跨大李沟变截面箱梁贝雷组合支架应用的研究

卢清碧LU Qing-bi

（中建三局基础设施建设投资有限公司，武汉430000）

0 引言

随着科学技术的不断发展，钢管贝雷组合支架体系越来越多应用在桥梁施工中。以往现浇支架多采用传统手工计算的方法，对于简单支架较为可靠；但对于大型复杂且受动荷载的支架体系，手工计算不仅无法贴合实际生产，而且还会由于计算错误导致一系列危险事故[1-3]。运用MIDAS/civil 软件进行模拟计算，不仅保证了设计的安全性，还可以优化方案，同时有利于现场施工。

1 工程背景

襄阳东西轴线项目由樊城西北侧流入城区，呈南西—北东流向，汇入小清河，常年有活水，水深约0.5m，在汛期时水流量较大。大李沟河道两侧岸坡及河底均已硬化防护，现状沟槽断面为宽11 米，底板为25cm 砼和1.2m 砂砾石，两侧为混凝土重力式挡墙，挡墙高2.0m，底部50cm 混凝土垫层。

采用常规支架方法进行箱梁施工，施工难度大，危险性高，采用双层叠拼贝雷和支架桩的方法，将大大缩减施工工期，同时保证了施工质量和安全。

2 支架结构设计

跨大李沟变截面现浇预应力箱梁共设计支架桩29根，其中 10m 长支架桩 6 根、15m 长支架桩 22 根、20m 支架桩1 根。另外，位于主线桥承台上的小承台共9 座，其中有3 座需局部扩大主线桥承台。

查《装配式公路钢桥多用途使用手册》[4]可知贝雷梁截面特性及力学参数，故采用的支架布设型式分别为：

岸坡以上区域（10m 长支架桩）从下至上分别是压实过的原状土+50cm 碎石土+20cmC20 垫层混凝土+50-12cm 高条基+双拼H700+贝雷（单层或者双层）+工18+盘扣支架+横纵工12.6+木方+竹胶板。

跨沟区域（15-20m 长支架桩），架体由直径100cm 混凝土灌注桩基础+820×16 毫米钢管立柱（630×16mm 钢管立柱）+双拼H700 型钢+贝雷梁+盘扣架体组成。支架桩平面图如图1 所示。

图1 跨大李沟支架桩平面图

3 数值计算及模拟

3.1 支架底模系统验算

基本数据：竹胶板采用1.5cm 厚，纵向分配梁为木方，梁端实心区及腹板区截面尺寸为100×200mm，空箱区截面尺寸为100×100mm，木方间距均为200mm，木方下布设横向分配梁工12.6，间距为1200mm。

结构验算采用三等跨连续梁受均布荷载模型计算，最大弯矩、剪力及变形公式如下所示：

荷载统计：

据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》[5]及《混凝土结构工程施工规范》[6]相关规定，荷载分别为竹胶板 0.12kN/m2、木方为 0.08kN/m、工 12.6 为 0.142kN/m，混凝土为26kN/m3，施工荷载为4kN/m2。

强度计算：

根据《混凝土结构工程施工规范》[6]（GB50666-2011）规范式进行计算：

式中：

SQiK——第i 个永久荷载标准值产生的荷载效应值；

SQjk——第j 个可变荷载标准值产生的荷载效应值；

ψcj——第j 个可变荷载的组合系数，宜取 ψcj≥0.9。

3.1.1 木方强度验算

实心区及腹板区箱梁厚度最大为2.2m，木方中心间距200mm。顶底板总厚度为0.97m，木方中心间距0.2m。工字钢间距为1.2m，因此计算跨度取1.2m。强度、刚度计算相关数据如表1、表2 所示。

表1 木方强度计算数据

表2 木方刚度计算数据

实心区及腹板区、顶底板加厚区的最大正应力均小于12N/mm2，最大剪应力均小于1.2N/mm2，故强度符合要求。

实心区及腹板区、顶底板加厚区的变形值均小于3mm，故刚度符合要求。

而空箱区比顶底板加厚区更有利，故能满足要求。综上所述，木方实心区及腹板区、顶底板加厚区的强度、刚度均符合要求。

3.1.2 工 12.6 强度验算

工12.6 间距为1.2m，下方是间距0.6m 或1.2m 的盘扣架立杆。实心区及腹板区计算跨度取0.6m。顶底板加厚区计算跨度取1.2m。 强度、刚度计算相关数据如表3、表4 所示。

表3 工字钢强度计算数据

表4 工字钢刚度计算数据

梁端实心区及腹板区、顶底板加厚区及空箱区的最大正应力均小于205N/mm2，最大剪应力均小于100N/mm2，故强度符合要求。

梁端实心区及腹板区、顶底板加厚区及空箱区的变形值均小于1.5mm，故刚度符合要求。

综上所述，工字钢梁端实心区及腹板区、顶底板加厚区及空箱区强度、刚度均符合要求。

3.2 盘扣架承载力验算

盘扣架布置分为三个区域，梁端实心区及腹板区、空箱区和顶底板加厚区。

在实心区和腹板区盘扣架布置为0.6m×1.2m，步距为1m，在空箱区及顶底板加厚区，盘扣架布置为1.2×1.2m，步距为1.5m。

梁端腹板区及实体区每根立杆的承担截面0.6m×1.2m×2.2m 的砼重量；空箱区及顶底板加厚区每根立杆的承担截面1.2×1.2m×0.97m 的砼重量。

表5 稳定性计算

梁端腹板区及实体区、空箱区及顶底板加厚区稳定性均小于300，满足要求。

3.3 贝雷材料参数

16Mn 极限应力设计值：抗拉、抗压、和抗弯强度设计值 f=305（N/mm2）。

抗剪强度设计值 fv=175（N/mm2），根据翼缘区、腹板区、及腹板区横断面面积，将荷载分布在贝雷梁上，具体如表6 所示。

表6 荷载分区表

3.4 数值模拟计算

模型建立，加载荷载。

荷载组合：1.35 混凝土自重+1.4（施工荷载+倾倒荷载）+1.2 架体自重，施工荷载：2.5kPa，混凝土倾倒荷载：2.0kPa。贝雷计算结果具体如图2-图5 所示。

图2 贝雷弦杆轴力图（单位：kN）

图5 贝雷斜杆轴力图

纵梁（贝雷梁）弦杆最大轴力为517.7kN＜560kN，竖杆最大轴力为165.1kN＜210kN，斜杆最大轴力为165.1kN＜171.5kN，支撑位置采用竖杆加强，竖杆最大轴力317.1kN＜210×2=420kN。最大位移40.17mm＜27000/400=67.5mm。

图3 雷跨中竖杆轴力图

图4 贝雷支撑位置竖杆轴力图

4 现场实践

在箱梁施工过程中进行预压荷载计算，采用预制混凝土块堆载预压，采用三级预压，依次施加的荷载为单元内预压荷载值的60%、80%、100%。自每跨跨中向墩柱两侧对称吊装，进行加载预压。在预压完成以及数值模拟计算分析的基础上，做好准备工作。在质量措施方面：①振捣点间距控制在40～50cm 以内；②每层砼浇筑厚度控制在30cm 左右，振捣棒插入深度为5～10cm 为宜；③在桥面范围内布置标高桩控制平整度。对箱梁的沉降进行观测，现场施工图如图6 所示，箱梁观测点如图7 所示；沉降观测所得数据如表7 所示。

表7 箱梁沉降观测数据

图6 叠拼贝雷现场施工图

图7 箱梁沉降观测点位置

通过对沉降观测数据分析发现，沉降值满足要求。

5 结语

①本文通过运用数值计算及模拟分析软件，大大降低了施工风险，缩短了施工周期，为项目节约了施工成本；同时为跨沟跨河现浇预应力箱梁提供了可参考的施工方法和工艺。

②双层叠拼贝雷的应用最小限度的占用河道，对汛期防洪和施工安全具有指导作用；同时为绿色施工打下了良好的基础，具有普遍推广的意义。