摘要：文章以廣西南寧市良慶區(qū)金鋼水泥廠1號路與經(jīng)開區(qū)盤嶺路之間跨江橋梁工程上跨擋土墻型鋼支架項(xiàng)目為依托，利用Midas Civil有限元分析軟件進(jìn)行鋼管型鋼支架架體受力分析，同時采用Midas GTS NX軟件分析支架架體結(jié)構(gòu)對擋土墻結(jié)構(gòu)的影響，并結(jié)合結(jié)構(gòu)計算與擋土墻水平位移分析結(jié)果，確定了最優(yōu)方案。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；鋼管型鋼支架；有限元分析；支架方案比選

0引言

隨著我國市政工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量的指數(shù)級增長，越來越多的橋梁項(xiàng)目如雨后春筍般遍地開花，其中，現(xiàn)澆橋梁在市政工程中較其他橋型的應(yīng)用更為普遍。

隨著城市建設(shè)的不斷深入，新建市政現(xiàn)澆橋梁需要上跨道路、河流以及既有構(gòu)造物，采用常規(guī)滿堂支架無法滿足跨越要求，因此需要鋼管型鋼支架作為輔助，再在鋼管型鋼支架上方搭設(shè)滿堂支架。

張宇等［1］在青島海灣大橋青島端接線工程第12合同段跨河箱梁工程中采用了貝雷梁+鋼管支架跨越河道，上方搭設(shè)碗扣支架，隨后再進(jìn)行沙袋預(yù)壓，最終成品達(dá)到了理想的要求。

張航等［2］以宜昌市某橋梁為例，提出兩種不同的門式型鋼支架方案，并結(jié)合Midas Civil軟件進(jìn)行了方案比選，得到了各個部件的應(yīng)力及豎向位移變化的情況，為類似工程設(shè)計提供了有利參考。

洪漢江［3］依托深圳市東部沿海高速公路蓮塘至鹽田段現(xiàn)澆橋梁工程，主要針對鋼管型鋼支架H型鋼分配梁接頭進(jìn)行受力分析研究，為H型鋼接駁提供了可行的方案。

沈委慈［4］針對跨國道小凈空橋梁門洞支架的施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)出了一套完整的型鋼支架施工工藝，并在項(xiàng)目的實(shí)施過程中有效地解決了橋梁下凈空不足的問題，順利地完成了跨路箱梁現(xiàn)澆施工。

大部分研究已經(jīng)總結(jié)出一套完整的型鋼支架施工工藝以及受力分析計算。然而，現(xiàn)有研究大部分基于上跨河道以及既有道路支架，缺乏對上跨擋土墻型鋼支架的分析。此外，既有研究的有限元計算分析大部分基于對鋼管型鋼支架架體結(jié)構(gòu)的分析，忽略了型鋼支架對基礎(chǔ)的影響。

因此，本文以廣西南寧市良慶區(qū)金鋼水泥廠1號路與經(jīng)開區(qū)盤嶺路之間跨江橋梁工程上跨擋土墻型鋼支架項(xiàng)目作為依托，在利用Midas Civil軟件進(jìn)行鋼管型鋼支架架體受力分析的同時，采用Midas GTS NX軟件分析支架架體結(jié)構(gòu)對擋土墻結(jié)構(gòu)的影響，并基于有限元分析結(jié)果完成上跨擋土墻鋼管型鋼支架的方案比選。

1 工程概況

廣西南寧良慶區(qū)金鋼水泥廠1號路與經(jīng)開區(qū)盤嶺路之間跨江橋梁工程設(shè)計起點(diǎn)樁號為K0+0.000，終點(diǎn)樁號為K0+662.161，道路等級為城市次干路，設(shè)計車速為30 km/h?？缃瓨蛄阂蛔?，跨越良鳳江，全長270.2 m，斷面寬15～20.9 m，橋梁面積為5 147.1 m2，采用3×37 m+（35+55+35）m+1×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)。

位于本項(xiàng)目4#墩處上跨高度14 m的擋土墻建于1996年，根據(jù)現(xiàn)場回彈儀的回彈數(shù)據(jù)顯示，該擋土墻混凝土強(qiáng)度大致為C35，擋墻上方為2010年建造的供水管道。

該擋土墻作為防洪堤，與現(xiàn)有供水管道斜交，供水管道與現(xiàn)有行車道斜交，考慮該施工區(qū)域地形復(fù)雜，無法搭設(shè)滿堂支架，同時由于給水管線與梁底間凈高過低無法設(shè)置貝雷梁支架，最終決定采用鋼管型鋼支架。橋梁布置圖如圖1和下頁圖2所示。

2 比選方案

2.1 方案一

方案一設(shè)計兩排鋼管型鋼支架平行于給水管道兩側(cè)，一排平行于道路走向，上方縱向鋪設(shè)型鋼作為施工平臺，間距為60 cm，最上方鋪設(shè)I22a分配梁，如圖3、圖4所示。

2.2 方案二

將鋼管型鋼支架全部布置在給水管道內(nèi)側(cè)，可利用既有給水管道樁基的支護(hù)作用，在保障安全距離的同時減少對擋墻的土壓力。因此，取消擋土墻外側(cè)鋼管支架，保留內(nèi)側(cè)支架，縱梁改為H700×300×24H型鋼。方案二支架布置如圖5、圖6所示。

2.3 方案對比

方案一與方案二均為型鋼支架，但是方案一為三跨連續(xù)梁，而方案二為兩跨連續(xù)梁。

方案一結(jié)構(gòu)形式為三跨連續(xù)梁，單排支架主橫梁受力較為均衡，主橫梁支架承受較小的彎矩，受力條件較方案二更為理想，同時支架可獲得更好的穩(wěn)定性。但是由于方案一采用三跨連續(xù)梁的布置形式，需在擋土墻邊設(shè)置一道主橫梁，其距離擋土墻過近，會增大對擋土墻的土壓力。

由于方案二減少了一排支架，導(dǎo)致單跨跨徑進(jìn)一步增大，縱橋向分配梁由于彎矩增大需要采用更大的型鋼作為分配梁，因此采用了H700型鋼作為縱向分配梁。同時，方案二作為兩跨連續(xù)梁，中間主橫梁會出現(xiàn)更大的應(yīng)力集中，故主橫梁采用2×I45a三拼工字鋼。作為兩跨連續(xù)梁，在跨徑增大之后，也會犧牲一定的穩(wěn)定性。但是，方案二距離擋土墻較遠(yuǎn)，雖然兩跨連續(xù)梁會造成一定的應(yīng)力集中，但是對擋土墻的土壓力相對較小。

綜上所述，方案一與方案二各有優(yōu)點(diǎn)，因此通過計算進(jìn)行進(jìn)一步分析對比，最終才可確認(rèn)最優(yōu)方案。

3 采用Midas Civil軟件進(jìn)行兩個方案的架體受力分析與材料統(tǒng)計

3.1 模型的建立

分別對方案一和方案二支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行Midas Civil軟件建模分析，材料均為Q235鋼材，取值采用容許應(yīng)力法進(jìn)行計算，即容許最大正應(yīng)力為145 MPa，最大剪應(yīng)力為85 MPa。方案一與方案二Midas Civil模型分別如圖7、圖8所示。

3.2 荷載組合

荷載組合采用滿堂支架計算反力加載至橫向分配梁，項(xiàng)目跨線橋第二聯(lián)為變截面梁，荷載值如表1所示。加載情況如圖9所示。

3.3 受力分析結(jié)果對比

加載后分別運(yùn)行方案一與方案二模型進(jìn)行對比計算，結(jié)果如表2所示，用鋼量根據(jù)模型材料表導(dǎo)出，受力分析結(jié)果如表2所示。

由表2可知，兩個方案受力均滿足要求，采用三排支架的方案一受力條件較好，方案二由于跨徑增大，導(dǎo)致支架主橫梁剪應(yīng)力增加，同時為了滿足跨徑布置要求，相應(yīng)增大了縱梁，導(dǎo)致用鋼量增大，支架受力工況沒有方案一理想。但是，考慮到支架施工過程中對擋土墻的影響，還需采用Midas GTS NX軟件進(jìn)行分析，通過擋土墻水平位移分析進(jìn)一步判定兩個方案對擋土墻結(jié)構(gòu)的影響。

4 采用Midas GTS NX軟件分析兩個方案對擋墻結(jié)構(gòu)的影響

4.1 輸入?yún)?shù)

根據(jù)地勘報告與巖土體材料的特性，輸入模型中的材料參數(shù)如表3與表4所示。

4.2 荷載組合

荷載組合以Midas Civil軟件模型中的反力為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)形式為0.8 m×24 m條形基礎(chǔ)。以壓力荷載的形式加載至Midas GTS NX軟件的實(shí)體單元中，建立的模型如下頁圖10～14所示。

4.3 水平位移分析

運(yùn)行模型分析后，方案一與方案二擋土墻水平位移情況分別如圖15、圖16所示，方案一與方案二擋土墻水平位移對比分析結(jié)果如表5所示。

由表5可知，方案一由于在擋土墻邊布置支架，導(dǎo)致?lián)跬翂敳克轿灰圃黾樱桨敢粔斔轿灰茷榉桨付?.5倍，差異＞50%。方案二雖然支架反力較大，但由于已建給水管道在一定程度上起到支護(hù)樁的作用，因此墻頂水平位移得到了有效控制。

由于方案一增加了一排支架，給水管道后的反力較小，方案二支架全部布置在已建管道后，支架反力較大，因此造成方案二的擋土墻底部土壓力增大，相應(yīng)地造成方案二擋土墻底部水平位移大于方案一，兩個方案擋土墻底部水平位移的比值為0.929，差值為7.1%，相比于上述擋土墻頂部水平位移的差異，可判斷兩個方案對擋土墻底部水平位移的影響差異較小。

5 最終施工方案的確定

綜合以上對比結(jié)果，兩個方案支架組合應(yīng)力受力指標(biāo)較為接近，方案二由于跨徑增大造成剪應(yīng)力與支反力的增加，并由于少一排支架造成穩(wěn)定性下降，且由于跨徑增大，需要進(jìn)一步加大縱梁尺寸以滿足受力要求，造成用鋼量增大。從支架架體本身的穩(wěn)定性來看，方案一更為理想。

但是，由于該處支架位于擋土墻上方，還需要考慮支架施工對擋土墻的影響，方案一的其中一排支架布置距擋土墻較近，導(dǎo)致?lián)跬翂敳克轿灰戚^方案二增大明顯，而兩個方案擋土墻底部水平位移差異不大。由于該擋土墻為1996年建成的舊擋土墻，設(shè)計資料缺失，無法確認(rèn)結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)疲勞破壞，考慮到支架對擋土墻的影響，經(jīng)討論后確定采用方案二。

6 結(jié)語

本文以廣西南寧市良慶區(qū)金鋼水泥廠1號路與經(jīng)開區(qū)盤嶺路之間跨江橋梁工程的跨江橋梁鋼管型鋼支架方案設(shè)計作為依托，針對上跨河堤擋土墻無法布置貝雷梁的支架施工區(qū)域設(shè)計了兩套方案，并通過Midas Civil軟件與GTS NX軟件進(jìn)行了分析比選。通過有限元計算了支架架體結(jié)構(gòu)的受力情況與支架施工對河堤擋土墻的影響，確定受力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且同時對河堤擋土墻影響較小的最優(yōu)方案。

因此，在未來的工程實(shí)踐中，除了重視鋼管型鋼支架本身的受力特性外，還需進(jìn)一步分析結(jié)構(gòu)對周邊環(huán)境的影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］張 宇，郝本峰，趙 冬，等.城市高架橋現(xiàn)澆箱梁支撐體系設(shè)計及施工［J］.橋梁建設(shè)，2012，42（S1）：148-152.

［2］張 航，龔子榮，雷 倩.某現(xiàn)澆橋梁門式型鋼支架方案對比研究［J］.山西建筑，2017，43（26）：147-148.

［3］洪漢江.橋梁現(xiàn)澆箱梁支架中H型鋼的駁接和應(yīng)用［J］.中國水運(yùn)（下半月），2012，12（5）：187-189.

［4］沈委慈.跨國道小凈空橋梁門洞支架施工關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（25）：109-111.

作者簡介：農(nóng)校東（1975—），工程師，主要從事工程項(xiàng)目現(xiàn)場管理工作。