软土地基大跨度混凝土箱梁支架设计与施工

田春生

摘 要：在天津港南疆复线公路桥工程3×32.7米预应力混凝土箱梁施工中，根据工程特点，对预应力混凝土箱梁支撑体系寻求新突破使用六四式军用梁，充分利用同济大学3D3S空间钢结构系统CAD软件建立三维立体模型，模仿施工过程中支撑体系变形，设计并优化军用梁支撑体系设计，保证了工程顺利施工，取得了良好的社会效益和经济效益。

关键词：六四式军用梁；支架体系；优化设计；

一、引言

天津港南疆复线公路桥工程引桥桥梁宽度为26.5米，为3×32.7米和4×32.7米现浇预应力混凝土连续箱形梁，箱梁梁高1.8米，橫断面为单箱5室结构，边肋板采用直腹板，悬臂宽2.0米，其中现浇长度1.88米，悬臂根部厚50厘米，端部厚15厘米。预应力混凝土连续箱梁顶、底板厚度为0.3、0.22米，跨中正常段腹板厚0.5米，支点加厚段腹板厚0.7米。其中3段3×32.7米梁和主桥2段直线段混凝土箱梁采用军用梁支架体系。

天津港南疆复线公路桥工程引桥箱梁施工主要有三个难点，一是地质条件差，即新吹填土或淤泥土；二是桥梁宽度、跨度较大，宽度为26.5米，跨度为32.7米；三是桥梁底板存在纵横双向坡度，给支架体系施工带来了一定影响。

二、支架体系方案的设计及计算

2.1支撑结构设计

在临时承台及工程承台上，安装Φ630mm，δ=12mm的圆钢管做为支撑立柱，临时承台上的钢立柱横向间距为2.4米，纵向间距为2.0米；工程承台侧的钢立柱，上下行承台间钢立柱间距为3.9米，其他间距为2.4米，纵向间距3.12米。钢立柱顶部焊接钢板，顺桥向采用3拼56b工字钢做为小纵梁，3拼工字钢在接触横梁部位焊接δ=10mm钢板，在军用梁的两个主要支撑部位采用双拼56b工字钢做为横梁，支撑军用梁。

3、军用梁体系验算

3.1荷载施加状况

序号 部位 重量（KN） 备注

1 混凝土梁重 15447.5 一跨

2 模板重 770.9 含一跨木方重

3 脚手架 693.6 一跨最大高度4米

4 轨枕及配件 212.42 一跨

5 军用梁重 1179.4 一跨

6 工字钢重 330.75 跨中部位

7 临时承台重 3845.63 跨中部位

8 螺旋钢管 490.5 跨中部位，高度取10米

说明：每立方米钢筋混凝土重取26KN/m3计算；

单位面积活荷载取6.0 KN/㎡（取规范最大值）。

六四式军用梁承受组合荷载=（1+2+3+4+5）×1.4+（32.7×22.5×6）×1.2

工字钢承受组合荷载=六四式军用梁承受组合荷载

临时承台承受组合荷载=六四式军用梁承受组合荷载+（6+8）×1.4

临时钻孔灌注桩承受荷载=临时承台承受组合荷载+7×1.4

3.2六四式军用梁支撑体系验算

六四式军用梁支撑体系是由临时桩基、临时承台、钢立柱支撑、56b工字梁、六四式加强军用梁及脚手架六部分组成，在方案确定后对以上六个部分分别进行复核验算。其中脚手架的布置方案已得到施工验证在此不需进行验算。其中六四式加强军用梁和钢立柱采用同济大学3D3S空间钢结构系统CAD软件进行验算，临时承台采用MorGain 结构快速设计程序进行荷载验算并进行结构配筋设计，56b工字梁及桩基承载力由手工进行验算。

1）六四式加强军用梁验算

首先，需要了解六四式加强军用梁基本杆件的断面特性和承载能力。

构件名称 杆件

部位 材质 断面组成 断面积cm2 计算长度cm 承载能力 说明

受力状态 承载力

加强三角21

N1 15锰钒氮

2[16b

50.30

400 受拉 140

受压 142/152

受挠

N2 16锰 2[8 320.48 250 受拉 42

受压 42

N3 16锰 2∟50×50×5 受压 10

N4 16锰 2∟50×50×5 受压 10

N5 16锰 2∟50×50×5 受拉 8

标准弦

杆节点 15锰钒氮 受拉 140

端构架②

N1 16锰 2[16a 43.90 200 受压 86

受挠 71

N2 16锰 2[10 25.48 150 受压 54

N3 16锰 2[10 25.48 180 受压 55

N4 16锰 2[8 20.48 180 受压 41

N5 16锰 2∟50×50×5 受拉 10

标准弦

杆节点 16锰 受拉 45

加强弦杆23 15锰钒氮 2[16b 50.30 400 受拉 140

端弦杆④ 16锰 2[16a 43.90 300 受压 100

然后，计算军用梁每个节点荷载

恒荷载qdk〞=31.27×1÷2=15.64（KN）

活荷载qlk〞=7.2×1÷2=3.6（KN）

其次，在3D3S空间钢结构系统CAD软件中建立六四式加强军用梁三维立体结构模型，并依据基本杆件断面特性，将立体结构模型中的杆件进行杆件材料特性定义，对结构模型进行检查删除重复节点，确定军用梁的约束点及约束方式。建立节点荷载库恒荷载、活荷载及荷载组合方式，确定荷载方向，将荷载施加在军用梁节点。

选择内力分析，依据《钢结构设计规范》（GB50017—2003）定义基本杆件计算长度，并选择钢结构规范；进行优化处理后进行整体结构计算。

*输入荷载库中的活荷载：

序号 Px（kN） Py（kN） Pz（kN） Mx（kN.m） My（kN.m） Mz（kN.m）

1 0.0 0.0 -15.64 0.0 0.0 0.0

*输入荷载库中的活荷载：

序号 Px（kN） Py（kN） Pz（kN） Mx（kN.m） My（kN.m） Mz（kN.m）

1 0.0 0.0 -3.6 0.0 0.0 0.0

荷载组合

（1） 1.20 恒载 + 1.40 活载工况1

（2） 1.20 恒载

工况位移图（黑点表示最大位移所在节点 单位：mm）

“合位移”最大的前 10 个节点位移表 （单位：mm）

序号 节点号 组合号 组合序号 X向位移 Y向位移 Z向位移 位移平方和

1 116 1 1 1.4 -0.0 -27.8 27.8

2 115 1 1 1.4 0.0 -34.8 34.8

3 119 1 1 1.4 -0.0 -37.5 37.6

4 120 1 1 1.4 0.0 -43.5 43.6

5 114 1 1 1.8 -0.0 -47.4 47.5

6 111 1 1 1.8 0.0 -47.4 47.5

7 110 1 1 1.7 0.0 -43.5 43.5

8 109 1 1 1.7 -0.0 -37.4 37.5

9 124 1 1 1.6 -0.0 -34.4 34.5

10 123 1 1 1.6 0.0 -27.4 27.5

设计验算结果

以上计算以16.48米六四式加强军用梁为例，在实际计算中32.48米军用梁同样进行了计算，32.48米军用梁与16.48米军用梁计算结果无论是从杆件刚度、整体变形位移基本相同。243个基本杆件满足施工要求（16.48米军用梁计算结果）。

三、支架体系使用后验证

六四式军用梁在本工程施工中解决了软土地基上大跨度桥梁施工的难题。军用梁拼装及安装不占用施工时间，即不影响施工工期。六四式军用梁在混凝土施工过程中沉降变形小，桥梁混凝土结构未出现由沉降引起的桥梁混凝土裂缝，桥梁底板混凝土平顺。

四、结论

目前混凝土桥梁混凝土结构施工中支架基礎处理方式是多种多样的，结合工程特点，选择更优化的支撑方案，在桥梁混凝土结构施工中是值得进一步探讨。本方案设计计算中使用同济大学3D3S空间钢结构系统CAD软件，减少了人力投入，加快了方案设计，并且能够通过计算机准确展现了施工过程的工况。

施工期间通过改进军用梁平面布置设计，节约了部分材料，支撑方式使施工工艺更便捷、安全更可靠。由于对军用器材认知度少，使此方案中存在一定缺陷和浪费，若在施工中将钢立柱改用八三式军用墩，将为工程节约部分经济效益。

参考文献：

[1] 《天津港南疆复线公路桥设计施工图纸》

[2] 《天津港南疆复线公路桥岩土工程勘察报告》

[3] 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）

[4] 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）