跨线立交匝道高墩现浇梁支架设计及应用研究

李小鹏 孙金烈

（中铁二十二局集团第三工程有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

到2035年，现代化高质量国家综合立体交通网基本建成，“全国123出行交通圈”（都市区1 h通勤、城市群2 h通达、全国主要城市3 h覆盖），某城市高架正处于该背景下，该公司积极探索“四新”技术，努力参与其中。该文以某城市高架跨线立交匝道高墩现浇梁支架设计为例，详细介绍了钢管贝雷支架在跨匝道高墩现浇梁中的设计及应用，对其结构进行理论计算与可靠性分析，从而保证后续桥梁施工组织科学、施工合理以及安全可控。

1 项目概况

某城市高架立交由8条匝道组成，总体分上、下5层互通式结构，某联跨现浇梁墩高24.2 m为立交区高墩柱，箱梁结构形式为2×30 m两跨预应力现浇连续小箱梁，梁高1.8 m。该桥梁地处某城市二环内，且毗邻交通主干道，周边交通复杂，施工期间不临时封闭周边交通，无法采用满堂式支架进行施工。由于桥梁施工周边交通组织难度大、施工工期紧，因此采用钢管柱贝雷梁支架进行施工。

2 支架设计

该工程支架采用“钢管柱+贝雷梁”结构形式，主要材料如下：钢管柱630mm×10mm钢管，主横梁为双拼I45a工字钢，贝雷梁采用“321”型，分配梁为I12.6工字钢，间距0.6m。现浇梁支架纵向设置三处临时支墩，其中近支点处设置单排临时支墩，跨中为双排管中心间距3 m格构型临时支墩，如图1所示；临时支墩横向由5根钢管组成，钢管间采用斜缀条和平联使钢管间形成整体，斜缀和平联通过缀板连接，如图2所示。

图1 现浇梁支架设计图（单位：mm）

图2 现浇梁支架断面设计图（单位：mm）

3 支架结构计算

3.1 主要材料参数及特性

Q235钢材：抗拉、抗压、抗弯强度设计值[]=205N/mm（MPa）；抗剪强度设计值[f]=120N/mm；钢材弹性模量=2.06×105N/mm。

杉木（TC11-A）：抗弯[f]=11.0N/mm；顺纹抗剪[f]=1.4N/mm；顺纹抗压及承压[f]=10.0N/mm；弹性模量=9×10N/mm；自重=4kN/m。

覆面竹木胶合板：抗弯强度[f]=25N/mm；弹性模量=7.5×10N/mm；抗剪强度[f]=1.6N/mm；自重=0.034kN/m。

贝雷片：单排单层不加强贝雷片（300cm×150cm×10cm）几何特性如下。截面模量=3578.5cm；截面惯性矩=250497.2cm；弹 性 模 量=2.1×105N/mm；弯 矩[]=788.2kN·m；剪力[]=245.2kN；单片质量（含插销、支撑架及其他配件）=3kN/片。

受弯构件允许变形值取值如下：1）木结构。对比GB50005—2017《木结构设计标准》规定长度≤3m时挠度限值[]=/200、JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》结构表面外露的模板，变形值为计算跨度的/400。按对安全较有利的/400取值。2） 钢结构。[]取/400。

3.2 荷载

—模板支架自重，木模、方木支撑取1.0kN/m；贝雷片取3kN/片；I45a工字钢0.788kN/m；I12.6工字钢0.139kN/m；1.2cm厚钢板0.942kN/m。—箱梁自重荷载，砼重度取26kN/m；腹板处：26kN/m×1.8m＝46.8kN/m（梁高1.8m）；跨中标准段：26kN/m×0.5m=13kN/m（顶、底板厚0.25m）；近支点渐变段：26kN/m×0.65m=16.9kN/m（顶0.25m、底板厚0.4m）；翼缘板：26kN/m×0.73m（0.32m、0.2m）=18.98kN/m（8.32kN/m、5.2kN/m）（边腹板外第一根立杆处厚度0.73m，第二根立杆处厚度0.32m，翼缘边0.2m）。—施工人员及施工设备、施工材料荷载，取2.0kN/m。—振捣砼产生的振动荷载，取2.0kN/m。—新浇砼对侧模的压力。—砼入模时产生的冲击荷载，取2.0kN/m。—风荷载。

3.3 结构检算

8cm×8cm方木计算（方木顺桥间距腹板下20 cm、箱室下30 cm，翼缘25 cm），

根据钢管贝雷梁纵断面图、桥梁各部信息列表，1#墩~2#墩，230m梁。端部7.75 m变截面面积=6.69 m，跨中直线段截面面积=5.61 m。贝雷片含配件每片3.0 kN，贝雷片自重线荷载14 kN/m，贝雷桁架梁的物理几何特性见表1。

表1 贝雷桁架梁的物理几何指标

模板、方木自重线荷载为10 kN/m；I12.6工字钢自重线荷载为1.13 kN/m；弧形架自重线荷载为2 kN/m；施工人员及施工设备、施工材料线荷载为20 kN/m；振捣砼产生的振动线荷载为20 kN/m。倾倒砼产生的振动线荷载为20 kN/m。

根据箱梁截面进行荷载分布，单位线荷载如下。

贝雷梁中墩支反力最大2503 kN，已知梁体平直段截面积为5.61 m，单位线荷载=/5.61=207h kN/m（为梁高），根据《施工临时支撑结构专项技术方案》对临时支墩处箱梁截面进行荷载累加，并将横断面立杆间距、荷载分布图绘制成内力计算图，为后续力学分析提供计算依据，如图3所示。

图3 多跨支撑梁内力计算示意图

表2 贝雷梁主要杆件容许内力表（单位：kN）

主横梁采用I45a工字钢梁，材质为Q235钢材。其几何特征指标为横截面积=86.1 cm，竖向惯性矩I=32240 cm，I/S=38.6 cm，=11.5 mm。设计强度控制值[]=205 MPa，剪应力[f]=120 MPa。

求所需根数如下。

剪力验算如下。

=33MPa＜120MPa

根据横梁刚度计算可知承受的最大剪力为33MPa，大于规范规定的120MPa，安全系数为3.6超规范规定的1.3。

检算弯曲挠度，利用力法位移相似关系，假设在中跨1.9m范围内作用一单位荷载=1kN/m，则其单位荷载下的最大弯矩如下。

式中：为跨度。

假设跨中段作用一单位荷载，其最大挠度如下。

式中：为材料弹性模量。

由位移相似比例关系求得下式。

根据相关规范要求，工字钢主横梁容许挠度/400=4.75mm，计算挠度小于容许挠度值，满足要求。

外悬臂端下挠度见下式。

根据相关规范要求，工字钢主横梁容许挠度/500=4.4mm，计算挠度小于容许挠度值，满足要求。

单根钢管承受的最大竖向力：钢管支墩按高度21m计，单根钢管承受的最大竖向力=586kN。

稳定系数的计算，立杆计算长度取21m，钢管立柱长细比见下式。

=/=21/（21.92×10）=95.8＜[]=150

查表知，钢管立柱稳定系数如下。

钢管立柱稳定性计算，

Q235材质钢管立柱按轴心受压考虑见下式。

综上可知，计算轴心受压为108 MPa，小于理论值190 MPa，材料符合要求。

按单根钢管立柱最大轴力586 kN作用在钢管立柱75cm×75cm钢板以下砼基础上进行计算。基础混凝土等级采用C30，并在基础内部设双层Φ18HRB400钢筋。

根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010，局部压力设计值见下式。

式中：F为局部受压面上作用的局部荷载；β为混凝土强度影响系数，混凝土强度等级不超过C50时，取1.0；局部受压计算底面积，A＝3×（2+），A=0.56 m，由β=（A/A）0.5=3.01；C30砼抗压强度设计值f=14.3×103 kN/m。

在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的板受冲切承载力见下式。

式中：F为局部荷载设计值；β为截面高度影响系数，高度小于800 mm，取β=1；б为计算截面上两个方向砼有效预压力按长度的加权平均值，取2 N/mm；u为计算截面的周长，u=2[（+h）+（+h）]；β取2；α按中柱取40；h为独立基础混凝土高；=0.4+1.2/β=1，=0.5+αh/（4u）=1.5，取小值=1；C30砼抗拉强度设计值f=1.43×103 kN/m。

支架底部为混凝土独立基础，基础尺寸10m×5m×0.5m，混凝土容重=650 kN，基础自重=5656 kN，基底平均压应力=113 kPa （kN/m）。

根据桥型布置图，跨线立交匝道高墩现浇连续梁净空高度24.2m，抗倾覆能力计算取结构高度26 m。

由纵坡、横坡产生的水平推力如图4所示。

图4 纵坡、横坡度产生的水平力图

桥梁纵坡6%，由横、纵坡产生的坡面下滑力为=sin=0.06，摩擦力为=μ=μcos=μ=0.15（无润滑状态下，钢与钢之间摩擦系数=0.15）。

风荷载计算见下式。

式中：ω为风荷载标准值（kN/m）；μ为风荷载体型系数，多榀桁架及对应公式进行计算；μ=μ×（1-η）/（1-）=×μ×（1-η）/（1-）=A/×μ×（1-η）/（1-）。

μ为风压高度变化系数。施工场地地面粗糙程度按C类（密集建筑群的城市市区），高度按26 m，则μ=0.824；为基本风压（kN/m）；β为高处处的风振系数。

稳定力矩如下。

式中：为工字钢横梁顶面为支点，至支架重心的距离。

倾覆力矩重心取贝雷梁顶部，取=24.105 m；风荷载产生的水平力如下。

式中：为贝雷梁净迎风面积A+现浇梁侧模迎风面积；倾覆力矩=h。

抗倾覆稳定系数如下。

4 结语

该文对跨线立交匝道高墩现浇梁支架设计及应用进行研究，结合工程实际对支架受力、荷载组合进行建模分析，从而达到支架设计科学合理、结构可靠、安全可控以及节约成本等目的，并将研究成果汇总，不仅解决了桥梁施工周边交通组织难度大的问题，同时缩短工期，保障支架安全。