现浇变截面连续箱梁桥支架设计与施工工艺

现浇变截面连续箱梁桥支架设计与施工工艺
董礼
【摘要】原变载面连续箱梁施工方案采用挂篮施工法,改为钢管与贝雷梁组合支架施工以缩短施工工期.结合实例,给出了呼口大桥主桥钢管与贝雷梁组合支架设计方案及其施工方法,因连续梁底部呈抛物曲线,贝雷片采用厂家定制,上弦杆比下弦杆略长,拼接成曲线.并对该支架各构件进行了结构验算,结果表明:该支架各构件设计满足规范要求,主梁施工一次性浇筑成型,可缩短施工工期,能够满足快速施工要求.
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】4页(P49-51,56)
【关键词】钢管;贝雷梁;现浇箱梁;变截面连续梁;支架设计
【作者】董礼
【作者单位】中铁二十局集团有限公司西安710016
【正文语种】中文
【中图分类】U445.35
1 引言
钢管与贝雷梁组合支架常应用于桥梁施工便桥或水上作业平台的承重结构［1］。

钢管与贝雷梁组合支架以其施工周期短、结构变形小、施工材料损耗低等优点在拱桥［2］、斜拉桥［3］主梁施工中取得了广泛应用，但在变截面的连续箱梁桥中
应用较少［4］。

下面对变截面连续箱梁桥钢管与贝雷梁组合支架设计方案和施工工艺进行研究，具有较大的工程实践参考价值。

2 工程概况
呼兰河呼口大桥是黑龙江省哈尔滨市呼兰区内连接哈尔滨市松北区与呼兰区的一座特大桥。

该桥上部结构为简支梁转连续梁，全长1 888.16 m。

大桥为双向6车道，设计速度60 km/h，设计荷载为公路-Ⅰ级，布置形式为人行道5.0 m(含栏杆)+行车道12 m+分隔带2.0 m+行车道12 m+人行道5.0 m(含栏杆)，全幅宽度36 m。

其中主桥长为240 m，跨径设置为(45+2×75+45)m变截面预应力混凝土连续梁;主桥上部结构为单箱双室预应力连续梁。

箱梁根部梁高4.5 m，跨中梁高2.2 m，其间梁高在纵桥向按二次抛物线变化。

由于北岸引桥部分预制梁的架设需由南岸完成，南岸架桥机需通过主桥桥面到达北岸，至少有半幅主桥保证架桥机能顺利通过，主桥半幅箱梁能否按时浇筑完成成为控制工期的主要时间。

为保证主桥半幅快速合龙，施工方法由悬臂施工法调整为钢管与贝雷梁结合满堂支架施工。

3 支架设计
3.1 设计概述
呼口大桥主桥满堂支架选用钢管打入桩基础，在钢管桩顶沿横桥向做一钢箱承重平台，在承重平台上布设5根φ820×10 mm的钢管立柱，为加强纵横向钢管立柱
的稳定，钢管立柱间分别设置纵横向φ400×8 mm的钢管做横联， 25b的槽钢做剪力架支撑保证立柱的稳定;然后在横向同排立柱顶安装2 56b工字钢做承重梁，
以承受箱梁底部纵向设置的20片贝雷梁传来的荷载。

其布置方式为:每个翼缘板和底板下分别布置2片贝雷梁，腹板下分别布置4片贝雷梁。

为脱模及支架系统拆
除方便，在各立柱顶及贝雷梁下弦之间设置了20～30 cm高的卸荷块。

在贝雷梁紧邻墩身处设置了钢板吊带，以悬挂固定各贝雷梁。

在贝雷梁的上弦与底模之间沿
横桥向铺设 14b的工字钢分配梁，其间距按40～50 cm设置，在箱梁底板各拐点处按2根设置。

支架结构立面和横断面如图1、图2所示。

图1 支架结构(1/2)立面图2 支架结构横断面
3.2 主要技术参数［5］
砼自重Gc=26 kN/m3;钢弹性模量Es=2.1×105MPa;钢材容许应力:Q235弯曲应力［σw］=145 MPa，拉应力［σ］=140 MPa，剪应力［τ］=85 MPa;16 Mn
钢材弯曲应力［σw］=210 MPa，拉应力［σ］=200 MPa，剪应力［τ］=120 MPa;45#钢材弯曲应力［σw］=220 MPa，拉应力［σ］=210 MPa，剪应力［τ］=125 MPa。

钢材安全系数取1.3，恒载分项系数K1=1.2，活载分项系数K2=1.4。

3.3 结构验算
3.3.1 贝雷梁的计算
3.3.1.1 计算荷载
将梁体从中墩边向跨中依次分组成为9个节段，每节段荷载包括砼荷载、模板荷载、施工人员及材料堆放荷载等几部分。

(1)混凝土荷载。

假定翼缘部分混凝土荷载1/2由翼缘下贝雷梁承担，1/2由边腹
板下贝雷梁承担;除翼缘部分外混凝土荷载的分配:3/5由边腹板下贝雷片承担，2/5由一个中腹板下贝雷片承担。

(2)模板重量。

模板重量按照1.2 kN/m2考虑。

假定翼缘部分模板重量1/2由翼缘板下贝雷片承担，1/2由边腹板下贝雷片承担。

(3)施工荷载。

施工荷载包括施工人员及材料堆放、混凝土倾倒冲击荷载和混凝土
振捣荷载。

施工人员、施工材料运输及堆放荷载:2.5 kN/m2;混凝土倾倒冲击荷载:2.0 kN/m2;砼振捣荷载:2.0 kN/m2;3 种荷载合计:6.5 kN/m2。

(4)荷载汇总。

根据以上分析，得到各项荷载汇总结果见表1。

表1 荷载合计 kN节段单侧翼缘单侧边腹板中腹板1 114.6 862.9 1 021.2 2 113 678.2 776.8 3 109.9 632.6 719.5 4 117.1 643.4 725.8 5 125.6 657.2 734.5 6 133.4 660.2 729.7 7 141.3 659.2 719.7 8 148.5 670.9 726.9 9 109.9 431.2 450.9
由于贝雷上横向工字钢间距小。

按照均布荷载作用考虑，计算结果如表2所示。

表2 单片贝雷承担荷载节段节段长/m单侧翼缘单侧边腹板中腹板单片贝雷
/(kN·m-1)单片贝雷/(kN·m-1)单片贝雷/(kN·m-1)1 3.65 15.7 59.1 56.0 2 3.60 15.7 47.1 43.2 3 3.50 15.7 45.2 41.1 4 3.73 15.7 43.1 38.9 5 4.00 15.7 41.1 36.7 6 4.25 15.7 38.8 34.3 7 4.50 15.7 36.6 32.0 8 4.73 15.7 35.5 30.7 9 3.50 15.7 30.8 25.8
3.3.1.2 贝雷梁的应力计算
将以上计算荷载，施加到贝雷梁上。

根据在贝雷片上加载的最大荷载，采用MIDAS有限元分析软件计算，得到结果如图3、图4所示，最大弯矩为384 kN·m。

图3 弯矩结果
贝雷梁最大应力为:σ=M/W=384 kN·m/3 578.5 cm3=107.3 MPa，满足规范要求，其中 W 为贝雷梁单层单排抗弯截面模量。

根据计算分析，贝雷梁边腹板剪力最大位置在桥墩处最大剪力为206.9 kN，满足剪力要求。

图4 剪力结果
3.3.2 钢管支架的计算
3.3.2.1 计算荷载
通过计算得出横向支架最不利为靠近桥墩处，如图5所示。

支架的作用力对应贝雷梁在此处的支点反力分别为:翼缘处单片贝雷梁在此处的支点反力145.6 kN;边腹
板处单片贝雷梁在此处的支点反力424 kN;中腹板处单片贝雷梁在此处的支点反力396.6 kN。

图5 支架最不利受力位置
3.3.2.2 应力计算
选择最不利支架受力位置，建立计算模型如图6所示，由模型计算得到钢管应力、反力结果如图7、图8所示。

图6 横向支架计算模型图7 应力结果图8 应力结果
由图7可看出，最大应力为131 MPa小于规范限值。

从图8可看出，各管桩反力结果依次为:835.4、1 326.6、1 633.4、1 326.6、835.4 kN。

根据钢管入土深度，保证桩基的最小摩阻力不小于1 633.4 kN，经计算，钢管的强度、刚度和稳定性
均满足规范要求。

4 支架施工工艺
4.1 支架基础处理
主桥位置先用砂土回填，与筑岛平台同高，填筑时要分层碾压，保证土体密实。

填筑时禁止回填建筑垃圾和山皮石。

处理后的平台进行钢管桩打设。

基础打入
φ820×10 mm螺旋管做桩基，每排布置5 根钢管桩，间距按照
(2.87+5.15+5.15+2.87)m布置，采用90 t的振动桩锤打入。

打入时每次贯入度
小于规定深度视为满足要求［6］。

4.2 支架立柱施工
在钢管立柱安装时保证平面位置准确，连接牢固，同时在每排钢管立柱间设置横向支撑和剪刀撑，保证钢管整体的稳定性。

横向支撑采用φ325×8 mm钢管，剪刀
撑采用 25b槽钢连接。

钢管立柱顶面设置 56b双工字钢做支撑梁，在钢管立柱开一槽口，将2 56b工字钢放入槽口中。

将工字钢通过限位钢板与钢管立柱固定，
工字钢底部设置一块钢板进行加强承载力，防止钢管立柱被剪切破坏。

4.3 贝雷片拼装
根据连续梁的结构形式，在2 56b工字钢顶部纵向布置贝雷梁，两侧按照2片一组布置，中间采用4片一组布置。

每组贝雷片中间用45 cm或90 cm的支撑架连接，相邻两组贝雷片采用∠100×75×8 mm角钢连接，保证整体稳定性。

贝雷片根据施工方便在地面分节段拼装，起吊到钢管桩顶部后组装。

在主桥的主墩和过渡墩墩身表面预埋钢板，同时设置对拉杆将钢板锚固，在钢板顶面焊接竖向钢板，与贝雷片连接，作为贝雷片桁架的支撑点。

由于连续梁线形按照抛物线变化，在部分贝雷片接头进行调整，保证组装完成的贝雷片走向与连续梁起拱线基本相同。

5 结束语
(1)与挂篮施工法，钢管与贝雷梁组合支架施工可一次性浇筑成型极大地缩短了施工工期，能够满足快速施工要求。

(2)结合实例，给出了呼口大桥主桥钢管桩与贝雷梁组合支架设计方案及其施工方法，因连续梁底部呈抛物曲线，贝雷片采用厂家定制，上弦杆比下弦杆略长，拼接成曲线。

(3)研究变截面连续箱梁桥钢管桩与贝雷梁组合支架设计方案和施工工艺，为工程实践提供了参考价值。

参考文献
［1］刘志峰.浅海多类型规模化箱梁现浇施工新技术［J］.公路，2011(11):79-85. ［2］姜勇.大跨多连拱桥梁高支架设计与施工［J］.铁道建筑技术，2013(8):68-71.
［3］卜骄.东沙特大斜拉桥下横梁支架施工模拟与分析计算［J］.公路，
2011(12):75-80.
［4］齐延祥.整体现浇混凝土箱形梁的施工支架设计及检算［J］.铁道建筑，2005(9):9-11.
［5］中华人民共和国国家标准.GB 50017-2003 钢结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003:44-65.
［6］中华人共和国交通运输部.JTG/T F50-2011 公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2011:19-25.。