单线铁路连续梁桥边跨现浇段钢管支架设计

白佳祺，宋 科

（石家庄铁路职业技术学院，河北 石家庄050041）

1 概 述

某单线铁路桥为跨邢昔公路而设。设计采用（40+64+40）m 连续梁方式跨越。在DK110+107 处与公路相交，桥梁全长984.17 m。连续梁处于直线区段i=-1.4%的坡道上。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构，梁高在端支座处及边跨直线段和跨中处为3.0 m，中支点处为5.0 m，1#～4# 桥墩为连续梁桥墩，箱梁顶、底宽分别为4.9 m、3.4 m，底宽在中墩3 m 长距离内变化到4.2 m。顶板的厚度为0.32 m，底板厚度由0.36 m 按圆曲线变化到0.65 m，中支点处底板厚度为1.117 m；腹板厚度由0.4 m折线变化至0.6 m，再由0.6 m 折线变至0.8 m。2#、3# 桥墩为主墩，固定支座设在3# 桥墩上。边墩1#桥墩高8 m，4# 桥墩高11 m。大桥采用悬臂浇筑法施工，挂篮结构形式为菱形。分为35 个悬浇梁段，中墩0# 块段长9 m，其余梁段有3.5 m、4.0 m 两种，合龙段长度为2.0 m，最重悬浇段为1# 块，浇筑重量819.0 kN。

主桥连续箱梁两端的边跨现浇段长度为7.6 m，混凝土方量44.8 m3，边跨梁重约118.72 t。根据现场实际情况，因两个边跨桥墩不高，且均处在无水较平坦陆地上，采用钢管支架进行混凝土施工，两边跨支架形式相同，本文将对较高边墩4# 墩侧的钢管支架进行设计检算。

2 支架设计概述

边跨现浇段支架由底模下方木、纵梁、垫梁、牛腿、立柱及连接系组成。

立柱采用φ630×10 mm 钢管，沿横桥向、顺桥向布置，布置间距分别为3.0 m、4.2 m，靠近桥墩处立柱支撑于承台之上，其余均设置于条形基础上。立柱间均设连接系，以确保支架整体稳定。钢管底部采用底法兰与基顶预埋钢板围焊连接。

立柱间顺、横桥连接系由［20 槽钢组焊，立柱顶设置落架沙箱，沙箱底板与钢管柱顶法兰焊接，沙箱上安设垫梁，垫梁采用2I40b 双拼工字钢，沿顺桥向布置间距4.2 m，纵梁采用I32b 工字钢，沿横桥向布置间距为90 cm×3+40 cm+35 cm×2+90 cm×2+35 cm×2+40 cm+90 cm×2，底模下沿顺桥向布置10 cm×10 cm 方木，间距30 cm。支架顺桥向布置如图1 所示，横桥向布置如图2 所示。

3 荷载计算及荷载组合

3.1 荷载

（1）混凝土重量：图3 给出边跨现浇段典型计算断面，根据断面数据计算其重量；混凝土容取26 kN/m3。

（2）顶、底板及腹板下模板自重取1 kN/m2，翼缘下模板自重取2.8 kN/m2。

（3）支架自重由程序自动计算。

（4）施工人员、材料及施工机具荷载：计算支承模板下的纵、横梁时，活载（3）取1.5 kN/m2；计算支架立柱及其他结构时，活载（3）取1 kN/m2。

（5）振捣混凝土产生的荷载取2.0 kN/m2。

（6）浇筑混凝土产生的冲击荷载取2.0 kN/m2。

图1 支架顺桥向布置（单位：cm）

图2 支架横桥向布置(单位：cm）

图3 边跨现浇段计算断面（单位：cm）

3.2 荷载组合

荷载组合1：计算支承模板下的方木强度时，1.2×[（1）+（2）+（3）]+1.4×[（4）+（5）]。

荷载组合2：计算其他结构的强度时，1.2×[（1）+（2）+（3）]+1.4×（4）。

荷载组合3：计算结构的刚度时，（1）+（2）+（3）。

荷载组合4：计算立柱的稳定性时，1.2×[（1）+（2）+（3）]+0.9×1.4×（3）。

4 计算模型

利用Midas 软件建立分析模型，采用梁单元分别模拟立柱及纵、横梁，将荷载施加于底模下方木上，钢管底部约束形式为固结，计算模型如图4 所示。

图4 支架计算模型

5 分析结果

5.1 底模下方木刚度、强度计算

底模下方木弯曲应力分布如图5 所示，最大弯曲应力4.6 MPa＜fw=13 MPa，满足要求。

图5 底模下方木弯曲应力图

底模下方木剪应力分布如图6 所示，底模下方木最大剪应力0.9 MPa＜fwv=1.4 MPa，满足要求。

图6 底模下方木剪应力图

经计算，底模下方木最大变形为0.2 mm＜l/400=650/400=1.625 mm，刚度满足要求。

5.2 纵梁刚度、强度计算

纵梁弯曲应力如图7 所示，最大弯曲应力81.1 MPa＜f=215 MPa，满足要求。

图7 纵梁弯曲应力图

纵梁剪应力如图8 所示，纵梁最大剪应力21.6 MPa＜fv=125 MPa，满足要求。

图8 纵梁剪应力图

纵梁变形2.2 mm＜l/400=2 100/400=5.25 mm，刚度满足要求。

5.3 横梁刚度、强度计算

图9 示出横梁的最大弯曲应力值为42.5 MPa＜f = 215 MPa，满足要求。

图9 横梁弯曲应力图

图10示出横梁的最大剪应力值为28.8 MPa＜fv=125 MPa，满足要求。

图10 横梁剪应力图

横梁最大变形值为0.8 mm＜l/400=3 000/400=7.5 mm，刚度满足要求。

5.4 立柱强度、稳定性计算

立柱应力如图11 所示，立柱的最大应力值为24.0 MPa＜f = 215 MPa，强度满足要求。

图11 立柱应力图

支架屈曲模态分析如图12 所示，支架整体线弹性屈曲第一阶屈曲稳定系数为42.4，屈曲模态为立柱间横向连接系纵向失稳，支架整体屈曲稳定有足够的安全系数。

图12 屈曲模态分析图

5.5 基础计算

图13 立柱底支反力图

如图13 所示，远墩侧立柱底支反力和：F支=443.1+443.4=866.5 kN。条形基础尺寸为长4.6 m，宽1.6 m，高1.0 m。条形基础自重：F基础=4.6×1.6×1.0×26=191.4（kN）。

基底竖向力和：F = F支+F基础= 866.5 +191.4 =1 057.9（kN）。

基底承载力不小于143.7 kPa，支架基础必须有足够的承载力。

6 支架现浇施工要点

6.1 现浇段工艺流程

边跨现浇段施工工艺流程：处理地基→施工条形基础→安装钢管柱→焊接横撑→连接支架与墩身→沙箱→安装垫梁→焊接牛腿→纵梁安装→铺设横梁→底模→验收、预压→安装内、外模→绑扎钢筋及预应力预埋→浇筑混凝土→养护→拆模。

边跨直线段混凝土采用一次浇筑成型，施工中要特别关注锚垫板位置及预应力管道的准确，预留孔和预埋件的精确设置，有利于合龙段的顺利安全施工。

6.2 支架基础

靠近桥墩侧的钢管柱坐落在承台上，距离桥墩中心线2.1 m，线路中心线对称布置，两钢管柱间距为3 m。承台已施工完成，采用植筋的方式连接，每个钢管柱植入承台的锚栓为16 个，植入深度为80 cm，锚栓采用HRB400φ22 钢筋，长度为880 mm，植筋黏结剂采用树脂类植筋胶，B 级胶。

离钢管柱较远的另外两根钢管柱采用扩大基础，扩大基础尺寸为100 cm×460 cm×160 cm，基础顶、底面设15 cm×15 cm 网格的钢筋网，钢筋采用HRB400φ16。基础地基承载力大于143.7 kPa，不符合要求的进行三七灰土换填1 m 厚。在扩大基础上相应位置上预埋预埋件，确保锚栓数量及位置准确，预埋深度不小于80 cm。

6.3 钢管支架

钢管柱的直径为φ630 mm，壁厚10 mm，厂家定制，连接钢板为d=880 mm×20 mm，钢板的孔眼不能在现场冲孔，孔径误差为±0.25 mm，端孔边距的误差在±0.5 mm 内。柱脚的加劲肋钢板厚8 mm，其焊脚尺寸不小于6 mm，柱脚焊脚尺寸不小于8 mm。严格按设计图纸搭设，保证各连接件连接牢固，搭设完毕采用边跨梁体重量120%的砂袋进行预压。

7 结 语

某单线铁路（40+64+40）m 连续梁桥采用悬臂浇筑法施工，边跨现浇段长度为7.6 m，采用钢管支架法浇筑。本文对大桥边跨现浇段的钢管支架设计进行了探讨，首先建立了Midas 分析模型。根据分析结果，对支架进行检算，检算内容主要有底模下方木强度和刚度计算、纵梁强度和刚度计算、垫梁强度和刚度计算、立柱强度和稳定性计算、基础计算，通过检算支架的强度、刚度、稳定性满足相关要求。工程实践证明本文所述支架结构设计合理、安全可靠，为大桥顺利完工提供了可靠保障，可为类似工程施工设计提供参考。