客运专线现浇连续梁支架设计与施工技术
2017-11-15卢宗泽
卢 宗 泽
(北京铁建工程监理有限公司，北京 100039)
客运专线现浇连续梁支架设计与施工技术
卢 宗 泽
(北京铁建工程监理有限公司，北京 100039)
以景德特大桥为例，介绍了现浇连续梁支架的设计与计算方法，对碗扣式脚手架和梁柱式支架分别进行计算，确保设计可靠。对支架施工过程的支架预压环节进行控制与监测，确保施工安全，为同类桥梁支架设计与施工提供了有益的参考。
支架,强度,刚度,稳定性,支架预压
1 概述
现浇连续梁施工支架结构因其受力分析计算复杂，处理不当往往会影响工程的工期，甚至发生安全、质量事故[1,2]。目前，现浇梁施工中所采用的支架主要有满堂碗扣钢管脚手架和梁柱式支架两种。现浇支架在设计中应注意荷载组合、支架检算等问题，在施工中应注意地基处理、支架预压等问题[3]。
2 工程背景
景德特大桥733号～736号墩(32+48+32)m预应力混凝土现浇连续箱梁，于D2K180+255.3里程处与冀鲁连接线斜交，斜交角度为50°3′00″，设计采用现浇连续梁方式上跨。其中48 m跨跨越冀鲁连接线，该联连续梁位于i=+6.2‰的上坡道上，平面位于直线上。箱梁为变高单箱单室斜腹板截面，箱梁顶宽12.2 m，顶板厚度为34 cm～65 cm，腹板厚度50 cm～95 cm，底板厚度30 cm～90 cm。
上部支架由碗扣式脚手架、方木组成。顺桥向碗扣架立杆间距均为60 cm；横桥向立杆间距在顶底板、腹板、翼缘下方处依次为90 cm,30 cm,120 cm；横杆步距均为120 cm。碗扣架立杆底部铺设10×15 cm方木(横桥向)；顶部铺设10×15 cm方木(横桥向)，其上方再布置10×5 cm方木(顺桥向)。
下部梁柱式支架采用钢管、工字钢、贝雷梁和槽钢组合形式。立柱采用φ630×10 mm有缝钢管。边跨两边立柱坐落在承台上，中间设两排(三排)立柱，小里程边跨采用条形基础，大里程边跨采用桩基；中跨两边立柱坐落在承台上，中间设七排立柱，采用条形基础，立柱间设连接系。横梁支撑于立柱之上，截面均采用2Ⅰ36b和3Ⅰ36b工字钢；边跨靠近边墩处横梁与外侧立柱间设斜撑；纵梁采用贝雷梁。图1为48 m中跨支架布置图。
3 支架设计与计算
3.1碗扣式脚手架计算
3.1.1荷载
考虑恒载和活载，恒载包括：1)梁体钢筋混凝土在底模上产生的面荷载标准值(kN/m2)；2)模板及支架结构荷载。a.模板荷载：1 kN/m2；b.支架结构荷载：当立杆间距为30 cm时，取0.8 kN/m3；当立杆间距为60 cm，90 cm时，取0.55 kN/m3。活载包括：3)施工人员、材料及施工机具荷载取2.5 kN/m2；4)振捣混凝土时产生的荷载取2 kN/m2；5)浇筑混凝土时产生的冲击荷载取2 kN/m2。
3.1.2支架立杆轴力计算
按规范[4]取下式对碗扣式支架立杆轴力进行计算。
N2=1.2×(1)+2))×Lx×Ly+1.4×(3)+4)+5))×Lx×Ly。
其中，Lx,Ly分别为立杆纵向间距、横向间距，m。
经计算，立杆轴力最大值为25.12 kN<30 kN，满足规范要求。
3.1.3支架立杆竖向位移计算
按规范取下式对碗扣式支架立杆竖向位移进行计算。
其中，Q1为立杆计算恒载，Q1=(1)+2))×Lx×Ly；H为立杆总高度,mm；E为钢材弹性模量,N/mm2；A为立杆截面尺寸,mm2；Δ为立杆接头变形,mm，可按一个接头1 mm取值。
经计算，立杆竖向位移最大值为3.7 mm，满足规范要求。
3.1.4支架整体抗倾覆稳定性
按规范取下式对碗扣式支架整体抗倾覆稳定性进行计算。
其中，K为结构抗倾覆稳定系数；Mk为结构抗倾覆力矩，kN·m；Mq为结构倾覆力矩，kN·m。
碗扣支架自重按0.55 kN/m3取值，根据设计图纸计算得支架体积为6 157.5 m3，得支架自重为3 386.6 kN；模板自重按1 kN/m2取值，根据设计图纸计算得模板面积约为1 870.0 m2，得模板自重为1 870.0 kN。
作用在支架上的风荷载：风荷载标准值×顺桥向支架截面面积，考虑支架空隙，再乘以0.8的系数，计算得84.5 kN；作用在模板上的风荷载：风荷载标准值×顺桥向模板面积，计算得133.0 kN。
分别取矩，模板和支架结构重力荷载之和作用点取横断面中心位置，倾覆支点取支架最边缘位置，力臂为6.1 m；作用于支架上的风荷载作用点取支架顶端(最危险位置)，力臂为2.8 m，作用于模板上的风荷载作用点取模板顶端(最危险位置)，力臂为3.5 m，得结构抗倾覆稳定系数：K=(3 386.6+1 870.0)×6.1/(133.0×3.5+84.5×2.8)=45.7>1.5。
支架整体抗倾覆稳定性满足规范要求。
3.2梁柱式支架计算
利用MIDAS/Civil建立下部梁柱式支架模型，以中跨为例进行说明，图2为中跨计算模型。
3.2.1方木计算
经计算，方木最大变形值为2 mm 3.2.2贝雷梁计算 图3为贝雷梁变形图，贝雷梁最大变形值为17-1.7=15.3 mm 单层单排桁架容许剪力值为245.2 kN，容许弯矩值为788.2 kN·m。经计算，贝雷梁的最大剪力值为223.2 kN<245.2 kN，最大剪力值位于支11上方第9片贝雷梁的腹杆处(由小里程往大里程，横向由左线往右线)，剪力满足要求。 贝雷梁的最大轴力为363.2 kN，对应最大弯矩值为363.2×1.5=544.8 kN·m<788.2 kN·m，弯矩满足要求。 3.2.3垫梁计算 垫梁变形值为2.2 mm<1 200/400=3 mm，刚度满足要求。垫梁的最大应力值为169.6 MPa<[σ]=215 MPa，强度满足要求。 3.2.4立柱稳定性 立柱的最大应力值为90.7 MPa<[σ]=215 MPa，强度满足要求。经模态分析，支架整体线弹性屈曲第一阶屈曲稳定系数为8.15，屈曲模态为支13立柱的横向连接系平面外失稳，支架整体屈曲稳定满足要求。 3.2.5基础计算 基底应力计算值见表1。 表1 基底应力计算表 由表1可知，地基承载力可按不小于260 kPa考虑。 同理，经计算，边跨支架系统及基础符合相关规范要求，能够满足现场施工需要。 支架预压能消除地基和支架的非弹性变形的影响，对于后期支架弹性变形的测量，桥梁线形的控制具有关键作用。支架预压过程中还需要对支架的变形进行监测，避免出现变形异常。支架预压及变形监测主要从以下几方面进行控制： 1)支架预压荷载一般为梁体自重的1.2倍，采用分级预压，按0→60%→100%→120%进行。 2)采用分段预压，全梁分为四段进行预压，边跨整体进行预压，中跨分两段进行预压，预压荷载与实际施工时荷载分布尽量保持一致。 3)每跨设置3个变形监测断面，每个断面布置5个测点。每级加载完成后1 h进行支架的变形观测，以后每6 h监测记录各监测点的位移量。 4)预压结束后应对监测数据进行分析，计算支架弹性变形和非弹性变形，绘制变形图，作为设置预拱度的依据。 本文结合工程实例介绍了现浇连续梁支架在设计和施工中应注意的问题，支架设计应根据施工现场的条件和现浇梁的结构特点，确定支架形式、荷载组合和检算方法。支架预压是保证支架安全和质量的关键技术，应给予高度重视。 [1] 张立青.铁路桥梁现浇支架设计技术研究及应用[J].铁道标准设计,2010(12):40-45. [2] 康显荣,高少强.连续梁现浇支架方案设计与施工[J].石家庄铁路工程职业技术学院学报,2002,1(3):34-37. [3] 赵常煜.大跨连续梁现浇支架的设计和施工[J].铁道标准设计,2003(6):27-29. [4] TB 10110—2011,铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程[S]. Designandconstructiontechnologyofcast-in-placesupportforcontinuousbeamofpassengerdedicatedline LuZongze (BeijingRailwayConstructionEngineeringSupervisionCo.,Ltd,Beijing100039,China) In this paper, Jingde bridge as an example, the paper introduces the design and calculation method of cast-in-place support for continuous beam, the bowl-scaffold and beam column support are calculated to ensure reliable design. The control and monitoring of the preloading link during the construction process of the support are carried out to ensure the safety of the construction. It provides a useful reference for the design and construction of the same kind of bridge support. support, strength, stiffness, stability, preloading of the support 1009-6825(2017)28-0175-02 2017-07-26 卢宗泽(1984- )，男，硕士，工程师 U448.215 A
4 支架预压及变形监测
5 结语
