钢混叠合梁拼装及运梁通道两用支架平台设计与应用

贾培亮

(中铁十七局集团第三工程有限公司 河北石家庄 050081)

1 概述

市政桥梁设计，常采用钢箱梁、叠合梁、工字型钢梁等跨越能力大、结构自重小的梁型。由于受市区交通、管线等因素影响，钢混叠合梁、钢箱梁等梁部结构施工采用工厂预制，现场进行节段焊接成桥，因此需要搭设拼装、焊接支架[1-4]。钢箱梁工厂预制、现场焊接及吊装工序时间长、控制因素多，对工期影响大，尤其是当钢箱梁位于架梁关键线路上时，应根据整体工期安排合理地组织钢箱梁预制及进场拼装的时间，以保证整条关键线路上作业顺畅，反之则项目的工期无法进行统筹组织[5-7]。但跨路及路口位置往往受到征拆、交通疏导等因素影响，按计划进行钢箱梁拼装作业难度较大[8-9]，因此必须采取合理的措施保证项目关键线路畅通，尤其是畅通运梁通道，是上部结构安装工程施工组织设计的核心[10]。

本文针对钢叠合梁拼装支架施工，采用左、右幅分幅作业，半幅加高一侧钢混叠合梁拼装支架兼作运梁通道支架的方法，待运梁结束后，降低支架作为钢叠合梁拼装平台，既解决了运梁线路因钢混叠合梁拼装造成断点难题，又不影响后期钢叠合梁梁部焊接作业，可为此类工程施工提供参考。

2 工程概况及重难点分析

2.1 工程概况

珠海市香海大桥支线工程TJ2标，线路全长3.042 km。起点于珠海市香洲区前山街道沥溪村，终点位于珠海市香洲区长沙圩。线路采用双向六车道高速公路标准设计，设计速度80 km/h。标准桥梁宽度33 m，分上下行两幅并列独立桥梁。单幅桥梁标准宽16 m，桥面净宽2×15 m，见图1；主线桥梁中，大跨度桥梁采用钢箱组合梁结构，普通跨度采用预制简支混凝土梁。其中第22联、28联、36联均采用60 m跨径的钢混叠合梁跨越道路施工。

图1 桥梁断面图

钢箱组合梁左右幅均采用“开口钢箱梁＋混凝土桥面板”的组合结构，16 m宽单幅桥主梁采用单箱单室结构，20 m宽单幅桥采用单箱双室组合梁结构，结构总高3 m，钢结构部分高2.5 m，顶部混凝土桥面板与钢箱梁梁体通过剪力钉连接。

2.2 重难点分析

3联钢箱梁均采用工厂预制、现场拼装施工工法，拼装支架采用贝雷梁拼装支架。由于3联钢箱梁位于闹市区，交通疏导难度大，涉及历史遗迹建筑拆迁难等问题，导致钢箱梁施工工期滞后，线下预制梁场存梁压力大，因此需设计拼装支架与运梁通道两用平台，首先保证先架段预制梁架设，缓解线下预制梁场生产及存梁压力。后期完成运梁任务后整体降低两用平台支架，进行拼装钢混叠合梁施工。

3 钢混叠合梁拼装及运梁通道两用支架平台的设计

3.1 总体方案选型

总体方案选用梁柱式支架平台方案，“梁”采用贝雷梁，“柱”采用φ630×8 mm钢管柱。为保障关键线路畅通，左幅钢箱梁拼装过程中，右幅拼装支架加高兼作运梁通道，结构形式与左幅拼装支架相同，仅钢管立柱高度不同，待运梁结束或左幅钢箱梁拼装完成后，降低右幅运梁通道，拼装右幅钢箱梁。

3.2 左幅钢箱梁拼装支架平台设计

钢箱梁临时支架采用直径φ630 mm、壁厚8 mm钢管作支撑柱，支撑柱顶主横梁为双拼 36工字钢，长度6 m，纵梁按单层布置，采用单层贝雷片，四片一组，共两组，两组之间间距3.5 m；贝雷片与工字钢主横梁间焊接槽钢限位卡以防滑动摆动。拼装支架设计时考虑将来运梁荷载，见图2、图3。

图2 钢箱梁拼装支架

图3 平台支架断面图

3.3 右幅预制梁运梁通道支架平台设计

运梁通道支架与拼装支架结构形式相同，运梁通道搭设前，对φ630 mm直径钢管立柱降低高度处做法兰盘连接，后期安装桥墩旁落架立柱，采用千斤顶支撑贝雷梁及桥面系，拆除法兰以上钢管立柱，缓缓降落贝雷梁梁部结构，使之改为钢箱梁拼装支架，拆除桥面钢板，根据钢箱梁分段设置焊接支撑，见图4。

图4 运梁平台支架

3.4 支架平台结构检算

3.4.1 支架平台最不利工况及荷载取值

支架平台最不利工况分为3种，其中工况一为运梁通道下，运梁车运输最大梁重130 t，计算运梁状态下支架平台各构件的强度及刚度；工况二为支架平台降低后改为钢箱梁拼装时钢箱梁重量及施工荷载下；工况三是当钢箱梁拼装过程中，开口状态下架桥机通过的运输荷载。按极限状态法设计，恒荷载荷载分项系数为1.2，活荷载荷载分项系数为1.4，车辆冲击系数根据规范取1.3，Q235钢材极限应力抗拉、压、弯取值小于215 MPa，抗剪小于125 MPa，Q345钢材抗拉、压、弯取值小于305 MPa，抗剪小于175 MPa，允许挠度按照L/400控制。

3.4.2 工况一强度及刚度计算结果

运梁车通过支架平台工况下，运梁车空车按24 t考虑，最大梁重132 t。运梁车总长38 m，车轮:前车3轴，10 轮，后车3 轴，12 轮。第1 排为单轮，第2、3、4、5、6排为双排轮。运梁车长度布置见图5。

图5 运梁车轴距

根据集中荷载采用移动荷载布载的方式计算最不利状态下各构件的强度及刚度。

通过对支架平台结构分析，各构件强度及刚度均满足规范允许值要求。各构件中贝雷梁梁部为最不利构件，从计算结果得出贝雷梁的最大组合应力183.3 MPa＜[τ]＝305 MPa，贝雷梁的最大剪应力64.1 MPa＜[σ]＝175 MPa，强度满足要求。贝雷梁最大变形12.1 mm＜l/400＝13 500/400＝33.75 mm，刚度符合要求。

3.4.3 工况二强度及刚度计算结果

运梁结束后，支架平台整体降低转换为钢箱梁拼装支架，恒荷载考虑钢箱组合梁结构自重、混凝土桥面板湿重、模板重量以及支撑体系自身的自重，按照其相应的容重荷载施加。在钢箱梁上作用施工荷载，方向为竖直向下，根据统计计算，最大荷载为40 kN/m。结构的自重软件自动考虑。

根据贝雷架应力计算结果，贝雷架的最大应力为σ＝-240.26 MPa，最大剪应力τ＝-141.73 MPa。计算结果表明贝雷架强度满足施工使用的要求。由贝雷架位移计算结果可见，其竖直方向的最大变形为11.89 mm，小于贝雷梁跨度的1/400，变形满足要求。

3.4.4 工况三强度及刚度计算结果

由于分幅施工钢箱梁，当左幅钢箱梁未拼装完成，右幅钢箱梁根据工期安排必须开始拼装时，则会出现架桥机通过未完成拼装钢箱梁的工况，根据架桥机的自重及运输设备构造，支腿集中荷载为302.5 kN，架桥机布置立面图如图6所示。

图6 架桥机布置立面图

根据对此工况开口钢箱梁及支架平台计算，架桥机在钢箱梁上运输过程中，钢箱梁组合应力中最大压应力为-10.67 MPa，最大拉应力为1.78 MPa。钢箱梁变形最大为4.10 mm，钢管桩支架组合应力中最大压应力为-64.56 MPa，最大拉应力为141.37 MPa。钢管桩变形最大为3.77 mm。该工况下钢箱梁及支架的应力及稳定性均满足要求，结构安全可靠，组合应力见图7。

图7 工况三钢箱梁组合应力(最大压应力为-10.67 MPa)

3.4.5 支架平台稳定性计算

支架平台稳定性需考虑稳定系数的单构件稳定性及模型的整体稳定性。根据对三种工况下构件稳定及整体稳定性的分析，工况一下钢管立柱构件稳定性、工况二下整体稳定性为最不利状态，分别进行计算[11-12]。

工况一下钢管立柱稳定性计算:钢管墩长度因数1，钢管计算长度取12 m。回转半径213.4，长细比56.2，钢管为焊接，根据《钢结构设计规范》附录C，钢管按b类构件考虑，查表得轴心受压构件稳定系数0.825。

因此，钢管墩稳定性满足要求。

工况二下计算得到钢管桩在荷载组合下一阶失稳的稳定性系数为4.671＞4，其稳定性满足要求。

4 钢混叠合梁拼装及运梁通道两用支架平台的安装应用

4.1 两用支架平台安装

两用支架平台分为左幅钢混叠合梁支架安装及右幅预制梁运梁通道支架安装两种，两种支架形式及结构形式均相同，仅支架高度不同，待右幅运梁任务结束后，降低右幅支架，转换为钢混叠合梁拼装支架。因此安装前要对降低高度进行计算，结合千斤顶高度、桥面高度、拼装高度，对钢立管降低处进行法兰盘安装。运梁通道主线桥钢管支撑采用扩大基础，扩大基础尺寸2 m×2 m，厚度不小于0.6 m，扩大基础位置需提前进行地基处理，地基承载能力大于175 kPa，必要时进行预压。扩大基础完成后进行钢管、横梁、贝雷梁、桥面钢板等其他结构的安装。

4.2 两用支架平台应用效果

两用支架平台经现场安装应用(见图8、图9)，其结构稳固，安装及转换操作简便、安全、快捷，满足现场预制梁运输及钢混叠合梁拼装要求，较好地保证了关键线路的连续性。左幅钢箱梁拼装与右幅运梁同步作业，极大地缓解了预制梁场存梁压力，并最终顺利完成了左、右幅钢混叠合梁的拼装施工。

图8 右幅运梁支架平台

图9 左幅拼装支架

5 结束语

本文全面总结了一种钢混叠合梁拼装及运梁通道两用平台支架的设计及应用方法，平台支架安装完成后运输预制T梁130余片，保障了关键线路上运梁通道的畅通。运梁任务完成后，通过提前设置的吊点和液压千斤顶装置，整体落架2.5 m，顺利完成了运梁平台与拼装平台的转换，并完成了60 m钢混叠合梁的拼装、焊接及桥面预制板安装工作，对类似工程具有很好的参考意义。