貝雷梁在大跨度箱型拱橋施工中的應(yīng)用

任克明

(中鐵五局集團(tuán)貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550001)

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貝雷梁在大跨度箱型拱橋施工中的應(yīng)用

任克明

(中鐵五局集團(tuán)貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550001)

通過了貴陽市烏當(dāng)區(qū)高新路南明河大橋大跨度箱型拱施工闡述，論述了貝雷梁在大跨度箱型拱施工中的方便、靈活、快捷等應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，從而提高了箱型拱施工的進(jìn)度和安全，控制了箱型拱的線型施工質(zhì)量，以供同行參考。

大跨徑拱橋；貝雷梁桁架平臺；拱架；主拱圈；現(xiàn)澆

1 工程概況

高新路位于貴陽市烏當(dāng)區(qū)，為連接新添寨至東風(fēng)鎮(zhèn)的市政道路，起點(diǎn)與新添大道北段連接，終點(diǎn)位于東風(fēng)鎮(zhèn)，道路全長6.5 km，路面寬12 m，雙向四車道。該市政道路跨越南明河，設(shè)南明河大橋，橋長174 m，主橋橋型為懸鏈線箱型拱橋，主拱圈跨越南明河，拱圈跨度為110 m，矢跨比為1/7，計算矢高15.84 m，拱軸系數(shù)1.767，拱圈寬12.0 m，高1.65 m，三箱單室結(jié)構(gòu)；拱上建筑物為排架墩柱，梁部為6 m跨度的預(yù)制板簡支梁。拱圈采用滿堂支架澆筑施工，跨南明河采用貝雷梁桁架平臺搭設(shè)拱架施工。

2 貝雷梁主桁結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工工藝

2.1 桁架平臺及拱架設(shè)計

拱圈采用滿堂拱架施工，由于起拱線至河床基礎(chǔ)高差約有5 m左右，根據(jù)現(xiàn)場情況，左、右岸河床無水地段直接對地基進(jìn)行加固，然后搭設(shè)滿堂支架；河面流水地段采取修建臨時支墩，然后在支墩上搭設(shè)貝雷桁梁，再在桁梁上搭設(shè)滿堂支架。貝雷梁桁架形式為：擴(kuò)大基礎(chǔ)+混凝土支墩+貝雷梁桁架平臺，貝雷梁桁架跨度布置為：24 m+24 m+24 m。

支墩基礎(chǔ)間距為24 m，支墩高4.0 m，貝雷梁搭設(shè)在支墩頂上。

貝雷梁桁架平臺采用單排單層加強(qiáng)型組拼，共29組；每組貝雷梁間距為0.45 m，采用45支架連接(標(biāo)準(zhǔn)件)；貝雷梁頂用20a工字鋼橫聯(lián)使各組貝雷梁形成整體。

滿堂架置于貝雷梁施工平臺上，支架采用φ48×3.5 mm鋼管進(jìn)行搭設(shè)，鋼管腳不設(shè)立桿墊座，直接置于貝雷梁頂20 a工字鋼橫聯(lián)上，頂面采用調(diào)節(jié)范圍不小于450 mm的可調(diào)節(jié)頂托作為支撐。鋼管拱架立桿順橋向間距為75 cm(對應(yīng)于貝雷梁的結(jié)點(diǎn)布置，同貝雷梁頂工字鋼橫聯(lián))，橫橋向間距45 cm，鋼管橫桿步距為1.2 m，掃地桿為20 cm。支架中間縱向、橫向由底至頂連續(xù)設(shè)置剪刀撐，其間距不得大于規(guī)范要求，并控制剪刀撐的斜桿與地面夾角在45°～60°之間。

2.2 桁架平臺及拱架搭設(shè)工藝

拱架搭設(shè)由下至上進(jìn)行施工，先施工桁架平臺，然后在平臺上搭設(shè)拱架。

2.3 拱架預(yù)壓

(1)預(yù)壓荷載

預(yù)壓荷載取拱圈混凝土自重的1.2倍，即：(拱圈底重+腹板重+頂板重)×1.2，預(yù)壓加載程序按照混凝土的澆筑程序?qū)ΨQ進(jìn)行。

預(yù)壓采用砂袋直接平鋪堆放在已鋪好的底模板上，故在此不再考慮模板自重。

(2)預(yù)壓沉降觀測點(diǎn)設(shè)置

為更好的觀測拱架變形，在貝雷梁桁架平臺上每跨布置10個觀測點(diǎn)。

(3)預(yù)壓加載程序

預(yù)壓采用砂袋結(jié)合鋼筋布置，預(yù)壓荷載布置按照拱圈混凝土實(shí)際荷載分布工況布置。預(yù)壓分三級進(jìn)行，其加載分別為預(yù)壓加載的60%、80%、100%。

(4)預(yù)壓結(jié)果分析

拱架每級加載后及時進(jìn)行觀測，全部荷載加載完成后，每2 h觀測一次，觀測24 h，變形穩(wěn)定后進(jìn)行卸載。

經(jīng)預(yù)壓觀測，24 m貝雷梁桁架平臺沉降最大值位于跨中，沉降量f觀測max=36 mm，拱架各部位變形與計算相似，能夠滿足施工要求。預(yù)壓荷載拆除后，拱圈底板模板根據(jù)預(yù)壓沉降結(jié)果，調(diào)整了底模板的預(yù)沉降抬高值和線形。

2.4 拱架拆除

拱圈混凝土澆筑合攏后，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85%后方可卸架。拱架卸落分步進(jìn)行，縱向從拱頂向拱腳對稱均衡卸落，依次進(jìn)行，橫向同時一起卸落。拱架全部卸落完畢后，按照先支后拆，后支先拆的原則，從上到下拆除拱架和貝雷梁桁架平臺。

拱上建筑物施工需在拱架卸落完畢后進(jìn)行。

3 貝雷梁桁架受力計算

3.1 鋼管拱架檢算

當(dāng)步距為1.2 m時，長細(xì)比λ=L/i=1 200/15.76=76，查附錄得φ=0.807，則[N]=φA[σ]=0.807×489×140=6 036 N=60 kN，考慮鋼管重復(fù)使用，立桿容許承載力取為[N]=30 kN。

立桿順橋向間距為75 cm，橫橋向間距為45 cm，按最不利荷載計算，假設(shè)拱頂處拱圈底板、腹板、頂板混凝土重量均全部由立桿承擔(dān)，立桿承擔(dān)的荷載為。

P=混凝土自重+模板自重+施工人員機(jī)具+傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊力+振搗混凝土產(chǎn)生的荷載+鋼管自重=15.73+0.253+1.266+1.013+1.013+0.78=20.235 kN

故P=20.235 kN<[N]=30 kN，滿堂架鋼管立桿滿足要求。

3.2 貝雷梁桁架受力檢算

(1)24 m跨度貝雷梁對應(yīng)拱圈施工各工況荷載計算：

①拱圈自重

Q混凝土=底板自重+腹板自重+頂板自重=3.757×24.237×26×2+0.896×24.237×26=5 299.66 kN

Q混凝土荷載由29組單排單層加強(qiáng)型貝雷梁承載，每組貝雷梁上分配的均布荷載q1為

q1=Q混凝土/29/24=5 299.66÷29÷24=7.61 kN/m

②拱架自重

根據(jù)鋼管架的搭設(shè)高度，按照最不利荷載驗(yàn)算取拱頂范圍拱架最高的一跨進(jìn)行驗(yàn)算(拱頂處拱架高h(yuǎn)=13.115 m)，24 m貝雷梁桁架平臺對應(yīng)的拱架自重為

Q鋼管=0.04×13.115×1.5×31×33 =805.00 kN(1根立桿自重乘以1.5系數(shù)已包括大小橫桿、斜撐、剪刀撐及扣件)

Q鋼管由29組單排單層加強(qiáng)型貝雷梁承載，每組貝雷梁分配的均布荷載q2為

q2=Q鋼管/29/24=805.00÷29÷24=1.16 kN/m

③模板自重

模板自重取q3=0.538 kN/m

④施工人員機(jī)具荷載

施工人員機(jī)具荷載取q4=1.266 kN/m

⑤工字鋼橫聯(lián)自重

24 m跨貝雷梁上布置32根20a工字鋼橫聯(lián)，間距為0.75 m，工字鋼自重為

Q工字鋼=32×14×27.93 =12 512.64=125.13 kN

Q工字鋼由29組單排單層加強(qiáng)型貝雷梁承載，每組貝雷梁分配的均布荷載為

q5=12.5126÷29÷24=0.52 kN/m

⑥貝雷梁自重

每組321貝雷片桿件自重取q6=1.65 kN/m

(2)各工況荷載對貝雷梁產(chǎn)生的彎矩、剪力計算

活載分配系數(shù)取1.4，靜載分配系數(shù)取1.2。

Mmax= 1.2q1L2/8+1.2q2L2/8+1.2q3L2/8+1.4q4L2/8+1.2q5L2/8+1.2q6L2/8=1 119.312 kN·m

Tmax=1.2q1L/2+1.2q2L/2+1.2q3L/2+1.4q4L/2+1.2q5L/2+1.2q6L/2=186.552 kN

(3)檢算結(jié)論

由裝配式公路鋼橋多用途使用手冊，查得單排單層加強(qiáng)型貝雷桁架梁的物理參數(shù)

[M]=1 687.5 kN·m [T]=245.2 kN

Mmax=1 119.312 kN·m<[M]=1 687.5 kN·m，故24 m貝雷梁抗彎矩滿足設(shè)計要求。

Tmax=186.552 kN<[T]=245.2 kN，故24 m貝雷梁抗剪力滿足設(shè)計要求。

(4)撓度計算

24 m貝雷梁在各工況荷載下產(chǎn)生的撓度

fmax=5ql4/384EI=5×12.744×244÷(384×2 425 224.48)=0.022 7 m≈23 mm

故，24 m貝雷梁在各施工工況荷載作用下?lián)隙葷M足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)安全。

4 拱架澆筑拱圈混凝土效果

拱架經(jīng)過設(shè)計、受力計算、加載預(yù)壓等工序后，底板、腹板、頂板混凝土澆筑施工安全順利完工。經(jīng)施工監(jiān)測，拱圈混凝土澆筑過程中，貝雷梁最大沉降量為34 mm，小于堆載預(yù)壓沉降量36 mm。

拱架拆除后，經(jīng)對整個箱型拱圈進(jìn)行拱軸線測量，測量成果與設(shè)計拱軸線對比，已完工的拱軸線滿足設(shè)計要求。

5 結(jié) 論

通過南明河大橋箱型拱橋的施工，對萬能桿件與貝雷梁在施工方案的設(shè)計比選，擇優(yōu)采用了貝雷梁作為跨河的桁架，安全、快速的完成了箱型拱圈的施工任務(wù)，提高了施工進(jìn)度，充分證明了貝雷梁在大跨度箱型拱橋施工應(yīng)用上受力穩(wěn)定、安全可靠，安裝方便、靈活、快速。

[1] 周水興.路橋施工計算手冊[M].人民交通出版社.

2017-01-23

任克明(1975-)，男，貴州雷山人，工程師，從事公路、鐵路、市政工程施工技術(shù)。

U448.22

C

1008-3383(2017)05-0098-02