桥梁盖梁支撑体系研究

高国顺

(葛洲坝集团 第六工程有限公司，湖北 宜昌443002)

1 工程概况

实证研究中湖北大广北高速公路土河大桥位于武汉市新洲区，起点桩号为K70 +636.24，终点桩号为K71 +021.76，桥长385.52 m。大桥0#台～7#墩位于半径R=5 500 左偏圆曲线内，7#～19#台位于直线段，全桥2%的双向横坡，下部构造采用柱式墩或肋台，钻孔灌注桩。上部构造为19 m ×20 m 预应力空心板梁。梁高0.9 m，采用先简支后连续施工工艺。共有36片盖梁，盖梁尺寸为1 269 cm×150 cm×130 cm。

2 盖梁支撑体系选择

实证研究中的土河大桥桥墩较高，且桥墩均为柱式墩或肋台的具体情况，充分考虑施工成本经济性、技术安全可靠性、施工操作便宜性等因素，经过慎重比选，采用剪力销支架方案。剪力销支架法施工是在墩柱顶下方某处预留孔道，盖梁施工前将钢棒插在预留孔道，盖梁施工荷载通过支架传至穿过预留孔道的钢棒，待混凝土达到强度后拆除模板，最后拆除支架。剪力销支架法施工最大的优点是支架、模板及整个盖梁的重量通过剪力销支架传至墩柱，传力途径简单明了，不存在支架下沉的问题，施工不受场地限制，结构安全性高。

3 支撑体系设计

立柱施工时，于外侧立柱顶以下70 cm、内侧立柱顶以下84 cm 处各安放一个ф100PVC 管作预留孔。在盖梁模板与支架拆除后，用同标号水泥浆按压浆方法将预留孔填充。在每根立柱的预留孔内安放一根长1.8 m 的ф80 钢棒，每端伸出立柱30 cm，做盖梁底模纵梁40 a 工字钢的底支撑。盖梁模板支架采用工字钢作纵梁，每侧1 根40 a 工字钢，单根长12 m。工字钢主梁上铺设20 cm×12 cm 方木作为施工横梁，每根长4 m，墩柱外侧各设4 根，两墩柱之间设置11 根，布置间距如图1。

图1 盖梁模板、支架布置图

4 受力分析

盖梁施工过程中，主要所受荷载为:盖梁钢筋混凝土重量，模板、纵梁、横梁自重，施工人员、机具重量，振捣混凝土产生的荷载，浇筑混凝土产生的冲击荷载(不考虑风力影响因素)。

5 支撑体系验算

5.1 荷载计算

总长L=12 m，工字钢悬臂L1=2.6 m，墩柱净距L2=5.6 m

5.1.1 盖梁砼重量

5.1.2 模板、支架自重

1)盖梁两侧各设置一根40 a 工字钢作为施工主梁，长12 m

2)主梁上铺设20 cm×12 cm 方木作为施工横梁，每根长4 m，墩柱外侧各设4 根，两墩柱之间设置11 根，间距见图一。查《路桥施工计算手册》知方木荷载为5 kN/m3

3)方木上铺设盖梁定型钢模板，荷载按1.5 kN/m2计算，定型钢模板为51.93 m2

5.1.3 施工人员、机具重量

《路桥施工计算手册》荷载按2.5 kN/m2

5.1.4 振捣砼产生的荷载

查《路桥施工计算手册》振捣砼产生的荷载为2 kN/m2，砼浇筑产生的冲击荷载为2 kN/m2

5.1.5 荷载分项系数

静荷载为1.2，活荷载为1.4。

5.2 横梁、主梁及钢棒验算

5.2.1 横梁验算

横梁受力简图如图2。

图2 横梁受力简图

20 cm×12 cm 方木的截面矩w=bh2/6 =20 ×122/6 =480 cm3，惯性矩I=bh3/12 =20 ×123/12 =2 880 cm4，弹性模量E=9 ×103N/mm2。

作用于横梁上的荷载Q横=［(q1+q3+q4+q5)×1．2 +q6×1.4 =［(598 +9.12 +77.9 +47.6)×1.2 +76.1 ×1.4］/(12×1.5)=54.8 kN/m2

间距按0.5 m 计算，横梁所受荷载q横=54.8 ×0.5 =27.4 kN/m

弯矩M=1/2 ×q横×L3×x×［(1 -a/x)×(1 +2a/L3)-x/L3］

a=0.15 m，L3=1.2 m，当x=a+L3/2 =0.15 +1.2/2 =1.1 m 时弯矩、挠度最大

应力σ =M/w=2. 95 ×103/480 =6. 15 MPa ＜［σ］=11 MPa

挠度f=q横L34/384EI×(5 -24 ×a2/L32)=27.4 ×103×1.24/(384 ×9 ×109×2 880 ×10-8)×(5 -24 ×0.152/1.22)=2.64 mm

20 cm×12 cm 方木作横梁满足施工要求

5.2.2 主梁验算

主梁受力简图如图3。

图3 主梁受力简图

40 a 工字钢的截面矩w=1 090 cm3，惯性矩I=21 720 cm4，弹性模量E=2.1 ×105N/mm2。

作用于主梁上的荷载Q主=［(q1+q2+q3+q4+q5)×1．2+q6×1. 4］/ (12 ×1. 5)= (598 +16. 224 +9. 12 +77. 9 +47.6)×1.2 +76.1 ×1.4］/(12 ×1.5)=55.84 kN/m2

主梁间距按1.5 m 计算，主梁所受荷载q主=55.84 ×1.5 =83.8 kN/m

弯矩M=1/2 ×q主×L4×x×［(1 -a/x)×(1 +2a/L4)-x/L4］

a=2.6 m，L4=6.8 m，当x=a+L4/2 =2.6 +6.8/2 =6 m时弯矩、挠度最大弯矩M=1/2 ×83.8 ×6.8 ×6 ×［(1 -2.6/6)×(1 +5.2/6.8)-6/6.8］=201.1 kN·m

应力σ =M/w=201.1 ×103/1090 =184.5 MPa ＜［σ］=215 MPa

挠度f=q主梁6.84/(384 ×2. 1 ×1011×21 720 × 10-8)× (5 - 24 × 2. 62/6.82)=15.3 mm

40 a 工字钢作主梁满足施工要求。

5.2.3 钢棒钢验算

采用直径8 cm 钢棒，两端各外露0.3 m，钢棒的性质如下:

截面矩w=πd3/32 =3.14 ×83/32 =50.24 cm3，惯性矩I=πd4/32 =3.14 ×84/32 =401.92 cm4，截面积A=πr2=3.14×4 ×4 =50.24 cm2

钢棒荷载q钢=55.84 ×12 ×1.5/4 =251.28 kN

抗剪σ=q钢/A=251.28 ×103/(50.24 ×102)=50 MPa ＜［σ］=125 MPa

直径8 cm 钢棒作主梁支撑满足施工要求。

结论:按照以上布置的方木、工字钢、钢棒均能满足受力要求。

6 结语

实证研究中的土河大桥盖梁采用剪力销支架方案，搭设托架不受地形影响，拆装方便，加快了施工进度，大大节省了资源的投入，提高了材料的利用率，安全性好，施工操作误差小，高墩盖梁施工效果良好。