大跨度预应力现浇盖梁支架设计及应用

房 毅，廖 浪

（中交四航局珠海工程有限公司 珠海519080）

0 前言

国内对于预应力现浇盖梁的主要施工方法有满堂支架法、贝雷梁钢管柱支架法［1］。而满堂支架法施工不仅需要大面积的地基处理，而且对于大跨度且高度特别大时，满堂支架法的安全性则无法保证，而且材料、人员的投入也较大，而贝雷梁钢管柱支架法就很适用于高墩柱、大跨度的结构施工中［2］。因此对于此类工程保证贝雷支架的安全稳定就显得极为重要。国内基本上都从结构的计算、受力体系及施工方法上对贝雷支架施工进行探讨及研究。本文以某G323跨线桥跨国道施工的钢管柱贝雷梁组合设计为研究对象进行论述。

1 工程概况

某G323跨线桥位于广东省清远市连州市境内，为路线跨越国道G323而建设，桥梁两侧与路基相连，交通便利。右幅7#墩、左右幅8#墩、左幅9##墩为预应力盖梁。左幅9#盖梁尺寸为21 m×2 m×2 m，8#墩盖梁尺寸为40.4 m×2 m×2 m，盖梁中心间距最大19 m，钢管柱最大间距为15 m。C50混凝土用量84 m³，共重约210 t。G323国道现状路基宽10.5 m，路面为混凝土结构，如图1所示。

图1 某G323跨线桥平面布置Fig.1Layout Plan of Bayberry G323 Flyover Bridge

2 支架系统的设计

钢管柱贝雷梁支架由：钢管柱基础、钢管、I45b次横梁、砂箱、贝雷主横梁1.5 m+8×3 m、I10分配梁等组成。钢管柱地基采用50 cm厚C20条形基础处理，基础结构尺寸为2 m×1.5 m，钢管柱由φ630 mm、壁厚8 mm的钢管组成。混凝土重量通过I10分配梁传递到贝雷梁，再传递给钢管柱及基础。支架系统布置如图2所示。

3 贝雷支架内力及位移计算

3.1 荷载验算

结构荷载通过计算得出荷载为如表1所示，由于风荷载较小，在贝雷支架的内力及位移计算时仅考虑结构恒载及施工活荷载［3］。

图2 支架系统布置Fig.2 Layout of the Bracket System

表1 荷载计算Tab.1 Load Calculation

3.2 横梁计算

支架系统采用间距0.3 m的I10型钢做横梁，横梁长4.5 m，通过计算得出共需布设横梁70根，横梁采用间距0.3 m的工字钢，作用长度为盖梁底模宽度2 m，则作用在单根横梁上的均布荷载：

q=21.06 kN/m

3.2.1 横梁抗弯与扰度验算

结构受力如图3所示，I10型钢横梁的弹性模量E=2.1×105MPa；惯性矩I=245 cm4；抗弯模量Wx=49 cm3。

图3 横梁受力图Fig.3 Beam Force Diagram

从图3可以得出最大弯矩Mmax=6.32 kN·m，σ=Mmax/Wx=6.32/（49×10-6）=128.94 MPa＜145 MPa，满足要求。

满足要求。

3.3 贝雷梁验算

贝雷梁采用单层3排，上下加强型贝雷片（标准贝雷片规格：3 000 mm×1 500 mm，加强弦杆高度10 cm）连接形成纵梁［5］，长25.5 m。

贝雷梁所承受的荷载为盖梁混凝土自重通过I10工字钢以集中力的形式传递到贝雷梁上，考虑到分配梁间距较小，所以贝雷梁所承受的荷载假定为均布荷载q，则：q=3 163.335/25.5=124.05 kN/m。

3.3.1 力学计算模型

建立的纵梁计算模型如图4所示。

根据力学计算结构得知，最大弯矩为Mmax=2203kN·m

⑴ 贝雷片的允许应力计算

弹性模量：E=2.1×105MPa

截面抵抗弯矩：Wx=23 097.4 m3；σ=Mmax/Wx=2 203/（2×23097.4×10-6）=47.69MPa＜［σ］=210MPa，满足要求。

⑵ 贝雷片的允许弯矩计算

查《装配式公路钢桥多用途使用手册》［5］第59页，3排单层贝雷梁的允许弯矩：M=4 809.4×0.9=4 568.93 kN·m，取0.9的折减系数，上下加强型贝雷梁的允许弯矩应不小于此计算值，故Mmax=2 203 kN·m＜M=4 568.93 kN·m。

⑶ 贝雷片的允许剪应力计算

查文献［5］得3排单层贝雷梁的允许剪力Q=698.9 kN。

由计算可知Qmax=993.51/2=496.75 N＜Q=698.9kN，满足要求。

图4 纵梁计算模型Fig.4 Longitudinal Beam Calculation Model

3.3.2 纵梁扰度计算

⑴ 贝雷片刚度参数［5］

弹性模量E=2.1×105MPa

惯性矩I=2 309 737.6 cm4（加强）

⑵ 纵梁最大扰度发生在纵梁中心位置

fmax=10mm＜［f］=l/400=37.5mm

两端扰度fmax=1.3mm＜［f］=l/400=11mm

4 钢立柱计算

钢立柱截面采用直径630 mm、壁厚8 mm的Q235钢管，计算高度L=9 m，通过计算得截面所受轴力1 732.83 kN，则为每根钢立柱所受轴力为1 732.83×1.2/2=1 039.7 kN（考虑不均匀系数1.2）。d=630 mm，d内=614 mm，A=π×/4=15 632.1 mm2，I=π×（d4-

长细比λ=L/i=9 000/220=10.9

因钢立柱为焊接圆形截面，则截面类型属于b类截面［6］，查文献［6］得φ=0.79，钢管应力σ=P/（Aφ）=1 039.7×103/（15 632.1×0.79）=84.2＜［σ］=140 MPa，故该钢立柱截面轴心受压稳定性满足要求。钢立柱按欧拉压杆稳定公式验算得压杆临界力［7］Fcr=3.142×EI/L2，当L=9 m 时，Fcr=3.142×2.06×105×7.561×108/9 0002=18 959.232 kN。E为钢材的弹性模量，取2.06×105MPa，I为立柱截面惯性模量；L为立柱的计算高度。稳定系数K=18 959.232/1 039.7=18.2＞4.0（安全）。

5 地基处理

5.1 地基处理方法

由于跨国道部分的桥区覆盖层主要为耕植土。因此对地基处理前需清理原地面的杂物、浮土、淤泥等；清除杂物后采用合格的路基填料分层填筑，用挖机整平，压路机碾压过后，使其承载力达到设计的承载力160 kPa。检测地基承载力合格后，再在上面浇筑高出国道50 cm厚C20条形基础，基础结构长宽尺寸为2 m×1.5 m。为防止基础受雨水浸泡，避免产生支架的不均匀沉降，故对条形基础1 m范围内进行浇筑厚度为5 cm的C20混凝土，浇筑时在基础两边设计2%的左右排水横坡。

5.2 地基承载力计算

钢管柱地基处理方式为：50 cm厚C20条形基础（2 m×1.5 m）。

C20混凝土抗压强度计算P=N/A≤fck=10 MPa（fck=C20混凝土轴心抗压强度），N=1 113.222 kN，A为底部加强钢板，A=800 mm×800 mm=640 000 mm2，代入公式：P=N/A=1 113.222 kN/640 000 mm2=1.74 MPa，硬化混凝土满足要求，故结构稳定、可靠。

6 工程实施

某G323跨线桥跨国道盖梁施工采用贝雷梁钢管柱支架法施工，地基平整压实到达承载力要求后，在地基上浇筑条形基础，并且预埋钢板在条形基础上。用φ630 mm、壁厚8 mm的钢管与钢板焊接成整体，在钢管柱上安装砂箱焊接牢固后，将双拼I45b工字钢安装到砂箱上，作为枕梁，并且焊接φ25 mm短钢筋固定工字钢。枕梁上安装单层3排，上下加强型贝雷梁，并且用φ20 mm对拉螺栓固定贝雷梁，然后在贝雷梁上安装间距为30 cm的I10工字钢，最后铺钢模板做底模，侧模采用定型钢模板。受力的传递路线为：混凝土及模板自重➝分配梁➝贝雷梁➝I45b工字钢➝砂箱➝钢管柱➝基础。

盖梁支撑系统如图5～图7所示。

钢管柱式贝雷梁支架系统施工注意要点：①钢管柱基础必须保证稳定，排水措施需到位。②钢管柱的垂直度应进行严格的控制，保证钢管柱的垂直受力，且钢管柱的顶面高程要严格控制。③确保贝雷梁的大节点落于双拼I45b工字钢上，保证结构的安全受力。④确保贝雷梁紧贴于墩柱，保证结构受力稳定。⑤支架结构的拆除顺序应与安装顺序相反，先支后拆，后支先拆［8］。

图5 支架系统整体Fig.5 Overall View of the Bracket System

图6 基础与钢管柱连接Fig.6 Connection between Foundation and Steel Pipe Column

图7 贝雷梁间的连接Fig.7 Connection between Beley Beams

钢管柱式贝雷梁支架安全性及实用性主要体现在以下几点：

⑴ 钢管柱式贝雷梁支架系统最大程度地减小了对交通道路的影响，提高了既有道路的通行能力，也大大减少了材料、设备的投入使用，施工快捷方便，加快了施工进度，提高了经济效益［9］。

⑵ 在贝雷梁下方设计了防护棚架最大程度上保证了交通的顺畅。贝雷梁支撑系统相较于普遍的满堂支架在施工高度的限制上大大减小，既能保证施工的便利，又能保证施工的安全性。

7 结论

本文通过对大跨度现浇支架设计及支架系统施工各工序的注意要点进行总结，工程结合了实际的施工情况，利用现有材料进行施工，合理解决了跨国道施工的难点，并保证了施工的质量及安全目标［10］，节约了工期，使效益最大化，获得了大跨度现浇施工贝雷支架系统设计及施工的成功经验，希望能给以后类似工程提供相关借鉴。