宋海洋 華建兵

（1.安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，淮南2320012.合肥學(xué)院 城市建設(shè)與交通學(xué)院，合肥 230601）

0 引言

橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在保障出行安全和交通流暢方面起著重要作用，其建設(shè)質(zhì)量關(guān)系著人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的穩(wěn)定。連續(xù)梁橋是比較常見(jiàn)的一種橋梁形式，懸臂澆筑法是施工連續(xù)梁橋最常用的方法，而0號(hào)塊的施工是其中的重難點(diǎn)。采用鋼管支架法進(jìn)行0號(hào)塊的施工，鋼管支架的合理設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)安全的重要保障。

1 工程概況

深州特大橋跨韓村引渠72+128+72m連續(xù)梁主跨上跨韓村引渠，采用懸臂澆筑法施工，梁全長(zhǎng)為273.7m，計(jì)算跨度為72+128+72m，中支點(diǎn)截面中心處梁高9.615m，跨中18m長(zhǎng)，0號(hào)段及邊跨7.85m，直線段截面中心處梁高5.615m，梁底下緣按二次拋物線變化。邊支座中心線至梁端0.85m，梁縫分界線至梁端0.15m。邊支座橫橋向中心距5.46m，中支座橫橋向中心距5.90m。橋面寬度：防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m,橋梁寬12.6m。

梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，底板、腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚，均按直線線性變化。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)處設(shè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過(guò)。

2 0號(hào)塊支架的設(shè)計(jì)

2.1 0號(hào)塊支架型式選擇

懸臂澆筑法施工中，0號(hào)塊為掛籃提供了施工平臺(tái)，然后以橋墩為中心向兩岸對(duì)稱、逐節(jié)澆筑其他梁塊。然而，0 號(hào)塊的施工相對(duì)較為復(fù)雜，需要采用臨時(shí)支架搭設(shè)平臺(tái)進(jìn)行混凝土澆筑。目前，我國(guó)常用的懸臂澆筑施工0號(hào)塊臨時(shí)支架有3種類(lèi)型。

2.1.1 滿堂支架

滿堂支架法是橋梁施工常用的施工方式，施工過(guò)程中易于控制沉降，并且體系轉(zhuǎn)換次數(shù)少，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，且成本低廉，不需要大型的吊裝設(shè)備，便于施工。雖然這種方式施工簡(jiǎn)單，但是需要大量的支架，需要很大的場(chǎng)地，并且施工周期較長(zhǎng)，交通受限。

2.1.2 鋼管立柱

鋼管立柱具有穩(wěn)定性好、抗扭能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但是鋼管立柱支撐不適用于高墩，并且對(duì)承臺(tái)的強(qiáng)度和尺寸要求比較高，應(yīng)用范圍有限。

2.1.3 托架

托架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、體積小、傳力路徑明確等優(yōu)點(diǎn)，適用于跨越山川、峽谷、河流等高墩連續(xù)梁的施工，是一種新型的、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，但是這種方式操作空間小，相對(duì)與上述兩種方式缺乏一定的安全性。

根據(jù)這3種方式的優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)，結(jié)合本工程實(shí)際，最終采用鋼管立柱支架法施工。

2.2 鋼管立柱支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

鋼管立柱支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017-2017)；《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》（GB 55006-2021）；《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》（GB 55008-2021）；《鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程》(TB 10303-2020)；《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)規(guī)程》(Q∕CR 9603-2015)；《竹膠合板模板》(JG/T 156-2004)；《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》。

2.2.2 鋼管立柱支架結(jié)構(gòu)的組裝

0號(hào)塊支架自上而下依次為橫向分配梁、縱梁、楔塊、墩頂橫梁、沙箱、鋼管樁、扶臂、聯(lián)結(jié)系、預(yù)埋件等。

鋼管樁支架塔設(shè)：支架為梁柱式支架，支架利用臨時(shí)固結(jié)墩820mm×10mm鋼管柱作為支撐，縱橋向橋墩兩側(cè)各設(shè)1排，橫向布置4根。

扶臂安裝：扶臂采用2[20b對(duì)扣焊接，一端與鋼管樁連接，另一端通過(guò)墩身預(yù)埋件與墩身連接。

連接系安裝：連接系弦桿采用[20b焊接。墩頂橫梁采用三拼45b工字鋼焊接。

縱橫梁擺放：采用在鋼管柱頂三拼45b工字鋼上安裝楔塊調(diào)整梁底縱坡，楔塊底面設(shè)限位板，楔塊頂擺放45b工字鋼縱梁，間距為450mm、250mm，縱梁與楔塊之間焊接固定，焊縫長(zhǎng)度不小于100mm。45b工字鋼縱梁上安裝橫向分配梁，分配梁采用I18工字鋼制作，間距為400mm，長(zhǎng)度為7000mm，沿縱橋向布置，沿縱橋向由中心向兩邊依次布置。I18橫梁上設(shè)置100mm×100mm縱向方木，腹板范圍內(nèi)方木間距為150mm，頂?shù)装宸秶鷥?nèi)間距為250mm；方木上部設(shè)置20mm厚竹膠板為模板面板。鋼構(gòu)件均為Q235B鋼材[1]。

0號(hào)塊支架立面與剖面如圖1、圖2所示，0號(hào)塊支架平面布置如圖3所示。

圖1 0號(hào)塊支架立面圖

圖2 0號(hào)塊支架2-1剖面圖

圖3 0號(hào)塊支架平面布置圖

3 0號(hào)塊鋼管支架受力分析

3.1 計(jì)算參數(shù)

（1）自重：箱梁混凝土Gc＝26kN/m3；鋼材Gs＝78.5kN/m3；方木和竹膠板分別為5kN/m3和8.5kN/m3。

（2）彈性模量：鋼材Es＝2.06×105MPa；方木和竹膠板分別為9×103MPa和7.5×103MPa。

（3）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：Q235鋼f=215MPa，fv=125MPa。方木為針葉材A-5 類(lèi)杉木，其順紋受壓及承壓強(qiáng)度f(wàn)c=12MPa；順紋彎曲強(qiáng)度f(wàn)m=13MPa；順紋抗剪強(qiáng)度f(wàn)v=1.9MPa；橫紋承壓應(yīng)力（全面積、局部表面、墊板下）fc，90=1.9，2.9,3.8MPa。竹膠板抗彎強(qiáng)度f(wàn)=20MPa。

（4）恒荷載混凝土自重根據(jù)容重26kN/m3進(jìn)行計(jì)算；側(cè)模板自重按1.5kN/m2進(jìn)行計(jì)算。

（5）施工活荷載：①施工人員、材料和機(jī)具荷載按均布荷載2.5kN/m2；②振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載為2.0kN/m2；③澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載取均布荷載2.0kN/m2。

3.2 荷載組合

（1）承載能力極限狀態(tài)考慮荷載效應(yīng)的基本組合：

荷載基本組合=1.3×恒載標(biāo)準(zhǔn)值+1.5×活載標(biāo)準(zhǔn)值

（2）正常使用極限狀態(tài)考慮荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合：

荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合=恒載標(biāo)準(zhǔn)值+活載標(biāo)準(zhǔn)值【2】

3.3 受力計(jì)算

3.3.1 竹膠板受力計(jì)算

支架的底模采用竹膠板，厚度為20mm。竹膠板下方木順橋向布置，腹板區(qū)間距為150mm，頂?shù)装鍏^(qū)間距為250mm。竹膠板按單位板寬進(jìn)行計(jì)算[4]。

3.3.11 荷載計(jì)算

（1）恒載的計(jì)算。

箱梁自重分區(qū)示意如圖4所示。

圖4 箱梁分區(qū)示意

A區(qū)恒載：qA=1.25×26/2.8+1.5+0.02×8.5=13.28kN/m2；

B區(qū)恒載：qB=13.50×26/1.7+1.5+0.02×8.5=208.14kN/m2；

C區(qū)恒載：qC=6.77×26/3.6+1.5+0.02×8.5=50.56kN/m2。

（2）活載的計(jì)算。

新澆混凝土產(chǎn)生的活載合計(jì)：q2=2.5+2.0+2.0=6.5kN/m2；

B區(qū)基本組合：q=1.3×208.14+1.5×6.5=280.33kN/m2；

B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組合：q=208.14+6.5=214.64kN/m2；

C區(qū)基本組合：q=1.3×50.56+1.5×6.5=75.48kN/m2；

C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組合：q=43.86+6.5=57.06kN/m2。

3.3.12 強(qiáng)度計(jì)算

現(xiàn)場(chǎng)竹膠板長(zhǎng)度一般大于2.0m，按0.2～0.5m設(shè)置支承方木，則為多跨（多在4～6跨之間）連續(xù)梁，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》，梁的最大彎矩為：M=βql2，5跨梁的支座彎矩最大值系數(shù)β=0.105。

B區(qū)彎曲應(yīng)力：

C區(qū)彎曲應(yīng)力：

3.3.13 剛度計(jì)算

施工技術(shù)規(guī)范要求面板的剛度應(yīng)小于L/400，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》，梁跨中最大撓度為：f=，式中α=0.315。

故B區(qū)最大撓度為：

C區(qū)最大撓度為：

綜上所述，竹膠板受力滿足要求。

3.3.2 方木計(jì)算

方木僅在腹板及頂?shù)装宸秶鷥?nèi)布置，支撐于I18橫梁之上，I18 布置間距為400mm。故方木的計(jì)算跨徑取400mm。

3.3.21 荷載計(jì)算

（1）恒載的計(jì)算。

方木自重：0.1×0.1×5=0.05kN/m；

B區(qū)方木受恒載：qB=208.14×0.15+0.05=31.27kN/m；

C區(qū)方木受恒載：qC=50.56×0.25+0.05=12.69kN/m。

（2）活載的計(jì)算。

B區(qū)方木受活載合計(jì)：qB=(2.5+2+2)×0.15=0.98kN/m；

C區(qū)方木受活載合計(jì)：qC=(2.5+2+2)×0.25=1.63kN/m；

B區(qū)基本組合：q=1.3×31.27+1.5×0.98=42.11kN/m；

B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組合：q=31.27+0.98=18.93kN/m；

C區(qū)基本組合：q=1.3×12.69+1.5×1.63=18.93kN/m；

C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)組合：q=12.69+1.63=14.32kN/m。

3.3.22 強(qiáng)度計(jì)算

方木按多跨（按5跨計(jì)算）連續(xù)梁計(jì)算，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》，梁的最大彎矩為：M=βql2，5跨梁的支座彎矩最大值系數(shù)β=0.10。

故B區(qū)的彎曲應(yīng)力：

C區(qū)的彎曲應(yīng)力：

3.3.23 剛度計(jì)算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》，梁跨中最大撓度為：

綜上所述，方木受力滿足要求。

4 支架結(jié)構(gòu)受力數(shù)值模擬

4.1 計(jì)算模型

采用有限元程序Midas civil對(duì)0號(hào)塊支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步受力分析，支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用梁?jiǎn)卧?，自重參?shù)按程序默認(rèn)值考慮，其他荷載以單元荷載的形式施加[3]。支架計(jì)算模型如圖5所示。

圖5 0號(hào)塊支架計(jì)算模型

4.2 分配橫梁受力分析

分配橫梁采用I18型鋼，支撐于縱梁之上，分配橫梁正應(yīng)力云圖及剪應(yīng)力云圖如圖6、圖7所示，分配橫梁結(jié)構(gòu)變形如圖8所示。

圖6 分配橫梁正應(yīng)力云圖

圖7 分配橫梁剪應(yīng)力云圖

圖8 分配橫梁變形圖

由圖6、圖7可知：最大正應(yīng)力σmax=127.7MPa

4.3 縱梁受力分析

縱梁為I45b 型鋼，支撐于橫梁之上，跨徑最大為4.3m，懸臂最大3.07m，縱梁正應(yīng)力云圖及剪應(yīng)力云圖如圖9、圖10所示，結(jié)構(gòu)變形如圖11所示。

圖9 縱梁正應(yīng)力圖

圖10 縱梁剪應(yīng)力圖

圖11 縱梁結(jié)構(gòu)變形

由圖9、圖10 可知，縱梁結(jié)構(gòu)最大正應(yīng)力σmax=170.0MPa

4.4 柱頂縱梁受力分析

柱頂縱梁采用3I45b，最大跨徑為2.94m，柱頂縱梁正應(yīng)力云圖及剪應(yīng)力云圖如圖12、圖13所示，結(jié)構(gòu)變形如圖14所示。

圖12 柱頂縱梁正應(yīng)力圖

圖13 柱頂縱梁剪應(yīng)力圖

圖14 翼緣板區(qū)縱梁變形圖

由圖12、圖13 可知，柱頂縱梁最大正應(yīng)力σmax=143.6MPa

4.5 鋼管柱受力分析

鋼管柱的鋼管尺寸為Φ820×10，最大長(zhǎng)度按8m計(jì)，最小回轉(zhuǎn)半徑i=28.64cm，面積A=254.47cm2，長(zhǎng)細(xì)比：λ=l0/i=27.9。在荷載基本組合作用下，鋼管柱柱底反力如圖15所示。

圖15 鋼管柱基本組合支座反力（單位:kN）

由圖15可知，鋼管柱受力最大值為2192.5kN，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017），整體穩(wěn)定系數(shù)為φ=0.961，故有：

4.6 鋼管柱與橋墩連接件受力計(jì)算

鋼管柱與橋墩連接件采用2C20b，截面積A=65.66cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=7.59cm，用于支撐縱梁，最大長(zhǎng)度按3.7m計(jì)算，主要承受軸向力。基本組合下軸力如圖16所示。

圖16 鋼管柱與橋墩連接件基本組合軸力圖

由圖16可知，斜撐受最大軸力為10.0kN，最大正應(yīng)力σ=10.0×103/(65.66×102)=1.52MPa

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017），長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/i=3700/75.9=48.75 時(shí)，整體穩(wěn)定系數(shù)為φ=0.913，故有：

5 結(jié)束語(yǔ)

本文為了驗(yàn)證跨韓村引渠(72+128+72)m連續(xù)梁0號(hào)塊現(xiàn)澆支架是安全且可靠的，對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力計(jì)算，并利用有限元分析軟件Midas civil 對(duì)其進(jìn)行受力分析。計(jì)算結(jié)果顯示，支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足施工技術(shù)規(guī)范要求，理論與實(shí)際基本吻合。這里要強(qiáng)調(diào)的是：在具體施工時(shí)要注意嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)線形與安全監(jiān)控，型鋼拼接的強(qiáng)度不低于母材的強(qiáng)度，以保證工程質(zhì)量。