基于MIDAS/Civil的现浇连续拱桥箱梁组合式支架检算与施工技术

谢卿

【摘 要】文章结合工程实例，阐述利用MIDAS/Civil对现浇连续拱桥六四式单层军用梁及碗扣式满堂组合支架进行检算，同时详细介绍现浇连续箱梁施工工艺控制措施，可对类似工程提供参考。

【关键词】现浇连续拱桥；组合支架；施工技术

【中图分类号】U448 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0061-06

1 工程概况

某公路跨河桥结构形式为5跨上承式连续拱桥，跨度为（27.9+36+46+36+27.9）m，桥面宽度为23.5 m，基础为桩基础，桥梁上部结构采用现浇法进行施工。边跨0#台～1#墩（4#墩～5#台）之间采用碗扣式满堂支架施工；次边跨和中跨采用六四式单层军用梁及碗扣式满堂组合支架现浇施工。

次边跨1#墩～2#墩（3#墩～4#墩）之间纵向采用（15.5+15.0）m分跨简支梁结构，横向布置31片军用梁；中跨2#墩～3#墩之间纵向采用（13.5+13.0+13.5）m分跨简支梁结构，横向布置26片军用梁。支墩2、5、6、9号采用八三军用墩，基础均采用条形基础；支墩1、3、4、7、8、10号为八三军用墩，直接支撑于承台上。

军用梁上部横向铺设15 cm×15 cm的方木，纵向间距为60 cm；方木上铺设碗扣支架，顺桥向间距为60 cm；碗扣支架顶部横桥向铺设15 cm×15 cm的方木，再在其上顺桥向铺设一层10 cm×10 cm的方木。支架简图如图1所示。

2 支架主要技术参数

2.1 钢材

采用Q235钢，轴向容许应力[σ]=215 MPa，弯曲容许应力[σw]=215 MPa，剪切容许应力[τ]=125 MPa；弹性模量E=2.06×105 MPa，剪切模量G=7.9×104 MPa。

2.2 军用梁杆件容许轴力

六四式铁路军用梁是我国自行研制的、中等跨度适用的、标准轨距和1 m轨距通用的一种铁路桥梁抢修制式器材，是一种全焊构架、销接组装、单层或双层的多片式、明桥面体系的拆装式上承钢桁梁。各构件承载能力详见《六四式铁路军用梁手册》，按其设计承载能力输入至软件中。

2.3 八三墩容许承载力

基本钢材为16 Mn低合金结构钢，容许应力[f]=240 MPa，容许承载力见表1。

2.4 支架容许刚度

容许挠跨比：■≤■。

3 荷载

3.1 恒载

在主梁施工过程中，支架体系主要承受梁体自重，模板自重，施工机具、人员、施工振动荷载及支架体系自重。

新浇筑梁体自重：Pc=γ×h，混凝土容重取26 kN/m3；模板自重取1.0 kN/m2。

支架结构荷载：当计算碗扣支架时，若立杆间距为30 cm，取0.8 kN/m3，若立杆间距为60 cm、90 cm，取0.55 kN/m3；当计算军用梁支架时，钢构件重量由MIDAS/Civil程序自动计算，军用梁自重考虑了1.7倍的提高系数，以模拟各种配件的重量影响。

3.2 活载

施工人员、材料及施工机具荷载，计算支撑模板的纵、横梁时，均布面荷载取1.5 kN/m2；计算支架立柱及其他结构时，均布面荷载取1.0 kN/m2；振捣混凝土时产生的荷载，取2.0 kN/m2；浇筑混凝土时产生的冲击荷载，取2.0 kN/m2。

风荷载，其标准值按下式计算：

ωk=0.7usuzω0

式中：ωk为风荷载标准值（kN/m2）；us为风荷载体型系数，根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）规定，垂直结构us取0.8；uz为风压高度变化系数，依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）表8.2.1选用，此处取1.0；ω0为基本风压（kN/m2），依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）附录E.5选用，此处取0.65。

4 支架计算方法及模型

4.1 计算方法

支架结构采用以概率论为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行设计计算：

γ0 S≤R

式中：S为荷载效应，R为结构抗力，γ0为结构重要性系数。当支架结构布置形式相同时，仅取最不利荷载位置进行验算。军用梁支架采用MIDAS/Civil软件进行整体空间受力分析，按极限状态法进行检算。

4.2 荷载组合

各控制截面荷载组合结果见表2。

当计算军用梁支架时：计算强度荷载组合为1.2×（①+②+③）+1.4×③；剛度荷载组合为①+②+③；稳定性荷载组合为1.2×（①+②+③）+0.9×1.4×④。

其中，上部模板与支架总荷载②+③按1.0 kN/m计，由程序加载在军用梁上。

4.3 军用梁支架计算

4.3.1 计算模型

分别对次边跨1#墩～2#墩和中跨2#墩～3#墩临2#墩部分进行建模，利用MIDAS/Civil程序建立计算模型（如图2、图3所示）。

4.3.2 计算结果

支架整体变形如图4所示，结构形式为分跨简支，跨度为（15.98+15.48）m，最大挠度位于左跨跨中位置，净跨径为15.5 m，实际最大挠度为跨中挠度减去两端支点位移平均值f=31.4-（1.0+1.4）/2=30.2 mm支架整体变形如图5所示，结构形式为简支，跨度为13.48 m，净跨径为13.0 m，最大挠度位于跨中位置，跨中挠度f=23.4 mm

4.3.3 支墩整体失稳检算

支墩在荷载作用下的整体失稳第一模态如图6所示，对应的临界荷载系数K=10.0>1.5，满足要求。

4.3.4 基底应力验算

支墩反力见表3，基础顺桥向宽3.5 m，支墩立柱横向间距为1.75 m，在支墩立柱间距范围内验算基础应力。

支墩基础平均应力最大值为268.4 kPa，小于地基承载力特征值280 kPa，满足要求。

4.4 计算结论

通过计算结果分析表明，支架的强度、刚度及稳定性均满足规范要求并有一定的安全储备，可以满足施工需要。

5 现浇梁主要工艺及质量控制措施

5.1 模板安装

进场后对模板进行试验检测，各项数据满足要求后方可作为箱梁外模使用。箱室底模、腹板侧模的长边方向垂直于顺桥向，翼板底模的长边平行于顺桥方向。两块模板拼接处需承压于支撑方木上，如接缝处赶不上设计位置的方木，则采用局部加密方木来满足模板支承要求。外模安装顺序是先安装底模，再安装侧模，最后安装翼板底模。模板安装时从梁的一端开始，由中轴线控制。

在底板、腹板钢筋骨架及预应力管道经检查验收合格后，方可进行箱室模板安装，内模采用满堂支架作为支撑。内模安装完并经检查验收合格后，开始安装顶板钢筋骨架及预应力管道，腹板和横隔梁用对拉螺杆固定。内模底部采用开口式，砼浇筑时派专人下去振捣底板砼，并将砼面整平。每孔梁端顶部受力较小的部位留出60 cm×100 cm的孔，作为人员及材料通行的孔道，顶板钢筋在此处断开，并留有足够的搭接焊长度，待内模、支架拆除完，箱内杂物清除后，再进行封口。封口时，采用吊模法施工，预留口周边砼需进行凿毛，顶板断开钢筋全部进行焊接，封口砼采用与梁体同标号砼。

5.2 钢筋制作及加工

箱梁钢筋一次安装，首先安装底板和腹板部分，安装并支撑加固好内模后，安装顶板和翼缘板钢筋。按设计图进行绑扎、焊接。钢筋焊接、绑扎应符合规范要求。为保证混凝土保护层厚度，在钢筋与模板之间按梅花形错开放置砼垫块。

钢筋的绑扎顺序为底板、腹板→立内侧模→绑扎箱梁顶板及翼板钢筋→预埋件、预留筋。

受力钢筋焊接接头应设置在内力较小处，并错开布置。对于焊接接头，在接头长度区段内，同一根钢筋不得有2个接头。配置在接头长度区段内的受力钢筋，受拉区其接头的截面面积占总截面面积的百分率应满足不大于50%。电弧焊接头与钢筋弯曲处的距离不应小于10倍钢筋直径，也不宜位于构件的最大弯矩处。

5.3 波纹管安装

严格按照设计图纸和有关施工技术规范设置预应力孔道定位筋，以确保预应力孔道在砼浇筑等过程中始终处于设计的坐标位置。严格检查波纹管，确保其安装位置准确，管节连接平顺且紧密。沿纵向每隔50 cm左右设置一道，“#”字形φ8 mm定位钢筋，并点焊在主筋上，在管道转折控制点处定位筋应做加密处理，确保波纹管在砼浇筑过程中不出现变形、移位及漏浆现象。

波纹管安装就位后，必须严格按设计图纸所定坐标，用定位钢筋可靠定位，保证波纹管在砼振捣过程中不会发生移动。

5.4 预应力筋的下料及穿束

钢绞线和锚具在使用前对钢绞线重新作拉力试验，检验其抗拉强度及伸长率。同样，锚具进场后应作硬度和静载锚固性能试验。

钢绞线下料前应调直，计算好钢绞线的下料长度，钢绞线下料切割在∠50角钢焊制成的下料槽内进行。钢绞线切割下料使用砂轮机，不得使用火焰切割。

钢绞线穿束采用整束牵引。穿束过程中，钢束不得转动，应平直通过孔道。穿束后，检查两端钢绞线的编号，其位置是否对应正确，如不正确应调整一致。穿束后，钢束应能在管道内自由地滑动，否则应继续查明原因，采取措施。

穿束完成后，应检查钢绞线能否在孔内自由滑动，穿束完成后迅速安装锚具，锚具的安装应与设计对应，并应根据张拉两端钢绞线的编号对应安装。

5.5 砼浇筑与养护

每联混凝土纵向按区段依次浇筑，每区段混凝土分两次浇筑，第一次浇筑到顶板底，第二次浇筑翼板和顶板。第一次浇筑砼达到设计强度70%之后（根据天气情况适当调整），即可立好内模绑扎顶板钢筋，待第一次浇筑砼达到100%强度后，即可进行第二次浇筑翼缘板和顶板。

在浇筑顶板砼时，箱室顶板采用“分段向两边一端推进”的浇筑方式，浇筑翼板时，先浇筑翼板最外点，最后在腹板处合拢。施工时，必须保证其间隔时间不超过砼的初凝时间。为保证和桥面铺装层的连接，顶板砼表面用要拉毛。

砼分層浇筑，分层厚度不大于30 cm，水平往复、分层对称进行浇筑捣固，上层砼必须在下层砼初凝前灌注完毕。捣固采用插入式和平板式振动器配合，振捣棒移动间距为作用半径的1.5倍，插入下层混凝土10 cm左右，与模板保持5～10 cm距离，避免碰撞模板、钢筋、预埋件。

箱梁砼灌注完成后，由专人对外露面及时覆盖麻袋、土工布湿水进行养护，必须覆盖全部砼表面，保持持续湿润，确保足够的养护时间；养护时，应采取设置挡水埂等有效措施防止养护用水漫流，有组织进行排水，防止污染箱梁侧面。

在箱梁砼浇灌时，项目部将设技术人员专门对支架进行监测。

5.6 预应力张拉

张拉所用设备及材料应进行检查，不得使用有裂纹、伤痕、锈蚀的锚具、夹片，所有的钢束在张拉点之间能自由移动，同时构件可以自由适应在施加预应力时产生的水平和垂直移动。第一步先将钢绞线略微予以张拉，以消除钢绞线松驰状态，并检查孔道轴线、锚具、千斤顶是否在一条直线上，并要确保钢束中每根钢绞线受力均匀。

各梁段预应力钢索张拉必须在该梁段混凝土强度达到90%以上，并达到相应强度的弹性模量，混凝土凝期不少于7 d后方可进行，张拉顺序按施工顺序从外到内左右对称张拉。各节段横向预应力筋在纵向预应力筋张拉后再张拉，竖向预应力筋在此段横向应力筋张拉后再张拉。

预应力采用伸长量与张拉应力双控，以应力控制为主，伸长量误差应在±6%范围。当伸长量达不到设计要求时，应认真检查预应力管道位置及管孔。

张拉完毕后48 h之内完成孔道压浆。

5.7 封端

所有管道压浆完成后，即可进行封端。封端时，先将锚具周围冲洗干净并凿毛，然后设置钢筋网和浇筑封端砼。封端砼的标号必须符合设计要求。

5.8 支架拆除

当封锚砼强度达到设计强度以后，进行落架和模板拆除，支架落架采用上托下面的可调螺帽，内模及其支架由箱梁顶板预留天窗进人拆除。拆架时一定要先拆箱梁翼缘板后拆除底模，落架和外模拆除应对称、均匀、缓慢、有序地进行，先拆侧模底模，从跨中对称往两端拆。支架拆除宜分两阶段进行，先从跨中对称往两端松一次架，再对称从跨中往两端拆。支架和模板拆除后，及时进行保养维修，以备再用。多跨连续梁应同时从跨中对称拆除。

参 考 文 献

[1]CJJ 2—2008，城市桥梁工程施工与质量验收规范[S].

[2]JGJ130—2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[3]葛俊颖.桥梁工程软件Midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2013.

[责任编辑：陈泽琦]