效為正方形（按0.8d考慮），再使用理正結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)條形基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果總結(jié)如下：

（1）地基承載力：

（2）底板下部X向配筋：φ25@120（4091mm2/m，0.455%）≧Asx=3965mm2/m滿(mǎn)足要求。

（3）底板下部Y向配筋：φ18@180（1414mm2/m，0.157%）≧Asy=1350mm2/m滿(mǎn)足要求。

（4）按破壞錐體單側(cè)計(jì)算，底板抗沖切滿(mǎn)足。

（5）按破壞錐體整體計(jì)算，底板抗沖切滿(mǎn)足。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本支架立柱上方與腹板處的貝雷梁節(jié)點(diǎn)受力較大，需進(jìn)行局部加強(qiáng)，和立柱直接相接的貝雷梁腹桿采用兩根I8進(jìn)行加強(qiáng)，腹板處貝雷梁豎桿采用兩根I8進(jìn)行加強(qiáng)，下弦桿采用4I10a進(jìn)行加強(qiáng)。由于邊側(cè)腹桿剪力較大，采用加強(qiáng)腹桿的基礎(chǔ)上增設(shè)一根豎向支撐。

（2）通過(guò)Midas civil與理正深基坑軟件驗(yàn)算可知，組合支架受力滿(mǎn)足要求，條形基礎(chǔ)承載以及下臥層承載力均滿(mǎn)足要求，該方案在技術(shù)上可行。