大跨度铁路连续梁桥现浇支架设计

向德军

【摘 要】为保障大跨度铁路连续梁桥支架结构施工期安全、稳定，桥梁成桥线形及内力满足设计要求，文章以黔张常铁路联络线特大桥跨新河（40+64+36）m连续梁桥为工程实例，通过对该桥支架系统的设计计算，重点分析支架力学特性及杆件优化。计算结果表明：支架系统强度、刚度及稳定性均满足规范要求，且具有一定的富余量，力学指标合理，为今后类似工程提供参考和经验。

【关键词】桥梁工程；大跨铁路桥；连续梁桥；支架检算

【中图分类号】U445.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）01-0074-03

1 工程概况

支架现浇因节省工期，在现代桥梁施工中的运用比较广泛[1-3]。新建黔张常铁路站前工程10标联络线特大桥跨新河连续梁桥跨度为（40+64+36）m预应力混凝土桥，采用支架现浇施工。该桥48#～51#墩为连续梁墩身。50#和51#墩高度为6 m，48#墩高为8 m，49#墩高为7 m，墩身坡比均为40∶1。梁底部宽度为6.7 m，顶部宽度为12 m，最大梁高5.19 m。梁体采用三向预应力。该桥跨新河，50#墩位于新河内，支架设计及施工是本工程的重难点。连续梁支架采用钢管柱贝雷梁支架，在承台上搭设钢管柱，河内钢管柱采用打板机进行打插，打插至无法贯入位置，岸上钢管柱立在扩大基础上，在钢管柱上搭设“工”字钢，再安装贝雷片，贝雷片上布置“工”字钢横梁，横梁上设置“工”字钢纵梁，纵梁上布置两道方木，再安装模板。连续梁采用两次浇筑成型，梁体采用C55混凝土。

本项目施工工期紧，跨越既有河流，结构跨度大，设计采取支架现浇施工，受力复杂，较传统的施工方法面临较大的难度。因此，为保障工期，设计合理的支架形式，确保施工安全、提高施工质量、降低成本，使桥梁结构达到合理的成桥内力及线形，是本项目面临的重大挑战。

2 支架设计方案

联络线特大桥跨新河连续梁桥，由于主墩50#墩位于新河内，故连续梁支架需要在河中进行钢管柱打插，在河岸上的钢管柱基础采用混凝土扩大基础。钢管柱采用630 mm×8 mm规格，间距分别为6 m和12 m，其中新河河堤两侧钢管柱间距为12 m，其余钢管柱间距为6 m；钢管柱上设置I32a“工”字钢横梁。“工”字钢上设置贝雷梁，总计6组贝雷梁，翼板两侧各1组，底板处设置4组，贝雷梁上设置间距为1 m的I28a“工”字钢横梁，横梁上布置间距为60 cm的I20a“工”字钢纵梁，纵梁在连续梁腹板的位置加密，间距为30 cm。I20a“工”字钢纵梁上设置10 cm×10 cm方木，连续梁底板處方木间距为60 cm，腹板处为30 cm，横梁上设置间距为30 cm的方木作为纵向分配梁。分配梁满铺18 mm厚竹胶板。

3 支架受力分析

3.1 荷载及工况定义

作用于结构上的荷载，考虑永久荷载（恒荷载）和可变荷载（活荷载）两类[4]。荷载种类及取值见表1；荷载组合见表2。

3.2 结构有限元模拟

本桥支架体系庞大，施工难度大，杆件数多，受力复杂，为了提高计算精度及效率，采用Midas/Civil 8.3.2 R1有限元软件进行仿真计算，进行结构有限元计算分析。结构采用三维梁单元进行模拟。支架体系在受力上，边、中跨相对独立，每一跨都是一个独立的力学作用体系，因此每跨分别建立模型进行计算。支架体系上的外荷载以线荷载的形式进行力学简化模拟，作用于相应的构件上。在不同工况作用下，荷载分区域模拟主要考虑主梁高度变化、截面形式，分3个区域段（翼缘板受力、腹板受力、顶底板受力）进行添加，用均布线荷载及梯度线荷载进行模拟。为详尽地模拟支架体系受力，40 m边跨模型共有单元57 796个，节点33 782个；36 m边跨模型共有单元57 751个，节点33 751个；主跨64 m模型共有单元94 854个，节点55 658个。

3.3 结构计算分析

每跨支架体系杆件规格一样、结构布置形式类似，且新河两河堤分别位于64 m主跨及36 m边跨处，相邻钢管柱间距最大，达12 m。因此本文以最不利结构，中跨64 m支架系统为研究对象，分析其结构力学特性，对支架受力进行研究，从工程应用角度提出优化建议。工况一（静荷载）作用下支架整体受力如图1所示。

从图1可看出，结构应力超限，最大应力位于I32a“工”字钢横梁及贝雷梁竖杆处。I32a“工”字钢横梁最大应力smax=246.9 MPa>f=215 MPa，tmax=130.7 MPa>f=125 MPa；贝雷梁竖杆最大应力smax=354.6 MPa>f=310 MPa。计算分析表明，I32a“工”字钢横梁弯曲应力、剪应力较大值均出现在12 m跨钢管柱处（即新河河堤两侧钢管柱处），该区域为支架系统最大跨度区域（跨度达12 m），需对该区域横梁进行加强。力学分析表明，为改善结构受力，可减小相对跨度或增加结构刚度。本桥为节约工期和成本，采取增大结构刚度，选用三拼I32a“工”字钢。贝雷梁竖杆应力超限，不满足设计要求，需加强竖杆。加强竖杆采用双槽钢（16Mnq或Q345钢，截面类型为100×48×5.3/8.5），如图2所示。加强后，I32a“工”字钢横梁smax=172 MPa截面加强后，工况二（刚度计算）作用下，I32a“工”字钢横梁变形最大竖向挠度为3.7 mm。由《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）附录A.1，容许挠度[uT]=l/400，umax=3.7 mm<3 050/400=7.625 mm，满足要求。贝雷梁变形最大竖向挠度为10.6 mm。由《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）附录A.1，容许挠度[uT]=l/400，umax=10.6 mm<12 000/400=30 mm，满足要求。

支架体系承受较大竖向荷载，构件稳定问题将直接关乎结构的安全及使用。贝雷梁竖杆相对于630 mm×8 mm钢管柱和模板下的48 mm×3.5 mm扣件钢管，需考虑面内及面位稳定问题。对于加强截面，采用双槽钢（16Mnq或Q345钢，截面类型为100×48×5.3/8.5），截面积为A=2 511.8 mm2；截面回转半径计算如下：

对于40 m、36 m边跨，计算分析表明，36 m边跨跨新河河堤处，630 mm×8 mm钢管柱间距12 m，贝雷梁竖杆及I32a“工”字钢横梁仍为结构受力的薄弱环节，呈现与中跨受力相同特征，采用相同的方法加强；40 m边跨，钢管柱间距均为6 m，结构计算均能满足要求。

本桥支架体系复杂，施工时需严格按照规范规程、施工经验进行支架的搭卸[5-6]。

4 结语

支架设计，除了满足结构力学指标外，还需要考虑施工期支架搭设存在的一些误差，如尺寸误差、材料初始缺陷、荷载误差等。因此，设计时需具备一定的富余量，以保障结构及人员的安全。支架设计本质上是力学知识的深化与应用，改善杆件受力特性可从截面剛度、杆件跨度、材料特性等方面进行优化设计，此乃力学知识在工程实际中的应用。联络线特大桥跨新河连续梁桥支架刚度、强度及稳定性验算结果表明，该支架系统力学性能满足规范要求，且具有一定的富余量。本桥现已施工结束，施工期支架安全稳定，变形满足规范及行业标准要求，梁体线形满足设计要求，可为今后类似支架设计提供参考。

参 考 文 献

[1]王勇峰.跨铁路支架现浇箱梁施工方案[J].铁道建筑，2010（7）：53-56.

[2]陈彦彬.大跨度连续梁支架现浇设计[J].四川建筑，

2014，34（5）：165-167.

[3]毕永清.钢管支墩与贝雷梁支架在现浇梁施工中的应用[J].施工技术，2011，40（13）：84-86.

[4]GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[5]JGJ 130—2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[6]TB10203—2002，铁路桥涵施工规范[S].

[7]吴伟国，蒋鑫，杜召华，等.高墩连续梁桥满堂碗扣式支架施工安全控制研究与应用[J].公路工程，2013，38

（6）：206-212.

[8]唐政.高墩连续梁桥新型支架现浇设计[J].四川建筑，2015，32（2）：226-228.

[责任编辑：钟声贤]