贝雷梁悬臂托架在刚构桥施工中的应用

石虎强，陈　雷

（中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065）



贝雷梁悬臂托架在刚构桥施工中的应用

石虎强，陈雷

（中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065）

摘要：在刚构桥施工中，0#块是上部主梁施工的关键部位，而0#块施工的关键在于托架或支架的设计与布置。文章结合咸旬高速公路工程小花沟大桥0#块施工，对贝雷梁悬臂托架的设计与布置进行介绍，以期为类似施工提供参考。

关键词：刚构桥；施工方案；贝雷梁；悬臂托架

1　工程概况

小花沟大桥是咸旬高速公路工程建设中的控制性工程，主桥采用连续刚构-连续梁组合体系，跨径组合为75 m+3×135 m+75 m=555 m，上部结构采用预应力混凝土变截面连续箱梁，截面形式采用单箱单室，总体布置见图1。

图1　小花沟大桥桥型布置图（单位：m）

小花沟大桥5#、6#墩顶0#块与墩固结，4#、7#墩顶0#块与墩通过支座连接，4个主墩0#块外形尺寸相同，长8.0 m，根部高7.8 m，底宽6.6 m，顶宽12 m， 0#块底板与墩顶同宽。为便于挂篮的拼装，将两侧利用临时锚固于墩身上的托架同时浇筑两侧的0#块和1#块。两侧1#块长均为2.0 m，底宽6.6 m，顶宽12 m，0#、1#块结构见图2。

图2　小花沟大桥4#、7#墩0#、1#块结构图（单位：cm）

2　0#、1#块施工方案综述

结合现场地形、桥梁结构特点等因素，小花沟大桥4个主墩顶0#、1#块均采用临时锚固在墩身上的托架进行施工，经周密考虑，托架采用贝雷梁悬臂结构。由于悬臂较大，高度较高，分2次浇注完成，第1次浇筑底板与腹板，第2次浇筑顶板与翼缘板［1］。

2.1托架设计

小花沟大桥箱梁0#、1#块均采用牛腿托架法施工。由于箱梁底板宽度和墩柱宽度一致，因此0#块与墩柱等长范围内腹板、隔板、顶底板混凝土荷载及施工荷载全部由墩柱承担。翼缘板采用牛腿托架施工，牛腿托架采用型钢组合焊接结构，横桥向布置。由于翼缘板荷载较小，牛腿采用双肢槽25a型钢焊接，托架主梁采用工25a型钢，用于支撑模板桁架传递的荷载，操作平台分配梁采用工12.6型钢，用于承担平台部位人群及机具荷载。纵桥向悬挑出墩身的梁体采用贝雷托架施工，贝雷作为托架牛腿通过锚固于墩身上的锚固座连接固定，腹板下设置3排贝雷，间距45 cm，底板下设置3排贝雷，间距90 cm，悬臂端单侧共设置9排贝雷。贝雷顶部铺设双肢工45a的型钢作为主梁，分配梁采用型钢组合焊接桁片。

型钢牛腿托架各杆件之间均采用焊接方式连接，贝雷牛腿托架主梁通过U型卡固定，其他杆件之间均采用焊接方式连接［2］。托架总体设计见图3、图4。

2.2托架结构计算

2.2.1计算模型

计算采用应用非常广泛的Midas/civil专业结构设计软件，根据托架结构特点建立模型，建模时根据托架设计结构选取与其一致的材料和截面特性、模型单元按照实际进行模拟。贝雷与墩柱的连接采用销轴连接，模拟释放时的弯矩，型钢托架与墩柱的连接采用栓接，按照固结模拟，型钢之间焊接均采用固结模拟，计算模型如图5所示。

图3　0#、1#块施工托架横桥向布置图1/2结构（单位：cm）

图4　0#、1#块施工托架纵桥向布置图（单位：cm）

图5　托架计算力学模型（整体模型）

2.2.2计算参数

（1）小花沟大桥主桥箱梁为预应力混凝土箱梁，箱梁宽度沿桥轴线为等截面，箱梁 0#、1#块自重根据设计混凝土方量计算，混凝土自重26 kN/m3。

（2）0#、1#块施工托架均由各种规格的型钢、标准构件组合而成，材料主要采用Q235钢或Q345钢。对于临时结构，Q235材料允许切应力=110 MPa，允许弯拉（压）应力=188.5 MPa；Q345材料允许切应力=156 MPa，允许弯拉（压）应力=273 MPa［3］。

（3）加载时，混凝土自重考虑1.05的超载系数，第1次浇注混凝土安全系数取1.25。

（4） 根据我国风速等级划分表，6级风最大风速V=13.8 m/s，桥区20年一遇基本风速为23.6 m/s，施工期间，注意天气和气象情况预报，在超出6级风的情况下，应当停止0#、1#块的施工。

（5）托架系统设计计算采用电算和手算相结合的方式，电算程序采用Midas/civil专业结构设计软件，结构杆件部分通过软件进行计算，预埋件及销轴等采用手算。

2.2.3计算荷载及最不利组合

设计荷载包括托架系统自重，0#、1#块混凝土恒载，浇注混凝土时的倾倒和振捣荷载，人群机具荷载、风荷载等。根据箱梁施工工序及初步计算，在4#、7#墩0#、1#块第一次施工时，托架受力最大，托架的设计不利工况荷载组合如下：托架、模板结构自重荷载+箱梁混凝土荷载+混凝土倾倒及振捣荷载+人群机具荷载+风荷载。

2.2.4加载计算

（1）托架系统自重由软件自行计入。

（2）根据0#、1#块与墩身关系，箱梁0#块与墩身等长范围腹板、顶底板及隔板荷载直接作用在墩顶，纵桥向托架主要承受伸出墩身部分的箱体荷载，横桥向托架主要承受翼缘板的荷载。

翼缘板区域托架在最不利工况荷载组合下仅承受侧模板荷载、人群机具荷载及风荷载，模板荷载按照1.5 kN/m2加载。

（3）倾倒混凝土产生的冲击荷载按2.0 kN/m2加载（混凝土层厚度大于1 m时不计)，振捣混凝土荷载按2.0 kN/m2加载［4］。

（4）平台上人群机具荷载按2.5 kN/m2加载。

（5）风荷载包括作用于托架和模板上的风荷载，托架上的风荷载根据《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01—2004）进行计算，模板上的风荷载通过在墩顶设置撑杆进行克服，以减小风荷载对托架结构的影响。

2.2.5计算结果

贝雷托架各构件的最大应力及最大位移计算结果见表1，其中贝雷梁前端最大竖向位移为5.66 mm ＜L/400=15 mm。型钢托架各构件的最大应力及最大位移见表2，其中牛腿最前端最大竖向位移为0.97 mm＜L/400=15 mm。

表1　各构件计算结果（箱梁悬臂端托架）

表2　各构件计算结果（翼缘板部位托架）

2.2.6托架预埋件计算

悬臂贝雷梁与墩身通过锚固座和销轴与埋置于墩身上的预埋件固定，上预埋件采用8根直径为32 mm的锚筋，下预埋件采用6根直径为32 mm的锚筋。

通过计算，单个上预埋件处最不利荷载为：拉力，228.2 kN；剪力，158.6 kN；弯矩，45.9 kN·m。单个下预埋件最不利荷载为：压力，245.6 kN；剪力，108.1 kN；弯矩，1.4 kN·m（忽略不计）。

（1）上预埋件计算

通过计算，上预埋件中锚栓所承受的最大拉力为65.72 kN，远小于受轴向拉力的锚栓所能承受的容许拉力241.2 kN；最小锚固深度为327.03 mm［5］，具体施工过程中锚固深度按20 d（即640 mm）控制，实际埋设深度为660 mm，且端头带120 mm的弯钩。

预埋件中的剪力通过对锚栓施加预紧力来承担，由连接板与混凝土之间的静摩擦力来抵抗。考虑钢板与混凝土之间的摩擦系数为0.3，通过计算可知，预埋件上单个锚栓的最大剪力为15.9 kN。单个锚栓需要的预紧力为15.9/0.3=53 kN。

（2）下预埋件计算

预埋件中锚栓受压，混凝土的承压应力为1.85 MPa。预埋件中的剪力通过对锚栓施加预紧力来承担，通过计算结果可知，预埋件上单个锚栓的剪力为10.81 kN，单个锚栓需要的预紧力为10.81/0.3= 36.03 kN。

（3）贝雷销轴计算

上锚固销轴：双剪，剪力为228.2 kN，销轴直径50 mm，则剪应力为58.14 MPa，远小于允许应力585 MPa。

下锚固销轴：双剪，剪力为245.6 kN，销轴直径50 mm，则剪应力为62.57 MPa，远小于允许应力585 MPa。

（4）锚固座孔壁承压计算

贝雷采用贝雷阳头端配合阴头锚固座锚固，锚固座单侧钢板厚2 cm，材质Q235，销轴孔壁承压应力为245.6×103/（2×0.02×0.05）=122.8 MPa，小于孔壁允许承压应力210 MPa。

2.2.7计算结论

（1）通过计算结果可得出，托架结构强度、刚度均满足受力要求。

（2）施工时0#、1#块分2次浇筑，第1次浇筑底板与腹板，第2次浇筑顶板与翼缘板；第2次浇筑时，第1次的混凝土已经形成强度，可以作为支撑体系，平台仅承受翼缘板处的荷载。

（3）计算时，考虑混凝土超载系数1.05，第1次浇筑混凝土安全系数1.25，托架平台仍有较大的安全富裕，按允许应力控制，主要受力构件安全系数大于2.0。

（4）施工时，贝雷悬挑梁均采用花架和斜撑连接，将9片贝雷全部连接为整体。

3　托架安装及预压

在墩身施工期间，进行托架预埋件埋设，墩身混凝土结构施工完成后，安装托架牛腿部分，牛腿通过螺栓直接紧固在预埋件上。牛腿安装完成后，从下至上依次安装主梁、分配梁、面层及安全防护栏杆，最后采用安全防护网全封闭。

托架搭设完成后，进行加载试验，以消除托架的非弹性变形，并检验托架结构的承载力和稳定性。加载时按最不利荷载即第1次混凝土浇注完成时的结构荷载为基础进行加载，按0→10%→80%→100% →120%→100%→0逐级加载。加载采用墩顶设置反力架进行反顶的方式，反力架通过墩梁连接的钢筋固定。加载前按照计算结果布点，过程中进行详细观测、记录［6］。根据托架总体结构及各杆件布置，预压系统总体布置见图6、图7。

图6　预压系统纵桥向总体布置图1/2结构（单位：mm）

图7　预压系统横桥向总体布置图（单位：mm）

4　结语

贝雷梁悬臂托架承载力大、质量轻、用材少、安拆简便，施工便捷。本文结合咸旬高速公路工程小花沟大桥0#、1#块施工对贝雷梁悬臂托架的设计、计算进行探讨，可供类似刚构桥0#块施工参考。

参考文献

［1］JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范［S］．

［2］ GB 50017—2003钢结构设计规范［S］．

［3］JTJ 025—86公路桥涵钢结构及木结构设计规范［S］．

［4］中交第二公路工程有限公司．公路桥梁施工系列手册—梁桥［M］．北京：人民交通出版社，2014.

［5］周水兴，何兆益，邹毅松．路桥施工计算手册［M］．北京：人民交通出版社，2001.

［6］汪正荣，朱国梁．简明施工计算手册：第3版［M］．北京：中国建筑工业出版社，2005.

Application of Bailey Beam and Cantilever Bracket in Rigid Frame Bridge Construction

Shi Huqiang， Chen Lei
（CCCC Second Highway Engineering Co.， Ltd.， Xi'an 710065， China）

Abstract:In the construction of rigid frame bridge， 0# block is the key part in the construction of the upper main girder. The key of the construction of 0# block is the design and layout of bracket. Combining with the construction of 0# block of Xiaohuagou bridge in Xianxun expressway， this paper mainly introduces the design and layout of bailey beam cantilever bracket， which could provide reference for similar engineering construction.

Key words:rigid frame bridge； construction scheme； bailey beam； cantilever bracket

中图分类号：U4425.46

文献标识码：B

文章编号：1672–9889（2016）03–0054–04

收稿日期：（2015-08-11）

作者简介：石虎强（1984-），男，陕西榆林人，工程师，主要从事公路桥梁施工技术管理工作。