周志浩

（騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司）

由于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性，跨線支架的設(shè)計(jì)和施工往往是工程中最重要且困難的環(huán)節(jié)之一[1]。寬幅現(xiàn)澆箱梁具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性和適應(yīng)大跨城市橋梁的橋幅寬度要求，在城市橋梁中較為常見。寬幅現(xiàn)澆箱梁門洞式支架跨徑大、支架高、單位面積支架承壓重等特點(diǎn)，且是施工中的重要臨時(shí)結(jié)構(gòu)，其受力性能直接影響到橋梁自身施工安全和門洞下通行車輛或行人的安全[2-3]。研究結(jié)合是工程案例，提出2種不同的門洞式支架方案，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)，建立力學(xué)受力模型，驗(yàn)算門洞式支架構(gòu)件的應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性，研究成果可為城市環(huán)境下跨線寬幅現(xiàn)澆橋梁門洞式支架的設(shè)計(jì)、施工、方案比選和安全評(píng)估提供參考和借鑒。

1 工程概況

杭州市通城大道快速路（機(jī)場(chǎng)高速-通彩互通)工程-（機(jī)場(chǎng)高速-昌園路）段為通城大道二期工程，項(xiàng)目位于通城快速自機(jī)場(chǎng)路立交向南，沿現(xiàn)狀通惠北路敷設(shè)，全線呈南北走向，自北向南相交道路有利華奧迪路、振寧路、文明路、建設(shè)四路、旺園路、昌園路，存在多處跨路施工，如圖1 所示。線路全長(zhǎng)約2.0422km，工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)樁號(hào)TCK0+335.4，設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)TCK2+377.577。

圖1 杭州市通城大道快速路（機(jī)場(chǎng)高速-通彩互通）工程

全線分地面道路和高架道路工程。高架橋采用雙向6 車道設(shè)計(jì)，部分段為雙向8 車道，設(shè)計(jì)車速80km/h，主線橋上部結(jié)構(gòu)采用寬幅布置的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.0m、32.5m，梁高為2.3m，最大梁高可達(dá)3.5m，標(biāo)準(zhǔn)段跨徑25.0m、32.5m，橋梁底板至原地面凈高約10～20m，翼緣板至原地面凈高約10～13m，橋梁跨路口處采用60m 大跨徑鋼箱梁，橋墩采用“H”型柱式墩，橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)、鋼筋混凝土承臺(tái)；地面道路紅線寬54～58m，雙向6 車道，設(shè)計(jì)車速50km/h。

2 門洞支架設(shè)計(jì)方案確定

考慮本工程現(xiàn)澆箱梁跨徑大、支架高、單位面積支架承壓重等特點(diǎn)，箱梁支架采用滿堂支架體系。根據(jù)交通組織設(shè)計(jì)方案，在通城快速路第現(xiàn)澆箱梁按第三聯(lián)、第六聯(lián)施工時(shí)，需要在路口位置設(shè)置車道門洞，確保車輛及行人通過，橋梁第三聯(lián)梁體布置為35+60+35m，最大橋面寬度32.5m，第六聯(lián)梁體布置為34+50+38m，最大橋面寬度40.622m。門洞支架按結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)成2種方案，并按照第三聯(lián)為計(jì)算案例，分別為方案A：鋼管柱門洞支架和方案B：貝雷桁立柱式門洞支架。門洞凈寬按非機(jī)動(dòng)3.5m+機(jī)動(dòng)車7.5m+機(jī)動(dòng)車7.5m+非機(jī)動(dòng)3.5m 設(shè)置，保證雙向4個(gè)車道車輛通過，門洞凈高5.5m。

2.1 方案A

如圖2 所示，鋼管柱門洞支架頂部采用滿堂支架進(jìn)行施工，立柱鋼管下部采用條形基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)共計(jì)3條，使用C25混凝土澆筑，條形基礎(chǔ)尺寸為35m×1.0m×0.9m（長(zhǎng)×寬×高），基礎(chǔ)內(nèi)部布設(shè)上下兩層φ16mm 鋼筋，兩層鋼筋之間使用架立筋支撐固定。

圖2 鋼管柱門洞支架（單位：cm）

條形基礎(chǔ)上布設(shè)φ630×10mm 立柱鋼管，鋼管橫橋向間距為2.0m，立柱鋼管頂部橫橋向設(shè)置雙肢Ⅰ32b 工字鋼作為主承重梁，雙肢Ⅰ32b 工字鋼上橫橋向按腹板處30cm/道，箱室及翼緣板50cm/道鋪設(shè)9.0m 長(zhǎng)的I63a工字鋼作為次承重梁，次承重梁上滿鋪竹膠板，在竹膠板上按照順橋向盤扣支架立桿間距布設(shè)10 號(hào)工字鋼，使支架立桿底座直接作用在工字鋼上，形成整體受力結(jié)構(gòu)，上部以滿堂盤扣支架形式布置[5-6]。

2.2 方案B

如圖3 所示，貝雷桁門洞支架頂部采用滿堂支架進(jìn)行施工，貝雷桁直接錨固在混凝土基礎(chǔ)上。條形基礎(chǔ)共計(jì)3 條，使用C25 混凝土澆筑，條形基礎(chǔ)尺寸為35m×1.2m×1.0m（長(zhǎng)×寬×高），基礎(chǔ)內(nèi)部布設(shè)上下兩層φ 16mm鋼筋，兩層鋼筋之間使用架立筋支撐固定。

圖3 貝雷桁門洞支架（單位：cm）

條形基礎(chǔ)上布設(shè)雙拼（45mm×2）貝雷桁架，雙拼貝雷桁架頂部橫橋向布置貝雷桁架為主承重梁，如圖4 所示，順橋向布置45cm/道，貝雷桁架上滿鋪竹膠板，在竹膠板上按照順橋向支架立桿間距布設(shè)[10 工字鋼，使立桿底座直接作用在槽鋼上，形成整體受力結(jié)構(gòu)，上部以滿堂盤扣支架形式布置。

3 門洞式支架受力性能分析

3.1 方案A門洞式支架受力分析

為了保證方案A 門洞式各構(gòu)件的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求，對(duì)10 號(hào)工字鋼分配梁、貝雷桁架主梁、墩柱鋼管等進(jìn)行重點(diǎn)驗(yàn)算。

3.1.1 10號(hào)工字鋼分配梁

10 號(hào)工字鋼分配梁的強(qiáng)度和變形驗(yàn)算時(shí)，荷載考慮模板自重、混凝土自重、施工人員及堆放荷載、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載。

模板自重為q1=2kN/m2×0.45m=0.9kN/m；按最不利工況考慮，混凝土自重取門洞處梁最高2.42m 處進(jìn)行計(jì)算，混 凝 土 自 重 為q2=26KN/m3×2.42m×0.45m=28.31kN/m；施工人員及堆放荷載標(biāo)準(zhǔn)值為q3=2.5kN/m2×0.45m=1.13kN/m；振搗混凝土產(chǎn)生荷載：q4=2.0kN/m2×0.45m=0.9kN/m，由此得到總荷載如公式（1）所示。

q=1.2×（0.9+28.31）+1.4×（1.13+0.9）

=37.89kN/m ⑴

由于該分配梁的最不利布置為腹板處混凝土澆注高度按2.42m 計(jì)算，為便于計(jì)算取不利情況，按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析即可。1m 寬的支腳最大受力為37.89×1=37.89kN，則單個(gè)支腳受力為P=37.89/2=18.95kN。由于貝雷桁架梁間距為45cm，分配梁[10 工字鋼支點(diǎn)最大受力處距離按22.5cm 計(jì)算，集中荷載為F=18.95+0.11261×0.45=19kN。

強(qiáng)度驗(yàn)算如公式（2）、公式（3）所示，經(jīng)計(jì)算滿足要求。

剪應(yīng)力驗(yàn)算如公式（4）所示，經(jīng)計(jì)算滿足要求。

撓度驗(yàn)算如公式（5）所示，經(jīng)計(jì)算滿足要求。

3.1.2貝雷桁架主梁驗(yàn)算

按最不利工況計(jì)算，貝雷桁架主梁最不利布置為腹板處混凝土澆筑高度2.42m 處。為便于計(jì)算取不利情況，按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行分析即可[7-9]。單個(gè)支腳受力為P=37.89/2=18.95kN，即q=18.95KN/m；10 號(hào)工字鋼分配梁自重按q=0.11261kN/m。實(shí)腹板位置處共有5 組雙拼貝雷桁架梁，共計(jì)10 排貝雷梁，受力最大支腳處至少有6排單層貝雷桁架梁承擔(dān)，則貝雷桁架梁自重按q=1kN/m×6=6kN/m，則貝雷桁架主梁的線荷載為q5=（18.95+0.11261+6）=25.06kN/m。采取偏安全的驗(yàn)算方式，簡(jiǎn)化成跨徑10m的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行驗(yàn)算，如圖5所示。

圖5 貝雷桁架主梁受力計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖6 方案B門洞式支架現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

強(qiáng)度驗(yàn)算如公式（6）所示，經(jīng)計(jì)算滿足要求[10]。

剪應(yīng)力驗(yàn)算如公式（7）所示，經(jīng)計(jì)算滿足要求。

剛度驗(yàn)算如公式（8）所示，經(jīng)計(jì)算滿足要求。

3.1.3墩柱（Φ630mm，厚度10mm鋼管）驗(yàn)算

門洞基礎(chǔ)為C25條形基礎(chǔ)，在混凝土基礎(chǔ)上設(shè)置Φ 630mm 鋼管，厚度10mm，間距259cm，單側(cè)共13 根鋼管，鋼管上設(shè)置63 號(hào)工字鋼（雙拼）傳遞上部荷載。Φ 630×10截面特性參數(shù)為截面積A=194.68cm2，截面慣性矩I=93639.59cm4；截面抵抗矩W=2972.69cm3；截面回轉(zhuǎn)半徑i=21.92cm。 單根鋼管受力最大壓應(yīng)力為291.7kN+鋼管自重5.28kN=297kN，由此可以得到其強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如公式（9）所示，滿足要求。

受壓桿件的計(jì)算長(zhǎng)度為L(zhǎng)=u×L0，u為約束邊界系數(shù)，按保守考慮，將鋼管上部視為自由端，故u取2；L0為桿件長(zhǎng)度，取3.42m。由此可以得到鋼管柔度計(jì)算結(jié)果如公式（10）所示，滿足要求。

鋼管的整體穩(wěn)定系數(shù)ψ 值根據(jù)受壓構(gòu)件的截面分類和構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比，查軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表得出ψ=0.965，由此得到鋼管偏心受壓時(shí)的應(yīng)力如公式（11）所示，滿足要求。

3.2 方案B門洞式支架受力分析

為了保證方案B 門洞式各構(gòu)件的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求，對(duì)10 號(hào)工字鋼分配梁、貝雷桁架立柱、墩柱鋼管等進(jìn)行重點(diǎn)驗(yàn)算。其中，10 號(hào)工字鋼分配梁、貝雷桁架主梁的驗(yàn)算結(jié)果與方案A一致。

貝雷桁架立柱直接錨固在混凝土基礎(chǔ)上，主要承受剪力，只要對(duì)驗(yàn)算其剪力滿足要求即可[11-12]。查詢《裝配式公路鋼橋》可知，雙排貝雷桁架可承受剪力為490.5kN。上部傳遞在貝雷桁架最大荷載為q6=（74.82×8+13.1298×8）/2=351.8kN/m。單根工字鋼承受盤扣傳遞的荷載，每個(gè)支點(diǎn)最大承重351.8kN，即每側(cè)貝雷桁架承受最大剪力為351.8kN<490.5kN，滿足要求。

綜合分析可知，方案A 和方案B 的分配梁和貝雷桁架主梁的驗(yàn)算結(jié)果一致，而采用方案A 需要對(duì)圓心鋼管的驗(yàn)算指標(biāo)較多，需要滿足截面正應(yīng)力、柔度和壓彎構(gòu)件正應(yīng)力的要求；方案B 只需對(duì)貝雷桁架立柱做抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算即可，且貝雷桁架具有裝配化的優(yōu)點(diǎn)，可以快速安裝，穩(wěn)定性強(qiáng)，在實(shí)際工程中可以優(yōu)先選用方案B：貝雷桁立柱式門洞支架。

4 結(jié)論

以杭州市通城大道快速路（機(jī)場(chǎng)高速—通彩互通)工程寬幅現(xiàn)澆箱梁施工為例，提出了2 種不同的門洞式支架方案，建立力學(xué)簡(jiǎn)化模型對(duì)其整體受力、變形和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

⑴方案A和方案B的分配梁和貝雷桁架主梁的驗(yàn)算結(jié)果一致，計(jì)算結(jié)果均滿足材料的限制要求，分配梁的最大彎矩強(qiáng)度Mmax= 40275000N·mm，最大截面正應(yīng)力σ=87.25MPa，最大剪應(yīng)力τ=13.25 MPa，最大撓度fmax=0.07mm；貝雷桁架主梁的最大彎矩強(qiáng)度Mmax=313kN·m，最大剪應(yīng)力τ=125.3 kN，最大撓度fmax=0.001m。

⑵采用方案A 需要對(duì)圓心鋼管的驗(yàn)算指標(biāo)較多，需要滿足截面正應(yīng)力、柔度和壓彎構(gòu)件正應(yīng)力的要求；方案B 只需對(duì)貝雷桁架立柱做抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算即可，且貝雷桁架具有裝配化的優(yōu)點(diǎn)，可以快速安裝，穩(wěn)定性強(qiáng)，在實(shí)際工程中可以優(yōu)先選用方案B：貝雷桁立柱式門洞支架。

⑶通過計(jì)算和實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，采用方案B 對(duì)于超寬幅現(xiàn)澆箱梁門洞的支架能快速安裝，現(xiàn)場(chǎng)可以在外側(cè)拼裝，不占用車道，一次吊裝安裝到位的優(yōu)點(diǎn)，以及超強(qiáng)的穩(wěn)定性和不涉及焊接等特殊工藝的復(fù)雜要求，能滿足現(xiàn)場(chǎng)快速安裝，安全施工的目標(biāo)。