跨大李溝變截面箱梁貝雷組合支架應用的研究

盧清碧LU Qing-bi

（中建三局基礎設施建設投資有限公司，武漢430000）

0 引言

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼管貝雷組合支架體系越來越多應用在橋梁施工中。以往現(xiàn)澆支架多采用傳統(tǒng)手工計算的方法，對于簡單支架較為可靠；但對于大型復雜且受動荷載的支架體系，手工計算不僅無法貼合實際生產(chǎn)，而且還會由于計算錯誤導致一系列危險事故[1-3]。運用MIDAS/civil 軟件進行模擬計算，不僅保證了設計的安全性，還可以優(yōu)化方案，同時有利于現(xiàn)場施工。

1 工程背景

襄陽東西軸線項目由樊城西北側(cè)流入城區(qū)，呈南西—北東流向，匯入小清河，常年有活水，水深約0.5m，在汛期時水流量較大。大李溝河道兩側(cè)岸坡及河底均已硬化防護，現(xiàn)狀溝槽斷面為寬11 米，底板為25cm 砼和1.2m 砂礫石，兩側(cè)為混凝土重力式擋墻，擋墻高2.0m，底部50cm 混凝土墊層。

采用常規(guī)支架方法進行箱梁施工，施工難度大，危險性高，采用雙層疊拼貝雷和支架樁的方法，將大大縮減施工工期，同時保證了施工質(zhì)量和安全。

2 支架結(jié)構(gòu)設計

跨大李溝變截面現(xiàn)澆預應力箱梁共設計支架樁29根，其中 10m 長支架樁 6 根、15m 長支架樁 22 根、20m 支架樁1 根。另外，位于主線橋承臺上的小承臺共9 座，其中有3 座需局部擴大主線橋承臺。

查《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》[4]可知貝雷梁截面特性及力學參數(shù)，故采用的支架布設型式分別為：

岸坡以上區(qū)域（10m 長支架樁）從下至上分別是壓實過的原狀土+50cm 碎石土+20cmC20 墊層混凝土+50-12cm 高條基+雙拼H700+貝雷（單層或者雙層）+工18+盤扣支架+橫縱工12.6+木方+竹膠板。

跨溝區(qū)域（15-20m 長支架樁），架體由直徑100cm 混凝土灌注樁基礎+820×16 毫米鋼管立柱（630×16mm 鋼管立柱）+雙拼H700 型鋼+貝雷梁+盤扣架體組成。支架樁平面圖如圖1 所示。

圖1 跨大李溝支架樁平面圖

3 數(shù)值計算及模擬

3.1 支架底模系統(tǒng)驗算

基本數(shù)據(jù)：竹膠板采用1.5cm 厚，縱向分配梁為木方，梁端實心區(qū)及腹板區(qū)截面尺寸為100×200mm，空箱區(qū)截面尺寸為100×100mm，木方間距均為200mm，木方下布設橫向分配梁工12.6，間距為1200mm。

結(jié)構(gòu)驗算采用三等跨連續(xù)梁受均布荷載模型計算，最大彎矩、剪力及變形公式如下所示：

荷載統(tǒng)計：

據(jù)《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》[5]及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[6]相關(guān)規(guī)定，荷載分別為竹膠板 0.12kN/m2、木方為 0.08kN/m、工 12.6 為 0.142kN/m，混凝土為26kN/m3，施工荷載為4kN/m2。

強度計算：

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[6]（GB50666-2011）規(guī)范式進行計算：

式中：

SQiK——第i 個永久荷載標準值產(chǎn)生的荷載效應值；

SQjk——第j 個可變荷載標準值產(chǎn)生的荷載效應值；

ψcj——第j 個可變荷載的組合系數(shù)，宜取 ψcj≥0.9。

3.1.1 木方強度驗算

實心區(qū)及腹板區(qū)箱梁厚度最大為2.2m，木方中心間距200mm。頂?shù)装蹇偤穸葹?.97m，木方中心間距0.2m。工字鋼間距為1.2m，因此計算跨度取1.2m。強度、剛度計算相關(guān)數(shù)據(jù)如表1、表2 所示。

表1 木方強度計算數(shù)據(jù)

表2 木方剛度計算數(shù)據(jù)

實心區(qū)及腹板區(qū)、頂?shù)装寮雍駞^(qū)的最大正應力均小于12N/mm2，最大剪應力均小于1.2N/mm2，故強度符合要求。

實心區(qū)及腹板區(qū)、頂?shù)装寮雍駞^(qū)的變形值均小于3mm，故剛度符合要求。

而空箱區(qū)比頂?shù)装寮雍駞^(qū)更有利，故能滿足要求。綜上所述，木方實心區(qū)及腹板區(qū)、頂?shù)装寮雍駞^(qū)的強度、剛度均符合要求。

3.1.2 工 12.6 強度驗算

工12.6 間距為1.2m，下方是間距0.6m 或1.2m 的盤扣架立桿。實心區(qū)及腹板區(qū)計算跨度取0.6m。頂?shù)装寮雍駞^(qū)計算跨度取1.2m。 強度、剛度計算相關(guān)數(shù)據(jù)如表3、表4 所示。

表3 工字鋼強度計算數(shù)據(jù)

表4 工字鋼剛度計算數(shù)據(jù)

梁端實心區(qū)及腹板區(qū)、頂?shù)装寮雍駞^(qū)及空箱區(qū)的最大正應力均小于205N/mm2，最大剪應力均小于100N/mm2，故強度符合要求。

梁端實心區(qū)及腹板區(qū)、頂?shù)装寮雍駞^(qū)及空箱區(qū)的變形值均小于1.5mm，故剛度符合要求。

綜上所述，工字鋼梁端實心區(qū)及腹板區(qū)、頂?shù)装寮雍駞^(qū)及空箱區(qū)強度、剛度均符合要求。

3.2 盤扣架承載力驗算

盤扣架布置分為三個區(qū)域，梁端實心區(qū)及腹板區(qū)、空箱區(qū)和頂?shù)装寮雍駞^(qū)。

在實心區(qū)和腹板區(qū)盤扣架布置為0.6m×1.2m，步距為1m，在空箱區(qū)及頂?shù)装寮雍駞^(qū)，盤扣架布置為1.2×1.2m，步距為1.5m。

梁端腹板區(qū)及實體區(qū)每根立桿的承擔截面0.6m×1.2m×2.2m 的砼重量；空箱區(qū)及頂?shù)装寮雍駞^(qū)每根立桿的承擔截面1.2×1.2m×0.97m 的砼重量。

表5 穩(wěn)定性計算

梁端腹板區(qū)及實體區(qū)、空箱區(qū)及頂?shù)装寮雍駞^(qū)穩(wěn)定性均小于300，滿足要求。

3.3 貝雷材料參數(shù)

16Mn 極限應力設計值：抗拉、抗壓、和抗彎強度設計值 f=305（N/mm2）。

抗剪強度設計值 fv=175（N/mm2），根據(jù)翼緣區(qū)、腹板區(qū)、及腹板區(qū)橫斷面面積，將荷載分布在貝雷梁上，具體如表6 所示。

表6 荷載分區(qū)表

3.4 數(shù)值模擬計算

模型建立，加載荷載。

荷載組合：1.35 混凝土自重+1.4（施工荷載+傾倒荷載）+1.2 架體自重，施工荷載：2.5kPa，混凝土傾倒荷載：2.0kPa。貝雷計算結(jié)果具體如圖2-圖5 所示。

圖2 貝雷弦桿軸力圖（單位：kN）

圖5 貝雷斜桿軸力圖

縱梁（貝雷梁）弦桿最大軸力為517.7kN＜560kN，豎桿最大軸力為165.1kN＜210kN，斜桿最大軸力為165.1kN＜171.5kN，支撐位置采用豎桿加強，豎桿最大軸力317.1kN＜210×2=420kN。最大位移40.17mm＜27000/400=67.5mm。

圖3 雷跨中豎桿軸力圖

圖4 貝雷支撐位置豎桿軸力圖

4 現(xiàn)場實踐

在箱梁施工過程中進行預壓荷載計算，采用預制混凝土塊堆載預壓，采用三級預壓，依次施加的荷載為單元內(nèi)預壓荷載值的60%、80%、100%。自每跨跨中向墩柱兩側(cè)對稱吊裝，進行加載預壓。在預壓完成以及數(shù)值模擬計算分析的基礎上，做好準備工作。在質(zhì)量措施方面：①振搗點間距控制在40～50cm 以內(nèi)；②每層砼澆筑厚度控制在30cm 左右，振搗棒插入深度為5～10cm 為宜；③在橋面范圍內(nèi)布置標高樁控制平整度。對箱梁的沉降進行觀測，現(xiàn)場施工圖如圖6 所示，箱梁觀測點如圖7 所示；沉降觀測所得數(shù)據(jù)如表7 所示。

表7 箱梁沉降觀測數(shù)據(jù)

圖6 疊拼貝雷現(xiàn)場施工圖

圖7 箱梁沉降觀測點位置

通過對沉降觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，沉降值滿足要求。

5 結(jié)語

①本文通過運用數(shù)值計算及模擬分析軟件，大大降低了施工風險，縮短了施工周期，為項目節(jié)約了施工成本；同時為跨溝跨河現(xiàn)澆預應力箱梁提供了可參考的施工方法和工藝。

②雙層疊拼貝雷的應用最小限度的占用河道，對汛期防洪和施工安全具有指導作用；同時為綠色施工打下了良好的基礎，具有普遍推廣的意義。