王家口特大高架桥现浇预应力混凝土连续箱梁施工支架分析计算

姚 力

（甘肃省兰州公路局，甘肃 兰州730030）

1 箱梁设计简介

1）王家口特大高架桥位于G6京藏高速公路甘肃省与青海省交界处，大桥由左右分离式断面组成。桥梁上部为8跨现浇预应力连续箱梁 （总长295m）和每联6×40m预制预应力T梁（总长720m），8号柱墩为箱梁与T梁的过渡墩。箱梁下部为无墩帽的圆柱墩，3～6号为单柱墩，砼承台，4根Φ1500mm群桩；其余为双柱墩，2根Φ1800mm桩；0号台为桩基础。

2）箱梁左幅第1孔（右幅第8孔）跨径24m、第5孔跨径55m、其余孔跨径36m，兰西铁路和国道109线（王家口处）从第5孔下穿且斜交35°～39°；施工支架比较复杂。

2 支架施工分析计算

现浇箱梁支架采用落地式满堂支架，箱梁考虑10mm预拱度（正拱），在顶托上调整。在砼浇筑前对支架进行预压，预压重量为箱梁自重和施工荷载之和的85%。理论上箱梁现浇完成4孔时才能进行体系转换，因此支架搭设多于4孔。

2.1 支架地基及基础

1）地基允许承载力计算：半幅箱梁砼平均9.25m3/m，钢材17.6KN/m，自重 9.25m3/m×26KN/m3=241KN/m；模板实重39KN/m、支架42KN/m；施工人员和机具等按 2.5Kpa，2.5KPa×12m（支架宽）=30KN/m，振捣砼按2.0Kpa，2.0KPa×12m=24KN/m；即沿桥纵向q=241+39+42+30+24=376KN/m;取1.2m为计算单元，立杆间距为60×60cm，梁底板宽B=8m，则立杆根数n=2×（8/0.6）=27，立杆基础采用 20×20cm 方木或25×25cm砼条，单根立杆基础底面积按A=0.2×0.5=0.1m2，支架搭设沿桥横向半幅12m宽。现按最不利因素考虑，即全部荷载由箱梁底板下立杆传递到地基上，[δ]=P÷（nA）=376×1.2÷(27×0.1)=167Kpa。

2）清除支架所在位置的地面杂草、杂物、腐植土，将地面整平碾压，铺筑厚75cm天然砂砾，每层压实度95%以上，经测定地基承载力均在240Kpa以上，能满足允许承载力，然后铺设方木或现浇砼条形基础，在基础之间设小沟，防止积水。

2.2 支架搭设

1）支架采用满堂扣件式钢管作为现浇支架；钢管为 Φ48，δ=3.5mm，A=489mm2。立杆采用对接扣件，布设间距沿桥纵向60cm，横向60cm。立杆顶端安装顶托，在顶托凹槽内搁置15×15cm方木或I20a工字钢，其上安放箱梁底模；立杆底垫15×15cm厚10mm钢板支垫。箱梁重量由立杆传递。沿桥横向横杆与立杆基础相接触开始向上布设；沿桥纵向横杆与横向横杆相接触开始向上布设；横杆步距120cm。满堂支架四边和中间每隔四排立杆设置一道沿桥纵向斜撑，从底至顶连续设置；两端和中间每隔四排立杆从顶层开始向下每隔两步设置一道沿桥横向斜撑。支架如图1所示。支架内力验算（半幅）：

图1 满堂支架示意

（1）顶托槽内方木验算

方木可视为均布荷载三等跨连续梁，作用在方木上的均布荷载g=[(lq1)/2]/B=[(0.6×(241+39+30+24))/2]/8=12.525KN/m。

①弯矩 Mmax=0.08gl2=0.08×12.525×0.62=0.361KN.m

截面模量 Wij=bh2/6=0.15×0.152/6=5.625×10-4m3

σw=Mmax/Wij=0.361/(5.625×10-4)=64.2×104N/m2=0.64MPa<[σw]=14.4MPa

②方木惯性矩 I=bh3/12=0.15×0.153/12=0.42×10-4m4fmax=0.677gl4/100EI=0.677×12.525×0.64/(100×9×106×0.42×10-4)=0.03×10-3m

fmax<[f]=l/400=0.6/400=1.5×10-3m，满足要求，与方木比较工字钢也满足。

E——木材弹性模量

σw——顺纹弯应力

f——挠度

E、[σw]、[f]从《土木工程手册》查取

（2）立杆计算

取1.2m跨计算，按最不利因素考虑，即箱梁全部重量及施工荷载由底板下支架承重，纵向立杆1.2÷0.6=2排，横向立杆8÷0.6=14排，立杆根数n=2×14=28 根，1.2m 跨荷载 q1×1.2=334×1.2=400.8KN，1根立杆N=400.8÷28=14.3KN。纵向横杆步距1.2m，查立杆回转半径i=15.78mm，长细比λ=l/i=76，查得φ=0.676。

[N]=φA[σ]=0.676×489×215=71.1KN，N<[N]满足要求。

φ——轴心受压构件纵向弯曲系数

[σ]——钢材强度极限值

i、φ、A、[σ]从《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查取。

2）跨兰西铁路采用门式钢支架，沿铁路跨径8m，斜交方向10.5m(立柱中对中)，斜交方向全宽36m。门架净高7m。支架立柱采用φ219mm，δ=7mm的钢管，立柱间距3m，共13根。相邻立柱间用75X5角钢交错焊接。立柱基底填筑30cm三七灰土，50×50cm砼条形基础。钢管顶端焊接厚25mm厚钢板，然后将两I40a工字钢对焊后再焊到钢板上。沿跨径方向铺设工字钢梁，采用I40a型，间距50cm铺设，共73根。工字钢梁上铺20cm×20cm方木，方木上搭设与2.2.1条相同的满堂支架，空档部分用竹排等封闭，防止坠物。门架如图2所示。

图2 跨铁路门架示意

1根立柱截面应力验算（近似为均布荷载）：

支座反力：Ra=Rb=(2q1)L/2=2×334×10.5÷2=3507KN；单根立柱承受荷载N=3507KN÷13=269.769KN=269769N。

应力 σ=N/A=269769/4660mm2=58MPa<[σ]=140MPa，满足要求。

1根工字钢强度验算（单跨近似为均布荷载）：

弯矩 Mmax=[(2q1)/n]×L2/8=[（2×334）/73]×10.52/8=126.108KNM。

应力 σmax=Mmax/W=126.108×106/(1085.7×103)=116MPa<[σ]=145MPa。

W——截面抵抗弯矩，从《钢结构设计手册》查取 I40a，W=1085.7cm3。

3）跨109国道采用双门式钢支架，沿公路单跨4m，斜交方向5.25m(立柱中对中)，斜交方向全宽36m。门架净高5m。b端立柱间距2.4m，共16根；a、c端立柱间距4.5m，一侧9根。工字钢梁采用I32a型，间距90cm铺设，共41根。其余均与2.2.2条相同。双门架如图3所示。

（1）1根钢管立柱验算（近似为均布荷载）：

图3 跨G109线双门架示意

支座反力：Ra=Rc=3(2q1)L/8=3×(2×334)×5.25/8=1315.125KN;Rb=2(2q1)l-2Rc

=2×(2×334)×5.25-1315.125×2=4383.75KN。

a、c端1根立柱承受力N=1315.125÷9=146.125KN;

σ=N/A=146.125×103N/4660mm2=31.4MPa<[σ]=140MPa，满足要求。

b端1根立柱承受力N=4383.75÷16=273.984KN;

σ=N/A=273.984×103N/4660mm2=58.8MPa<[σ]=140MPa，满足要求。

（2）1根工字钢强度验算（双等跨近似为均布荷载）：

弯矩 Mmax=9[(2q1)/n]L2/128=9×[(2×334)/41]×5.252/128=31.58KNM。

应力σmax=Mmax/W=31.58×106/(692.5×103)=45.6MPa<[σ]=145MPa。

W——截面抵抗弯矩，从《钢结构设计手册》查取 I32a，W=692.5cm3。

2.3 底模平台

在立杆钢管顶端安装顶托，调整顶托的螺栓使其升高或降低以保证梁体标高，同时还可做卸架设备；在顶托凹槽内沿桥横向铺设15×15cm方木或I20a工字钢，间距与立杆间距同。

2.4 安装箱梁底模板

底模采用2×2m为主的组合钢模板，板厚8mm，模板平整，接茬平顺；同时安装箱梁盆式支座。

2.5 支架预压

支架经过预压，可将支架缺陷及时消除，如基础沉陷，支架回弹等。

1）预压所用材料。左幅桥用<2cm碎石，右幅桥用中粗砂。

2）设沉降观测点。在支架基础上横向3m，纵向4m设观测点。每天进行观测。

3）全部压重为梁体自重及施工荷载之和的85%，即 360.75KN/m×85%=306.6KN/m，306.6×103N/m÷9.8N/kg=31286kg/m。按材料堆积密度换算每延米的体积，用编织袋装砂或碎石码在底模两边，中间堆积预压材料，全梁均布满压。

4）一次预压长度：本桥1跨。

5）一次预压时间：最短1个月。

6）架体卸载后，对各点进行一次观测，得出支架卸载后的回弹量，从顶托调整回弹量，同时将预拱度考虑在内，此时的标高即能满足梁体设计要求。观察支架，将支架缺陷修复。

2.6 观测

当上跨支架预压完成后，转移预压材料至下跨，可进行上跨现浇预应力连续箱梁施工

2.7 卸架

当半幅桥的箱梁完成4节（一节为一跨+7m）或全部完成时，可以开始依次逐孔拆卸支架和底模进行周转使用，支架的卸落应对称、均匀有顺序地从跨中向两端进行。

3 结束语

现浇砼箱梁施工支架每座桥梁各有特点，不尽相同，计算相对复杂，且至关重要，稍有不慎肯定引起施工质量，本桥建成通车至今，桥梁完好无损，说明支架计算分析可行，可以供同类工程参考。