高墩变截面现浇箱梁支架设计及受力检算

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　　摘 要：结合现场情况，高墩现浇变截面箱梁采用钢管柱贝雷梁支架施工，既可以保证市政道路的畅通，又能节省成本。利用Midas软件建立模型进行模拟，再加以理论计算以保证结构的力学性能和稳定性符合规范要求。通过方案的具体实施，为其他同类型的工程提供了参考。
　　关键词：比选，支架柱，贝雷梁，结构
　　文章编号：2095-4085（2020）02-0056-03
　　1 引言
　　在郑州南站进出站高架桥施工中，结构形式多样，墩身形式多样，场地复杂，墩身较高，采用的支架形式也多种多样。本文从施工工期，经济性，安全性以及文明施工等方面着眼，重点介绍了IU06钢筋砼连续梁支架方案的选择及检算，经过实践论证，取得了很好的效果。
　　2 工程概况
　　本工程为郑州南站配套工程高架进出站道路系统，高架系统采用“三快一主，南北两环”的布局，满足道路交通的规划原则，引导高架道路的交通流向。同时，负责旅客集散的高架道路与承担地区交通的地面道路系统，通过上下桥匝道保持良好的互通性，使旅客有多种选择。工程范围为南站范围内的南北环形高架，与迎宾大道及豫州大道主线的衔接匝道以及上下桥匝道，与地面道路衔接处含桥接坡道路。
　　其中I匝道IU06联长度为29.6m，跨径设置为（15+14.6）m，桥梁上部结构为变截面钢筋混凝土连续箱梁，箱梁采用斜腹板整幅箱梁断面，单箱五室。箱梁高度为2m，桥下净空30.5m，梁顶宽18.86m～27.21m，底宽14.2～22.8m。
　　3 支架方案的确定
　　曲线变截面现浇梁在市政道路中多采用盘扣式满堂支架形式，根据对施工现场情况和桥梁孔跨结构进行深入研究和理解，并结合理论计算和相关施工经验，对盘扣式满堂支架和钢管柱贝雷梁支架进行比较，以选出更优化的施工方案。
　　现从安全性，使用性，文明施工，质量控制，施工速度，施工难易程度及经济性等方面比较承插型盘扣式满堂支架和钢管柱贝雷梁支架两种支架形式（见表1）。
　　通过表1可看出，钢管柱贝雷梁支架方案从安全性，使用性，施工速度和经济性等方面均优于盘扣式满堂支架。并综合考虑现有材料循环使用，故选择前
　　者作为IU06现浇箱梁的施工方案。
　　4 支架设计
　　4.1 总体支架体系方案设计
　　4.1.1 钢管柱及基礎布置
　　支架柱采用D630mm（δ=10mm）的钢管柱作支墩。钢管柱横向按照3m间距排分布，根据梁宽每排为8至10根，纵向排距最大为10.3m，高度为24.1m。钢管柱横向采用[20a槽钢作为横联，加强钢管柱的稳定性。在横联间设剪刀撑连接，连接方式为焊接，焊缝要饱满。位于墩身附近的钢管柱座落在承台上，其他钢管柱座落在钢筋混凝土扩大基础上，根据钢管柱的轴力大小采用不同尺寸的扩大基础。通过测量放样，在承台或条形基础顶预埋20mm厚80cm×80cm的钢板和8根φ20的预埋螺栓，预埋螺栓与基础内钢筋焊接采用双面焊，焊缝应饱满，不烧伤主筋。预埋钢板位置必须准确，混凝土浇筑过程中保证预埋钢板水平，在钢管立柱及预埋钢板上加焊加劲肋。
　　钢管立柱及条形基础均需粘贴反光贴，防止夜间施工时施工车辆撞击条形基础及钢管柱。
　　4.1.2 钢管柱顶横梁
　　采用双拼I40a工字钢作为贝雷梁横梁，采取间隔焊连接。为防止横梁顺桥向移动，在工字钢支点处设置隅撑，隅撑采用8#工字钢。在贝雷梁的支点处焊接横向加劲肋，防止局压失稳。
　　4.1.3 横梁上贝雷梁布置
　　贝雷梁采用单排单层加强型，横桥向按照梁体截面共设置贝雷梁28榀，每榀间距90cm，每两榀用900型角钢支撑架连接，保证整体稳定性。在实际施工中，不能保证贝雷梁竖杆都放置在横梁上，对于横梁位置没有贝雷梁竖杆时，需要在此增设竖杆，该竖杆断面尺寸不应小于贝雷梁竖杆断面尺寸（需采用双拼槽10），保证贝雷梁支点处局压要求。贝雷梁上铺双拼10#工字钢，双拼工字钢之间采用间隔焊加固，用U型螺栓与贝雷梁进行连接，保证其稳定性，顺桥向间隔120cm。
　　4.1.4 盘扣支架及模板
　　盘扣支架上下加顶托，底托。竖向立杆根据双拼工字钢间距布置，横距为90cm，水平步距为100cm（顶端和底部悬臂部分不超过30cm），按规范要求布置竖向斜杆。支架顶横桥向布置10#工字钢作为模板外楞，间距同立杆纵向间距，纵桥向采用10cm×10cm方木作为内楞，模板采用15mm厚优质竹胶板，模板必须与方木钉牢。
　　4.2 结构计算模型
　　结构计算采用Midas计算软件进行整体建模分析（见图1）。
　　4.2.1 贝雷梁验算
　　贝雷梁采用单层加强型贝雷梁，并在贝雷梁横梁支撑的位置增设加强竖杆，竖杆截面积不小于贝雷梁竖杆的截面积。
　　贝雷梁竖向最大位移：δ=4.958mm≤12300/400=30.75mm。
　　杆件最大应力：f=285MPa<310MPa，与下梁底横向分配梁接触的位置，竖杆均需加强。
　　4.2.2 横梁验算
　　横梁位移δ=0.966mm≤3000/400=7.5mm。
　　横梁正应力f=109.5MPa<215MPa。
　　横梁剪应力f=90.4MPa<125MPa。
　　4.2.3 钢管支墩检算
　　为了增加钢管柱的稳定性，需要对钢管柱进行可靠约束，在此采用格构连接方式（如图2所示），将钢管柱每5m约束一道，上部悬臂不超过2m。计算长度为：L=5+2×2=9m，λ=μl/i=41。查表得，φ=0.899。N=π2EA/λ2=3269531.363N。 　　σ=NW/φA+MP/W+0.9Mw/1.15w（1-0.8NW/NE）=190MPa≤215MPa。
　　通过对钢管柱增加横向连接，减少了钢管柱的有效计算长度，大大提高了钢管柱的稳定性。
　　5 支架的搭設和拆除
　　5.1 钢管柱的安装
　　钢管柱安装时，首节钢管柱与基础预埋钢板采用螺栓连接，螺栓必须拧紧，采用扭矩扳手进行检查。本工程钢管立柱较高，钢管柱竖向需要接长，当接长采用法兰盘时，用高强度螺栓连接，并在底座和顶座及法兰钢板处用缀板加固。当钢管柱接长采用焊接时，相邻管节或管段的焊缝应错开，焊接应采用全熔透等强对接焊缝。施焊前将坡口边缘不少于20mm范围内的油污，锈蚀，氧化物等清除干净，并露出金属光泽。以减少产生焊接气孔等缺陷的因素，焊接时必须满焊，需另用不小于10mm厚钢板连接补偿。钢管柱安装过程中位置，倾斜度应及时纠正，可采用垂球法，也可以采用仪器进行现场观测，保证钢管柱的垂直度偏差控制在0.1%以内。钢管柱横向之间与纵向之间均采用[20a槽钢进行平连和剪刀撑连接，剪刀撑应按45°角度设置，保证钢管立柱的稳定性。
　　钢管柱接长及焊接横向连接时应搭设操作平台，具体做法为在条形基础上搭设临时双排盘扣式支架，间距1.5m×1.5m，步距1.5m，布置在钢管柱的两侧，沿架体外侧纵向每5跨每层应设置一根竖向斜杆，端跨的横向每层均设置竖向斜杆。作业层脚手板应满铺，并与横杆连接固定，外侧设防护栏杆并挂密目安全网。
　　5.2 贝雷片的安装
　　吊装前必须检查吊钩和钢丝绳是否有安全隐患，发现隐患及时更换。吊钩为厂家专用，不得随意更换。吊装前应将贝雷片用900型角钢支撑架连接成组，以防止贝雷梁放置时倾倒。在两侧工字钢上标识出每组贝雷梁的准确位置，方便吊装时准确就位。吊装贝雷梁必须采用两个以上点，且由专人指挥，人工辅助吊车准确就位。
　　5.3 支架的拆除
　　贝雷梁从一侧向另一侧拆除，拆除前检查各贝雷梁之间的连接，钢管柱与工字钢的连接。拆除时贝雷梁采用整体吊装，采用两台吊车进行贝雷梁拆除。先将最外侧贝雷梁进行吊拆。底板下使用倒链将贝雷梁拉到翼缘板外侧位置，拖拽时必须保持贝雷梁两侧对称，缓慢，匀速横移。拉绳应跟主横梁平行，防止拖拉过程中震动过摆或偏位。由于贝雷梁拖拽长度从近到远，拖拽时制作一个简易小滑槽，用千斤顶顶起贝雷梁，将小滑槽放入贝雷梁底部，减少其摩擦，便于拖拽，也防止贝雷梁在拖拽时扭转过大，降低了安全隐患。托拽在横梁端部加焊限位装置，防止贝雷梁从横梁掉落。吊装下来的贝雷梁及时分解拆除运出场地，保持施工场地整洁。
　　贝雷梁拆除完后，首先拆除钢管立柱顶部工字钢横梁，解除钢管立柱之间的横向连接和墩身之间的连接，然后用吊机一根根吊卸钢管立柱。
　　6 结 语
　　钢管柱贝雷梁支架结构简单，安拆方便，跨度大，承载力强，变形量小。在郑州南站市政配套工程高墩支架现浇梁的成功应用，为支架力学性能检算提供了参考，同时对同类工程也有一定的指导意义，提高了该工程的建设效率，降低了施工成本。
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