现浇箱梁门洞式支架设计与施工技术

熊 亮

厦门中平公路勘察设计院有限公司海南分公司 海南海口 570100

1 工程概况与支架设计

青菱乡立交桥第6 联标准段箱梁为单箱三室连续箱梁，标准宽度为25m，桥最大纵坡- 3.524%。主梁的高度为3m。箱型梁顶板厚度为0.26m。箱型梁底板厚度为0.25m。中腹板、边腹板的厚度都是0.6m，腹板位置箱梁荷载最大，此处的盘扣支架需要加密。箱梁两侧翼缘板长度为2.5m，翼缘板厚度较小，对应的盘扣支架间距可以减小。立交桥的建设时桥下有通行要求，桥梁建设时必须保证双向四车道。因此将下部支架设计成贝雷梁门洞式支架，横断面设计见图1。

图1 贝雷梁门洞式支架横断面设计图

贝雷梁门洞支架，高度为12m，宽27m，以提高支架的稳定性。采用厚10mm 的φ630 钢管柱作基础。钢管柱顺桥向间距为3m，中间采用16# 槽钢连接，提高钢管柱稳定性。桩顶焊接80cm×80cm×1cm 的钢板，钢板上横向安装40a 三拼工字钢作为支架主梁。贝雷梁的跨径为9m，中跨有墩柱阻挡，无法通行。两侧边跨，可以通行，且跨径为9m，可以满足双向四车道要求。钢管柱顺桥梁间距为3m，即三拼工字钢的跨径为3m。贝雷梁每0.6m 一榀，即贝雷梁上20a 槽钢的跨径为0.6m，槽钢要旋转90°铺设，以保证其上盘扣支架的稳定性。

20a 槽钢上采用承插型盘扣式钢管支架，支架平均高5.6m，立杆外径为60.3mm，水平杆、竖向斜杆外径均为48.3mm，可调托座丝杆外径为48mm。支架的立杆受力点必须落在有贝雷梁支撑的位置，也就是说承插型盘扣式支架立杆顺桥向距离为0.6m。与箱梁腹板位置对应的盘扣式支架立杆加密处理，间距为0.6m。与箱梁底板、翼板位置对应的盘扣式支架立杆根据受力大小可以适当增加间距，并与20a 槽钢对应，间距为1.2m，步距1m。盘扣支架立杆顶安装顶托，在顶托上横桥向布置12.6a 工字钢。12.6a 工字钢上布置方木，木方的截面尺寸为100mm×100mm，间距30cm。在方木上铺设15mm 厚竹胶板，为保证浇筑箱梁混凝土质量，也方便脱模，竹胶板表面要涂抹脱模剂。

2 门洞式支架受力验算

2.1 荷载组合

作用在支架上的永久荷载主要有模板自重、木方自重、盘扣支架自重。作用在支架上的可变荷载主要有倾倒混凝土荷载、振捣混凝土荷载、人员和机具施工荷载。根据规范，承载力极限状态强度验算永久荷载分项系数为1.2，可变荷载分项系数1.4。承载力极限状态强度验算时等效线荷载组合见表1。

表1 承载力极限状态强度验算等效线荷载组合

根据规范，在正常使用极限状态的挠度验算时只考虑永久荷载，并且荷载分项系数为1.0。正常使用极限状态的挠度验算等效线荷载组合见表2。

表2 正常使用极限状态的挠度验算等效线荷载组合

2.2 计算模型

由于该桥为等跨径连续梁桥，故只对单跨支架进行建模验算。贝雷梁采用16Mn 钢，其他构件均采用Q345钢材，共用6 种截面模拟：贝雷梁弦杆、贝雷梁腹杆、贝雷梁支撑架、20a 槽钢、三拼I40a 工字钢以及Ф630×10mm钢管柱。模型共划分为15184 个节点，22342 个单元，因桥梁墩柱地方不能铺设贝雷梁，因此支架对应处有断开处理，确保模型构造与实际情况相符。20a 槽钢与贝雷梁上弦杆之间、贝雷梁下弦杆与三拼I40a 工字钢之间、三拼I40a 工字钢与钢管柱之间采用弹性连接，X 方向约束值为108，其他方向约束值为单位1。荷载按表1 和表2 中的荷载组合进行施加，尽量按支架实际受力状态进行模拟。具体模型见图2。

图2 支架模型效果图

2.3 强度验算、挠度验算结果汇总

通过MIDAS 分析得出贝雷梁门洞式支架承载力极限状态强度验算、正常使用极限状态的挠度验算，见表3。

表3 验算结果汇总

通过以上分析可知：在进行贝雷梁门洞支架极限状态强度校核时，贝雷梁上、下弦杆最大应力134.28MPa，腹杆的最大应力为113.24。20a 槽钢、贝雷梁支撑架、三拼I40a 工字钢等Q345 构件最大应力为88.04MPa。而Q345钢许用值为172.5MPa，16Mn 钢许用值为210MPa，满足承载能力要求。贝雷梁门式支架正常使用极限状态挠度校核时，最大挠度为13.32mm。小于允许值22.5mm，满足正常使用要求。

3 支架施工

3.1 钢管柱施工

根据计算，钢管柱的长度为10.1m，而现场订购的钢管柱为3m、6m 或9m，因此钢管柱需要切割或接长处理。钢管柱切割时采用氧炔焰，施工前必须做好量测工作，确保切割后误差在3mm 以内。钢管柱加长时同直径的钢管必须对其，接口平整，对中误差应小于1%，接口位置采用满焊，焊缝质量应满足规定要求。焊缝四周采用长条形小钢板进行焊接加固处理，见图3。

图3 钢管连接端加固图

小钢板与钢管柱之间采用花焊。小钢板的长20cm、宽8cm，厚度为1cm，小钢板之间的净距为15cm。钢管柱长度满足要求后，在钢管柱顶焊接长0.8m、宽0.8m、厚0.01m 的钢板。

3.2 三拼I40a 工字钢施工

三拼工字钢顺桥向布置，每3m 一跨。制作三拼工字钢方法：将三根I40a 工字钢两端对齐，误差小于1%，并排放置，采用花焊焊接。焊接质量须满足规范要求。工字钢在贝雷片支点位置和桩顶焊接竖向加劲板，见图4。

图4 三拼I40a 工字钢焊接图

3.3 贝雷梁施工

单片贝雷片长3m，高1.5m，本工程所需贝雷梁长30m，由10 片组成。为提高贝雷梁的稳定性，本工程采用双拼贝雷梁拼装，贝雷梁在加工区拼装，贝雷梁梁长为30m，两组贝雷梁之间的间距为60cm，贝雷梁之间采用支撑架连接。采用25t 吊车多点起吊每组贝雷梁，吊装应平稳、规范。安放在三拼工字钢上之后，要做好三拼工字钢与贝雷梁之间的接触处理，设置限位器。贝雷梁之间距离按设计要求布置，顺桥向间距为60cm。

3.4 模板支架拆除

模板支架拆除流程：（试件抗压强度达到设计强度75%以上）松内模拉杆及顶撑→松芯模内盘扣支架顶托→拆芯模顶板模板→拆芯模内盘扣支架→拆除芯模侧模→（当现浇箱梁钢绞线张拉、压浆完成，同条件试件抗压强度达到设计强度100%时）松箱梁翼缘板盘扣支架顶托→拆箱梁翼缘板外模→拆箱梁外模背带→拆除箱梁外侧模板→松拆底支架及底部模板→拆盘扣支架→清理现场。非承重模板一般在混凝土抗压强度达到2.5MPa 方可拆除，支架拆除遵循“先支后拆，后支先拆，先上后下，一步一清”的原则。

4 结论

青菱乡立交桥第6 联标准段箱梁为单箱三室连续箱梁，该立交桥施工处于交通繁忙路段，为保证立交桥施工时桥下车辆能顺利通行，箱梁支架设计成组合形式，上部采用承插型盘扣式钢管支架，下部为贝雷梁门洞支架。

（1）采用Midas Civil 软件对贝雷梁门洞支架进行承载力验算和挠度验算，验算结果表明贝雷梁和其他Q345 构件强度和变形均能满足要求，支架布置形式可供日后类似工程参考。

（2）在进行挠度验算时，贝雷梁门洞支架只需考虑永久荷载，且分项系数取1。在进行承载力验算时，不仅要考虑永久荷载，还要考虑可变荷载，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分享系数取1.4。

（3）在进行支架搭设时，尤其要注意拼接和焊接质量，确保焊接和拼接部位承载力不低于材料本身的承载力。模板支架拆除时混凝土强度必须达到规定强度，且应严格遵循拆除的程序，确保“先支后拆，后支先拆，先上后下，一步一清”。