跨铁路立交桥现浇箱梁悬空支架设计与施工总结

2021-08-02廉强

中国科技纵横 2021年9期

关键词：加强型门洞贝雷梁

廉强

（中交第一航务工程局有限公司路桥分公司，天津 300461）

某跨铁路立交桥上部结构采用现浇连续箱梁施工，根据结构特点、施工效率及跨越铁路线影响等因素，对预留门洞悬空支架支撑系统进行了设计优化，为上跨铁路桥梁施工提供了安全可靠、实施性较强的解决办法。

1.工程概况、地质条件及特点

1.1 工程概况

桥梁全长240.23m，共三联依次为：（23.5+33.23+23.5）+（4×20）+（4×20）m预应力混凝土连续箱梁，每联桥由东、西2幅箱梁组成，设计宽度单幅14.5m，双幅29m，箱梁混凝土标号为C50，总方量约6000m³。

1.2 地质条件

勘察结果表明，该区域的土层分布较有规律，勘察深度内的主要土层自上而下依次为人工填土层（Qml）：①素填土、夹层碎石；残积土层（Qel）：②残积土；基岩（粉子山群Pt1-2fza）③1全风化大理岩、③2a强风化大理岩、③2b强风化大理岩、③3中风化大理岩。各层地基承载力容许值如表1所示。

表1 地基土承载力基本容许值[fa0]

1.3 工程特点

因跨越铁路施工，支架预留门洞无法实现中间支撑，门洞跨度达12.77m，高5.8m，因跨度较大，对横跨两端的贝雷梁要求较高，经验算，拟选用28榀国产标准“321”公路钢桥桁架贝雷梁，纵向长度为15m；拟选用12组钢管作为支撑，每组由2根φ420×10mm钢管组成，每组钢管间设置[10作横撑，加强门洞整体稳定性。

2.悬空支架设计与施工技术要点

2.1 预留门洞悬空支架设计

本项目铁路预留门洞跨度12.77m，净高5.8m，门洞基础采用两道30m×1.5m×1.2mC30钢筋砼，顶面预埋24块110cm×70cm×1.5cm钢板；钢管柱采用24组双排φ420×10mm钢管，高5.4m，顶端采用1.5cm厚钢板封闭，间距2.6m×12.77m；横桥向相邻两根钢管柱上下2.5m采用[10槽钢做水平连接，增强整体稳定性；钢管柱上方设置双400mm×400mm H型钢做横梁，横梁上每隔1m加1cm厚钢板作肋板，支撑立柱横梁上架设标准加强型贝雷架，横桥向布置间距为0.9m+0.526m+0.45m×4+0.9m+0.45m×6+0.9m+0.45m×6+0.9m+0.45m×5+0.9m；横桥向铺垫10#工字钢，工字钢间距600mm，并在工字钢周边铺垫100mm×100mm方木、竹胶板及防坠安全网兜作隔离层；工字钢上支满堂脚手架，设置底托及顶托；满堂脚手架顶部横桥向铺设10#工字钢，间距600mm；满堂脚手架上铺设箱梁底模，底模由100mm×100mm方木及15mm厚竹胶板组成，方木铺设净间距150mm。

2.2 预留门洞悬空支架受力验算

2.2.1 荷载组成

（1）箱梁砼自重G1：

腹板：2.1×26=54.6kN/m2，空心箱底板、翼缘板：（0.45+0.18）/2×26=8.19kN/m2。

（2）模板支架自重G2：

模板体系：1.5kN/m2，方木自重取7.5kN/m³，10#工字钢自重0.11kN/m，贝雷梁：2.5kN/m2。

（3）施工荷载G3：2.8kN/m2。

（4）振捣荷载：水平方向取2.0kN/m2，竖向取4.0 kN/m2。

2.2.2 门洞贝雷梁验算

双排单层加强型贝雷梁技术参数：

E=2.1×105MPa，I=11.55×109mm4，W=15.4×106mm3，[M]=3375.0kN·m，[Q]=490.5kN。

三排单层加强型贝雷梁技术参数：

E=2.1×105MPa，I=17.32×109mm4，W=23.1×106mm3，[M]=4809.4kN·m，[Q]=698.9kN。

贝雷梁横向布置：腹板下采用三排单层加强型贝雷梁间距为0.45m；空心箱室、翼缘板下采用双排单层加强型贝雷梁间距为0.9m。

（1）腹板下贝雷梁验算。

计算荷载q=0.45×［1.2×（54.6+1.5+7.5×0.1+2.5）+1.4×（2.8+4）］+0.6×1.2×0.11=36.41kN/m。

贝雷梁跨内弯矩为：Mmax=1/8ql2=1/8×36.41×12.77×12.77=742.19kN·m。

可得腹板下最大弯矩为：Mmax=742.19kN·m＜4809.4 kN·m，满足要求。

腹板下三排单层加强型贝雷梁剪力为：QA=1/2ql=1/2×36.41×12.77=232.48kN。

最大剪力为Qmax=232.48kN＜698.9kN，满足要求。

三排单层加强型贝雷梁挠度：

（2）空心箱室、翼缘板下贝雷梁验算。

计算荷载q=0.9×[1.2×(8.19+1.5+7.5×0.1+2.5)+1.4×(2.8+4)]+0.6×1.2×0.11=22.62kN/m。

贝雷梁跨内弯矩为：Mmax=1/8ql2=1/8×22.62×12.77×12.77=461.09kN·m。

空心箱室、翼缘板下最大弯矩为：Mmax=461.09kN·m＜3375.0kN·m，满足要求。

空心箱室、翼缘板下双排单层加强型贝雷梁剪力为：QA=1/2ql=1/2×22.62×12.77=144.43kN。

可得最大剪力为Qmax=144.43kN＜490.5kN，剪力满足要求。

空心箱室、翼缘板下双排单层加强型贝雷梁挠度为：

2.2.3 门洞钢横梁验算

整体箱梁受力分析贝雷梁传递到横桥向双400H型钢的作用力，以双400H型钢由6组等跨立柱支撑，跨距2600mm。400H型钢高400mm，宽400mm，腹板厚13mm，翼缘板厚21mm，型钢自重1.684kN/m，截面抵抗矩W=3268cm3，截面惯性矩I=65361cm4，截面面积A=21454mm2。

双H型钢承受砼重：10.92×15×26/(15×14.25)=19.92 kN/m2。

线荷载：q=15×[1.2×(19.92+1.5+7.5×0.1+2.5)+1.4×(2.8+4)]+0.6×1.2×0.11+1.2×1.684×2=590.98kN/m。

横向每隔2.6m设置6组钢管立柱，计算双400H型钢时按五等跨连续梁进行力学性能分析。

双H型钢承受弯矩为：

如图1钢横梁弯矩图所示，可知钢横梁承受最大弯矩为：Mmax=419.48kN·m。

图1 钢横梁弯矩图

钢横梁承受剪力为：

如图2钢横梁剪力图所示，钢横梁承受最大剪力为：Qmax=931.15kN。

图2 钢横梁剪力图

钢横梁承受最大剪力强度为：

τ剪=Qmax/(2A)=931150/(2×21454)=21.7N/mm2<[τ]=125N/mm2，满足要求。

钢横梁跨中最大挠度为：

钢横梁跨中最大挠度满足要求。

2.2.4 钢管立柱强度验算

钢管立柱共由24组钢管支撑，每组由2根φ420×10mm钢管并排组成。

由钢横梁剪力图可知，最大支座反力为：N=931.15+808.22+10.87=1750.24kN。

φ420×10mm钢管立柱下端与110cm×70cm×1.5cm钢板连接，立柱间布置两道横撑，以增强门洞整体稳定性。

立杆计算长度取5380mm。

2.2.5 条形基础和地基承载力验算

（1）条形基础配筋验算。

假设条形基础长15m，宽1.5m，高1.2m，砼标号为C30。

条形基础承受线荷载为：

式中：As—钢筋截面面积mm2；

fc—C30砼轴心抗压强度15N/mm2；

b—矩形截面宽度1500mm；

fy—钢筋抗拉强度设计值310N/mm2；

γd—结构系数，取1.2；

h0—截面有效高度1100mm；

As=1882.7mm2。

取钢筋直径为16mm，实取12根（即上下各配置6根φ16钢筋做主筋），实际钢筋配筋面积为2413.2mm2，纵向配筋满足要求。对于梁高1200mm，箍筋直径不宜小于6mm，结合施工现场情况箍筋采用φ10钢筋，当梁高800mm

（2）地基承载力计算。

钢管最大轴力（含钢管自重）为：N=1750.24kN。

条形基础重：2.6×1.5×1.2×26=121.68kN。

则地基受力为：1750.24+121.68=1871.92kN。

根据现场实际地质情况及地质勘查报告，条形基础地基主要为强风化大理岩，地基土承载力450kPa。故条形基础满足施工及规范要求。

2.2.6 支架整体稳定性验算

按照图纸设计要求，支架水平荷载取上部荷载的5%，则支架受水平推力为：

F=26×10.92×15×5%=4258.8×5%=212.94kN。

每组立柱受水平推力为F=212.94/12=17.75kN。

着力点距基础顶面取5.8/2m，M=17.75×5.8/2= 51.48 kN·m。

支架（含横、斜撑）自重取1.5kN/m2，每组钢管柱承受竖向压力为N=1.5×5.8=8.7kN。

支架稳定性系数为0.948。

稳定性系数125/21.42=5.83>1.3，满足要求。

2.3 实施效果

本工程满堂支架与门洞悬空支架纵、横向布距一致，确保箱梁支架整体稳定性，门洞支架严格按照规范要求执行，经堆载预压后，测量门洞预压区跨中、1/4跨、支点部位的沉降位移观测，跨中沉降8mm，位移无变化，满足施工规范要求。箱梁混凝土浇筑完成后，混凝土表面平整，观感质量较好。

3.施工经验总结

（1）腹板下三排单层加强型贝雷梁跨中挠度设计值为3.47mm，空心箱室、翼缘板下双排单层加强型贝雷梁跨中挠度设计值为3.23mm，现场实际测量腹板、空心箱室、翼缘板下贝雷梁跨中挠度均为8mm

（2）连续箱梁在结构重力和荷载的作用下，主梁受弯（跨中截面承受正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大）。由于连续结构可以充分发挥贝雷梁的材料特性，能够有效促进结构轻型化，因此多跨连续贝雷梁在现浇梁施工中具有广阔的应用前景。

（3）多跨连续贝雷梁在施工中发挥了积极作用，但也存在不足，由于支架上承受的初期混凝土荷载并非均布的，需要贝雷梁结构充分发挥材料特性，对材料性能的要求较高。在实际施工中，需从施工工艺上加以控制：1）加强贝雷梁之间的横向连接，增强结构刚性和整体性；2）采用水平分层法现场浇筑混凝土，通过减小上部荷载来降低由于不均匀荷载产生的挠度变化对新浇筑混凝土的影响，先浇筑底板和腹板混凝土，再进行顶板混凝土的浇筑。