下承式鋼管混凝土系桿拱橋系梁施工支架設計研究

李鵬云

摘要：在鋼管混凝土系桿拱橋系梁施工過程中，施工支架的承載能力和穩(wěn)定性是工程的關鍵。本文以廬銅鐵路上跨S321省道特大橋為例，對上跨公路系桿拱橋系梁施工支架設計、門式支架建模、安全檢算進行了簡要闡述。

Abstract： Construction frame's bearing-capability and stability of collar beam is the key points in the construction of the through supported steel pipe concrete tied arch bridge. In this paper， Lujiang-Tongling Railway across S321 Province special bridge as an example， construction frame's designing of collar beam， modeling of portal frame， safety checking are briefly introduced.

關鍵詞：系桿拱橋；系梁支架；方案設計；安全檢算

Key words： tied arch bridge；construction frame of collar beam；conceptual design；safety checking

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0119-03

1 工程概況

中鐵十二局集團廬銅鐵路站前五標廬銅鐵路上跨S321省道特大橋全長672m，由19跨組成，橋跨分布為1×32m（簡支梁）+1×64m（系桿拱）+17×32m（簡支梁），在DK111+300處上跨S321省道，為滿足安徽省地方要求的5.5m的上跨凈高，鐵路線性極為有限，設計采用了單跨64m的系桿拱橋進行跨越，并對既有省道進行下挖的施工方式。

2 系桿拱橋系梁支架方案設計

2.1 支架方案確定

在新建64m系桿拱橋跨越S321省道時，系桿拱橋與S321省道在空間方面的關系如圖1所示。

考慮到保證施工期間省道正常通行的需求，本系桿拱橋系梁現澆支架體系采用滿堂式碗扣支架與梁-柱門式支架組合的方案，在原省道路面范圍需搭建一個可以雙向通車并且行人可以通過的梁-柱結構的門式支架，在門式支架兩側采用滿堂式碗扣支架[1]，見圖2。

2.2 支架地基處理

由于S321省道兩側為軟土地基，地表高程并不一樣，在進行滿堂式碗扣支架的基礎加固時，廬江側地基采用臺階式填筑碎石土夯填和混凝土澆筑進行加固，銅陵側地基采用平面式填筑碎石土和澆筑混凝土進行加固，如圖2所示。

2.3 梁-柱門式支架設計

跨省道梁-柱門式支架的立面為雙門洞結構，門洞支撐體系主要由三排立柱構成，立柱采用Φ500mm鋼管混凝土柱，基礎寬1m、柱間距為6.5m，人行和非機動車道寬1m，每一排柱頂架設I400工字鋼作為橫梁，橫向上方架設I400工字鋼作為縱梁，縱梁架設完成之后，首先在縱梁頂面鋪設厚2cm竹膠板、兩布一膜土工布及10cm高的方木，將平臺上方后續(xù)施工作業(yè)與下方行車通道隔離，避免平臺上施工作業(yè)時有重物或水泥漿墜下，確保行車安全見圖3。

每排支架鋼管混凝土柱由9根組成，支柱下方澆筑混凝土連續(xù)基礎，混凝土基礎為1m寬、0.5m高，每兩根支柱的間距為4m，系梁投影外支柱間距為6m，采用槽鋼以X型進行柱間焊聯。每排支柱布置的總長度為32m，每排支柱前設置防撞墩，防撞墩尺寸為1m長、1m寬、0.5m高，防撞墩上需貼紅白相間反光材料，平臺兩側安裝安全防護欄及防護網。行車道與行人道隔離墩尺寸為50cm高、50cm寬、2m長，間距2m一道，立柱側面布置見圖4。

從圖4可以看到，雙門洞支架的每排9根立柱沿省道行車方向的布置范圍為36m，兩側各超出系梁斜投影范圍3.74m，可以為省道行車安全提供有效的防護。

3 梁-柱門式支架安全檢算

3.1 門式支架橫縱梁建模

門架橫梁、縱梁均采用I40工字鋼，其中縱梁為雙根并置。利用midas有限元分析軟件橫梁-縱梁支撐平臺的計算模型，模型整體情況及細節(jié)如圖5～圖7所示。

3.2 門式支架橫縱梁撓度分析

工字鋼選擇I40b，根據I40b性能參數，然后針對上述計算模型和系梁結構的荷載分布進行了模擬分析，從而得到圖8～圖15一系列結果[2-3]。

根據以上計算結果圖，得到如表2計算結果匯總表。

3.3 結果分析和結論

根據以上分析結果可以看到，橫-縱梁最大撓度僅為6.67mm，其撓度控制在允許范圍內。

而橫-縱梁支撐平臺的彎曲效應出現在中橫梁與橋梁軸線處相交處的縱梁頂面，其彎矩絕對值的最大值為292.5kN·m，根據I40b的截面參數得知，w=1139cm3，由此可得，中橫梁上方縱梁頂板受力的最大拉應力為：

σ=M/w=292.5kN·m/1139cm3=128.4MPa<[σ]

因此，從內力的角度分析，本方案采用的I40b型鋼雙根并置作為支撐平臺的縱梁是安全的。

綜上所述，系梁現澆施工平臺的設計能夠滿足系梁現澆施工的需要，能夠為系梁施工過程提供安全支撐。

應當注意的是，在系梁施工中，應根據上述分析結果，做好系梁底模的預拱度設計，門式支架搭建完成后，必須按照最不利荷載進行分級預壓和分級卸載，通過預壓消除永久變形[4-5]。

4 結束語

跨S321省道特大橋已建成，系梁施工期間在上述支架體系搭建的平臺上不僅保證了施工過程中的安全問題，同時利用支架體系橋下的空間，解決了S321省道保通任務，減少了保通投入，加快施工，節(jié)約成本，創(chuàng)造了一定的經濟效益，對文明施工也起到了作用，對今后類似工程具有借鑒推廣作用。

參考文獻：

[1]冉升財.下承式鋼管混凝土系桿拱橋施工方案比選研究——以京杭運河湖西航道河涯口橋主橋為例[J].交通世界，2017（32）：131-132.

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[4]魏俊鋒.下承式鋼管混凝土剛架系桿拱橋拱腳應力分析[J].公路交通科技（應用技術版），2016（06）：255-256.

[5]張偉良，張秀國.淺談下承式鋼管混凝土勁性骨架系桿拱橋整體吊裝[J].交通科技，2014（S1）：3-5.