波形钢腹板箱梁独塔斜拉桥主梁施工支架设计

2014-03-18董莹

中国高新技术企业 2014年5期

董莹

摘要：新密市溱水路大桥主桥采用新颖的独塔无背索斜拉桥桥型，主梁为波形钢腹板混凝土箱梁，设计采用满堂支架法施工。但该桥址处地形和地质条件均比较复杂，给主梁施工带来了困难。文章介绍了主梁施工支架的方案设计、支架体系的设计计算等问题，着重说明地形较复杂的5号墩与6号台间的支架设计及计算过程。

关键词：波形钢腹板箱梁；碗扣式支架；贝雷梁；支架设计

中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0115-03

1 工程概况

溱水路大桥位于新密市溱水路东段，大桥全长227.96m。主桥采用跨径为（30+70+30）m独塔双索面无背索斜拉桥。桥面设双向横坡，横向布置为：6m（人行道）+7m（绿化带）+24m（车行道）+7m（绿化带）+6m（人行道），其加劲梁采用分离式的波形钢腹板PC组合箱梁。

波形钢腹板PC组合箱梁是用波形钢腹板代替预应力混凝土箱梁腹板而得到的一种钢与混凝土组合结构箱梁。由于使用钢腹板代替混凝土腹板，使箱梁自重减轻，提高了跨越能力，减小了跨中的挠度。由于波形钢腹板的褶皱效应，导致弯曲时混凝土顶底板承受弯矩，可使预应力有效地施加于混凝土翼缘板上，提高了预应力效率，波形钢腹板承受强大剪力，避免了腹板开裂。

主桥立面布置如图1所示。

图1 溱水路大桥主桥总布置图（尺寸单位：m）

主桥箱梁一般断面如图2所示。除一般断面外，在3、4号墩和6号台顶各设一道大横梁，尺寸为1.5m（纵向）×2.7325m（最大梁高）；5号墩处墩、塔、梁固结，该处设三道大横梁进行墩梁连接，每道横梁尺寸均为1.5m（纵向）×3.733m（最大梁高）。此外，纵向每隔6m设一道小横梁，尺寸为0.5m（纵向）×2.733m（最大梁高）。

图2 箱梁一般断面图（单位：mm）

主桥跨越沟渠，其中3～5号墩之间地势比较平坦，进行一般的地基处理后，采用普通的方法搭设碗扣支架作为施工支架。5号墩与6号台之间地形复杂，坡度很陡，碗扣支架采用通常的搭设方式难以实施，故采用贝雷梁和钢管支架相结合的方式搭设支架，详见后续

说明。

2 3～5号墩间支架设计方案

3～5号墩间碗扣支架设置比较简单，采用横向间距不变（墩顶横隔板处局部加密），纵向间距变化的方法。碗扣支架在纵向分为一般截面、小横梁截面和大横梁（墩顶横梁）截面。一般截面碗扣架纵向间距90cm，普通横隔板截面纵向间距60cm，墩顶横隔板截面纵向间距30cm。此部分支架设置比较简单，过程不赘述，仅给出计算结果。

3～5号墩间的小横梁截面，单根钢管承受的最大荷载为24.2kN；4号墩顶大横梁截面，单根钢管承受的最大荷载为13.9kN；5号墩顶大横梁截面，单根钢管承受的最大荷载为18.6kN。

钢管规格φ48×3.5。考虑到实际壁厚与设计值的差异，以及使用中的锈蚀等情况，偏于安全地按壁厚2.5mm计算，单根钢管可承受的最大荷载为36kN，大于上述各值，故3～5号墩间支架均安全。

另外，钢管作用下地基最大应力为58kPa，远小于处理后地基的承载力200kPa，故地基安全。

3 5号墩与6号台间的支架设计

3.1 设计概述

5号墩与6号台之间地形复杂，坡度很陡，土质为杂填土，承载力较差，采用通常的满堂碗扣支架的施工方式难以实施，故采用贝雷梁和钢管支架相结合的方式搭设支架。具体为：在5号墩承台上设混凝土临时基础，其上设大钢管，钢管顶端设横梁。为保证钢管的稳定性，将钢管与桥墩在竖向每隔一定间距进行联结。在6号台台顶设横向贝雷梁，另外根据地形和主梁的跨度情况，在靠近6号台处设置临时基础，其上也设横向贝雷梁。在5号墩钢管的横梁和横向贝雷梁上设纵向贝雷梁，并于其上设碗扣支架，具体布置如图3所示。

图3 5号墩与6号台之间的支架布置示意图（单位：mm）

根据图3的支架布置方式，从上而下需对碗扣支架，纵向贝雷梁，5号墩处的横梁及钢管，6号台上的横向贝雷梁，以及混凝土临时基础下的地基承载力进行验算。

3.2 纵向贝雷梁计算

偏于安全地将纵向贝雷梁按简支梁计算。计算时将混凝土主梁横向分为三个部分，即箱梁之间的主梁，箱体部分和箱梁翼板部分。

箱梁间的主梁承受计算荷载：262.5kN/m，纵向贝雷梁跨中弯矩为：11845kNm；箱体部分下承受计算荷载245.8kN/m，贝雷梁跨中弯矩为：11092kNm；箱梁翼板部分承受荷载51.1kN/m，贝雷梁跨中弯矩为：2306kNm。

贝雷梁按双排单层（以下简称1片）布置，容许弯矩为1576.4kNm，按上述各弯矩可计算出各部分所需贝雷梁的最小数量。分别为箱梁间主梁和箱体部分各需8片以上，箱梁翼板部分至少需2片。实际操作时，为方便施工，在箱梁间主梁和箱体部分各用13片，每侧翼板下用3片。

3.3 横梁计算

5号墩侧布置一排钢管柱，钢管采用外径609mm，壁厚16mm的圆钢管。钢管最大中心距2.6m，钢管上纵向铺设4排H型钢作为横梁，H型钢规格为588×300。横梁近似按承受均布荷载的多跨连续梁计算，计算模型及应力结果见图4。

图4 横梁计算模型及应力结果（单位：kPa）

最大应力仅9.6MPa，即使考虑到横梁可能出现的受力不均匀现象，最大应力也远小于容许值140MPa，安全。最大挠度仅0.1mm，如图5所示，容许挠度2600/400=6.5mm，满足要求。

图5 横梁变形结果（单位：mm）

各点反力如图6所示，最大值为176.2kN，反力总计2624.8kN，临时基础上的实际总反力为2624.8×4=10499.2kNendprint

图6 横梁反力结果（单位：kN）（仅示一半，另一半对称）

3.4 钢管验算

根据横梁计算结果，5号墩侧的大钢管承受的最大外荷载为176.2×4=704.8kN，且此钢管与桥墩没有纵向联结，自由长度较大，仅验算此钢管柱。钢管柱采用外径609mm，壁厚16mm的圆钢管，材质Q235钢材。按照轴心受压构件进行验算。回转半径ix=21cm，截面积0.0298m2，此钢管与桥墩纵向无联结，按上下两端均为铰接，计算长度为16.6m。长细比<[λ]=150

故每根钢管可承受的荷载为：0.57×0.0298×140×106=2.378×106N=2378kN。临时基础上的钢管柱承担的最大荷载为704.8kN，小于其承载力2378kN，故钢管柱整体稳定性安全。

另外验算钢管柱的局部稳定，对于圆管截面，D/t=0.609/0.016=38故其局部稳定满足要求，可以。

3.5 钢管下的临时基础地基承载力验算

根据前述计算结果，并考虑其它部件重量，则临时基础顶部受力约为11515kN。

此处的临时基础尺寸为51×2×1m，自重为51×1×2×26=2652kN，基底受力为11515+2652=14167kN，基底应力为14167/51/2=139kPa，小于处理后的地基容许承载力200kPa，此处地基安全。

3.6 靠近6号台处的临时基础地基承载力验算

限于篇幅，仅给出此处的计算结果，按处理后的地基承载力200kPa计算，此处地基承载力达到51×1.2×200=12240kN，远大于外荷载3500kN，故此处地基也安全。

4 结语

上述计算结果显示，支架体系设计合理，可靠。目前，该桥已完成了主梁的施工，施工监控结果表明，施工中整个支架体系受力均满足相关要求，没有出现任何问题，也说明了支架设计的合理性。

参考文献

[1] 公路桥涵施工技术规范（JTG041-2000）[S].北

京：人民交通出版社，2000.