下承式钢管混凝土系杆拱桥系梁施工支架设计研究

李鹏云

摘要：在钢管混凝土系杆拱桥系梁施工过程中，施工支架的承载能力和稳定性是工程的关键。本文以庐铜铁路上跨S321省道特大桥为例，对上跨公路系杆拱桥系梁施工支架设计、门式支架建模、安全检算进行了简要阐述。

Abstract： Construction frame's bearing-capability and stability of collar beam is the key points in the construction of the through supported steel pipe concrete tied arch bridge. In this paper， Lujiang-Tongling Railway across S321 Province special bridge as an example， construction frame's designing of collar beam， modeling of portal frame， safety checking are briefly introduced.

关键词：系杆拱桥；系梁支架；方案设计；安全检算

Key words： tied arch bridge；construction frame of collar beam；conceptual design；safety checking

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0119-03

1 工程概况

中铁十二局集团庐铜铁路站前五标庐铜铁路上跨S321省道特大桥全长672m，由19跨组成，桥跨分布为1×32m（简支梁）+1×64m（系杆拱）+17×32m（简支梁），在DK111+300处上跨S321省道，为满足安徽省地方要求的5.5m的上跨净高，铁路线性极为有限，设计采用了单跨64m的系杆拱桥进行跨越，并对既有省道进行下挖的施工方式。

2 系杆拱桥系梁支架方案设计

2.1 支架方案确定

在新建64m系杆拱桥跨越S321省道时，系杆拱桥与S321省道在空间方面的关系如图1所示。

考慮到保证施工期间省道正常通行的需求，本系杆拱桥系梁现浇支架体系采用满堂式碗扣支架与梁-柱门式支架组合的方案，在原省道路面范围需搭建一个可以双向通车并且行人可以通过的梁-柱结构的门式支架，在门式支架两侧采用满堂式碗扣支架[1]，见图2。

2.2 支架地基处理

由于S321省道两侧为软土地基，地表高程并不一样，在进行满堂式碗扣支架的基础加固时，庐江侧地基采用台阶式填筑碎石土夯填和混凝土浇筑进行加固，铜陵侧地基采用平面式填筑碎石土和浇筑混凝土进行加固，如图2所示。

2.3 梁-柱门式支架设计

跨省道梁-柱门式支架的立面为双门洞结构，门洞支撑体系主要由三排立柱构成，立柱采用Φ500mm钢管混凝土柱，基础宽1m、柱间距为6.5m，人行和非机动车道宽1m，每一排柱顶架设I400工字钢作为横梁，横向上方架设I400工字钢作为纵梁，纵梁架设完成之后，首先在纵梁顶面铺设厚2cm竹胶板、两布一膜土工布及10cm高的方木，将平台上方后续施工作业与下方行车通道隔离，避免平台上施工作业时有重物或水泥浆坠下，确保行车安全见图3。

每排支架钢管混凝土柱由9根组成，支柱下方浇筑混凝土连续基础，混凝土基础为1m宽、0.5m高，每两根支柱的间距为4m，系梁投影外支柱间距为6m，采用槽钢以X型进行柱间焊联。每排支柱布置的总长度为32m，每排支柱前设置防撞墩，防撞墩尺寸为1m长、1m宽、0.5m高，防撞墩上需贴红白相间反光材料，平台两侧安装安全防护栏及防护网。行车道与行人道隔离墩尺寸为50cm高、50cm宽、2m长，间距2m一道，立柱侧面布置见图4。

从图4可以看到，双门洞支架的每排9根立柱沿省道行车方向的布置范围为36m，两侧各超出系梁斜投影范围3.74m，可以为省道行车安全提供有效的防护。

3 梁-柱门式支架安全检算

3.1 门式支架横纵梁建模

门架横梁、纵梁均采用I40工字钢，其中纵梁为双根并置。利用midas有限元分析软件横梁-纵梁支撑平台的计算模型，模型整体情况及细节如图5～图7所示。

3.2 门式支架横纵梁挠度分析

工字钢选择I40b，根据I40b性能参数，然后针对上述计算模型和系梁结构的荷载分布进行了模拟分析，从而得到图8～图15一系列结果[2-3]。

根据以上计算结果图，得到如表2计算结果汇总表。

3.3 结果分析和结论

根据以上分析结果可以看到，横-纵梁最大挠度仅为6.67mm，其挠度控制在允许范围内。

而横-纵梁支撑平台的弯曲效应出现在中横梁与桥梁轴线处相交处的纵梁顶面，其弯矩绝对值的最大值为292.5kN·m，根据I40b的截面参数得知，w=1139cm3，由此可得，中横梁上方纵梁顶板受力的最大拉应力为：

σ=M/w=292.5kN·m/1139cm3=128.4MPa<[σ]

因此，从内力的角度分析，本方案采用的I40b型钢双根并置作为支撑平台的纵梁是安全的。

综上所述，系梁现浇施工平台的设计能够满足系梁现浇施工的需要，能够为系梁施工过程提供安全支撑。

应当注意的是，在系梁施工中，应根据上述分析结果，做好系梁底模的预拱度设计，门式支架搭建完成后，必须按照最不利荷载进行分级预压和分级卸载，通过预压消除永久变形[4-5]。

4 结束语

跨S321省道特大桥已建成，系梁施工期间在上述支架体系搭建的平台上不仅保证了施工过程中的安全问题，同时利用支架体系桥下的空间，解决了S321省道保通任务，减少了保通投入，加快施工，节约成本，创造了一定的经济效益，对文明施工也起到了作用，对今后类似工程具有借鉴推广作用。

参考文献：

[1]冉升财.下承式钢管混凝土系杆拱桥施工方案比选研究——以京杭运河湖西航道河涯口桥主桥为例[J].交通世界，2017（32）：131-132.

[2]徐淑亮.下承式钢管混凝土简支系杆拱桥吊杆张拉施工技术[J].国防交通工程与技术，2012（03）：51-53.

[3]尤广杰.站前大道下承式钢管混凝土系杆拱桥设计[J].铁道标准设计，2016（12）：61-64.

[4]魏俊锋.下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥拱脚应力分析[J].公路交通科技（应用技术版），2016（06）：255-256.

[5]张伟良，张秀国.浅谈下承式钢管混凝土劲性骨架系杆拱桥整体吊装[J].交通科技，2014（S1）：3-5.