铁路多线刚构桥移动支架施工应用

邓兴廷 DENG Xing-ting

（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545007）

1 工程概况

柳州南编组站竹鹅溪多线刚构桥跨径为（14+22+14）m，总长为60.2m，分为14 号桥，横向并列布置，桥上共有40 股道及两条通站道路，总宽度234m。基础为钻孔桩，桩径1m。中间1～2 号桥墩为刚壁墩，墩厚为1.35m，墩高6.8m，横桥向与梁底同宽。梁体为变截面实体板梁，跨中梁高为150cm，其根部梁高为220cm，梁底宽为888cm。刚构桥总面积11330m2。梁部断面如图1。

图1 梁部断面图

2 支架设计

刚构桥梁部现浇支架，自上而下，由胶木板底模、扣件式钢管调节架、贝雷片承重梁、柱顶梁、钢管立柱、行走系统等六大部分组成。底模板，采用2440×1220×15（mm）黑色胶木板，放置于纵向小方木加劲肋之上。侧模板，采用定制钢模板。扣件式钢管调节架自上而下由纵桥向100×100×2000 或4000（mm）小方木加劲梁、间距250mm，横桥向100×100×2000 或4000（mm）小方木分配梁（1、2#墩身变截面段横桥向分配梁为I10 工字钢）、间距450mm，可调节顶托，φ48×3（mm）扣件式钢管，200×50×2000 或4000（mm）脚手板等组成。贝雷片承重梁中跨规格为170×300（cm）的上下加强型，边跨规格为150×300（cm）的普通型，每两榀组成一组即1 个承重梁单元。在使用过程中不得电焊和烧伤，其相互间或与其他构件的连接均一律采用螺栓、U 型卡连接。柱顶横梁，采用2I45a 工字钢，单侧5 根立柱用[16 槽钢做剪刀撑联成整体，焊接于柱顶封板（720×20×720mm 钢板）上。钢管立柱，采用φ480×10（mm）螺旋钢管或直焊缝钢管，顶、底部均设置720×20×720mm 钢板作封板，四周焊接4～6 个加劲板，以增强管顶与管底局部高应力区的承载能力，相邻钢管立柱之间设剪刀撑。行走系统主要由上滑梁、行走扣板和下滑梁组成。采用25t 液压穿心顶顶推上滑梁带动整个支架前行。支架纵断面布置如图2。

图2 支架纵断面布置图

3 支架受力检算

3.1 贝雷片承重梁

3.1.1 材料性质

①加强型贝雷片（321 钢梁），Q235 钢材；截面惯矩Ix=577434cm4，截面抗矩Wx=7699cm3，弹性模量E=2.1×105MPa；每榀重量为460kg；容许弯曲应力[σ]=273MPa，容许弯矩[M]=1687.5kN.m，容许剪力[Q]=245.2kN。②普通型贝雷片（321 钢梁），Q235 钢材；截面惯矩Ix=250500cm4，截面抗矩Wx=3578cm3，弹性模量E=2.1×105MPa；每榀重量为300kg；容许弯曲应力[σ]=273MPa，容许弯矩[M]=788.2kN.m。

3.1.2 荷载

3.1.2.1 变截面段荷载

①恒载。混凝土自重：qh1=2.2×26×0.75=42.9kN/m；自重荷载：qz=（0.015×0.75+0.1×0.75）×6=0.5175kN/m；共计qh=42.9+0.5175=43.4175kN/m。

②活载。工人及机具荷载：gs=2.5kN/m2；混凝土振捣荷载：gs2=2.0kN/m2；共计gs=2.5+2=4.5kN/m2，荷载集度qs=4.5×0.75=3.15kN/m。

③钢管自重（含顶托，按1.5m 计），G=0.0333×1.5×1.35=0.0674kN。

④荷载组合。q=γ1×qh+γ2×qs

式中：γ1、γ2 分别为荷载组合的恒载与活载分项系数，分别取1.35 和1.4。则，q=1.35×43.4175+1.4×3.15=63.024kN/m。

⑤上部的传递荷载（即每节点的集中力，共4×2=8 个节点集中荷载）。N=ql+G=63.024×0.45+0.0674=28.428kN。

3.1.2.2 等截面段荷载

①恒载。混凝土自重：qh1=1.5×26×0.75=29.25kN/m；自重荷载：qz=（0.015×0.75+0.1×0.75）×6=0.5175kN/m；共计qh=29.25+0.5175=29.7675kN/m。②活载。工人及机具荷载：gs=2.5kN/m2；混凝土振捣荷载：gs2=2.0kN/m2；共计gs=2.5+2=4.5kN/m2，荷载集度qs=4.5×0.75=3.15kN/m。③钢管自重（含顶托，按1.5m 计），G=0.0333×1.5×1.35=0.0674kN。④荷载组合。q=γ1×qh+γ2×qs。式中：γ1、γ2 分别为荷载组合的恒载与活载分项系数，分别取1.35 和1.4，则，q=1.35×29.7675+1.4×3.15=44.596kN/m。⑤上部的传递荷载（即每节点的集中力，共21 个节点集中荷载）。N=ql+G=44.596×0.45+0.0674=20.1356kN。

3.1.2.3 承重梁自重荷载

①中跨移动式支架q=4600/3=1533.3N/m=1.533kN/m。

②边跨移动式支架q=3000/3=1000N/m=1.0kN/m。

3.1.3 贝雷片承重梁受力检算

3.1.3.1 中跨支架

①集中荷载产生的内力。

支点反力R=28.428×4+20.1356×21/2=325.1358kN

弯矩M1=325.1358×19.41/2-28.428×（4×19.41/2+0.6-0.75-1.5）-20.135×（0.75+1.5+2.25+3.0+3.75+4.5+5.25+6.0+6.75+7.5）=1267.58kN.m

②分布荷载(自重)产生的内力。

弯矩M2=1/8ql2=1/8×1.533×1.35×19.412=97.462kN.m

③内力验算。弯矩M=M1+M2=1365.042.m<[M]=1687.5kN.m，满足要求!

④挠度验算。

1）非弹性挠度f0=dΣsin（（n-1）α/2）。

其中：d=300cm，n=6，α=2Δl/h=2×1/1700=0.0013333，则有f0=2.64cm，在预压时消除!

2）弹性挠度f=5ql4/（384EI）。

其中：q=1.5×26×0.45×1.2=21.06kN/m，l=19410mm。

f=5×21.06×194104/（384×2.1 ×105×577434 ×104）=32.1mm ＜[f]=L/400 =19410/400 =48.525mm，满足要求！

3.1.3.2 边跨支架

①集中荷载产生的内力。

支点反力R=28.428×4+20.1356×13/2=244.593kN

弯矩M1=244.593×10.41/2-28.428×（4×10.41/2+0.6-0.75-1.5）-20.135×（0.75+1.5+2.25+3.0）=577.129kN.m

②分布荷载（自重）产生的内力。

弯矩M2=1/8ql2=1/8×1.0×1.35×10.412=18.287kN.m

③内力验算。

弯矩M=M1+M2=595.416kN.m<[M]=788.2kN.m，满足要求!

④挠度验算。

1）非弹性挠度f0=dΣsin（（n-1）α/2）

其中：d=300cm，n=3，α=2Δl/h=2×1/1500=0.0013333，则有f0=0.6cm，在预压时消除！

2）弹性挠度f=5ql4/（384EI）

其中：q=1.5×26×0.45×1.2=21.06kN/m，l=10410mm

f =5 ×21.06 ×104104/（384 ×2.1 ×105×250500 ×104）=6.1mm＜[f]=L/400=10410/400=26.02mm，满足要求！

3.2 柱顶横梁

3.2.1 材料性质

采用2I45a 工字钢, 材质为Q235，截面惯矩Ix=64480cm4，截面抗矩Wx=2860cm3，截面最大静矩Sx=1672.8cm3，弹性模量E=2.0×105MPa，腹板厚t=11.5+2×10=31.5mm（为增强支点抗剪强度，工字钢在柱顶处腹板左、右各贴10mm 厚钢板），截面面积A=204cm2；每m 重量为160.8kg。容许弯曲应力[σ]=140MPa，容许剪应力[τ]=80MPa。

3.2.2 荷载

按中跨最不利工况计算, 每承重梁支点反力为325.1358kN。按两等跨连续梁简化计算，计算跨径2.158m，每跨共5 个集中力。

3.2.3 受力检算

①弯矩M=0.7×（5×325.1358/2×2.158/2-325.1358×（0.45+0.9））=306.68kN.m，则弯曲应力σ=M/W=306.68×1000/2860=107.23MPa＜[σ]=140MPa，满足要求！②剪力Q=5×325.1358/2=812.84kN，则剪应力为τ=QSx/It=812.84×1000×1672.8×1000/（64480×10000×31.5）=66.94MPa ＜[τ]=80MPa，满足要求!

3.3 顶托上分配梁

3.3.1 材料性质

硬 质 杉 木100×100×2000 （mm），截 面 惯 矩Ix=833.33cm4，截面抗矩Wx=166.67cm3，截面面积A=100cm2。容许弯曲应力[σ]=11MPa，容许剪应力τ=1.4MPa，弹性模量E=9000MPa。按简支梁计算，计算跨径为45cm。

3.3.2 荷载

①恒载。混凝土自重：qh1=2.2×26×0.75=42.9kN/m；自重荷载：qz=（0.015×0.75+0.1×0.75）×6=0.5175kN/m；共计qh=42.9+0.5175=43.4175kN/m。②活载。工人及机具荷载：gs=2.5kN/m2；混凝土振捣荷载：gs2=2.0kN/m2；共计gs=2.5+2=4.5kN/m2，荷载集度qs=4.5×0.75=3.15kN/m。③荷载组合。q=γ1×qh+γ2×qs，式中：γ1、γ2 分别为荷载组合的恒载与活载分项系数，分别取1.35 和1.4，则，q=1.35×43.4175+1.4×3.15=63.024kN/m。

3.3.3 受力检算

①抗弯应力。弯矩，Mmax=1/8ql2=1/8×63.024×0.452=1.5953kN.m；σ=Mmax/W=1.5953×1000/166.67=9.57 ＜[σ]=11MPa，满足要求！②抗剪应力。最大剪力，Qmax=0.6ql=0.6×63.024×0.45=17.016kN=17016N（三跨连续梁，最不利），该梁段的顶托上分配梁应采用I10 工字钢补强! I10工字钢A=1434.5mm2，[τ]=80MPa。τ=1.5Q/A=1.5×17016/1434.5=17.79＜[τ]=80MPa，满足要求！③刚度验算（只计恒载）。f=5ql4/（384EI）=5×43.4175×1.35×4504/（384×9000×833.33×104）=0.417mm＜[f]=L/400=450/400=1.125mm，满足要求！

3.4 扣件式钢管立柱

3.4.1 材料性质

采用φ48×3.0（mm）扣件式钢管，截面惯矩Ix=（4.84-4.24）×π/64=10.78311cm4，截面面积A=4.2411cm2，惯性半径i=（Ix/A）1/2=1.5945cm；每m 重量为3.33kg；立柱计算长度1.33m（按跨中计算，最不利）。容许弯曲应力[σ]=140MPa。

3.4.2 荷载

墩顶梁部变截面段（长250cm），最不利工况为墩梗肋部，梁部高度为220cm。①上部的传递轴向荷载以最不利的顶托上分配梁的支点力计算，即：N1=ql=63.024×0.45=28.361kN；②自重（含顶托，按1.5m 计），N2=0.0333×1.5×1.35=0.0674kN；共计为N=N1+N2=28.428kN。

3.4.3 受力检算

立柱长细比为λ=l/i=133/1.594=83.4<[λ]=120，为稳定压杆。外径与壁厚之比D/t=48/3=16<100，满足要求。钢管是焊接管，属b 类截面，根据λ=83.4，查《钢结构设计规范》（GB50017-2003），得压杆稳定强度折减系数=0.665，则轴心压应力为：σ=N/A=28428/424.11=67.0<φ [σ]=0.665×140=93.1MPa，满足要求！

4 搭设顺序及方法

对0#台、3#台处地基进行处理，凿除风化较大的岩层，浇筑C30 钢筋混凝土基座。在基座上弹线定出行走系统的位置。按设计的位置安装行走系统，吊装钢管桩立柱及I45 工字钢横梁。贝雷梁原地拼装后整体吊装，并按要求在贝雷梁节点上铺设5cm 厚通长木垫板，横桥向铺设。扣件式钢管调节架从桥墩（台）一端开始搭设。立好立杆后，及时设置扫地杆和大小横杆。

5 施工要求

开工前进行测量放样，对钢管立柱的位置及承台标高、平整度进行复核，确保钢管立柱的准确定位及垂直度。钢管立柱在原地面进行加工、焊接，切口要保证平整，焊接作封板的720×20×720mm 钢板要保证平整，焊缝要满足要求。钢管立柱吊装时必须严格按照测量位置摆放，垂直偏差不得超过1%。贝雷梁进场必须要有合格证，要检查有无变形情况，不满足要求的不得使用。贝雷梁在原地面拼装必须牢固，要检查梢子是否完全打入，是否存在缝隙。吊装时要计算吊点，保证吊装平衡，摆放要顺直。立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧，不得隔步设置或遗漏；立杆的垂直偏差应不大于架高的1/300。方木铺设完后，要进行测量，并拉线，通过调节顶托进行线性控制，保证结构外观。在顶推过程中提供动力的油泵及相关配件要符合要求。使用千斤顶时，严格执行参数规定，不得超负荷及超出规定的行程。同时要注意调整油阀，保证两端同步，以保证支架的稳定移动。

6 预压

6.1 预压荷载 预压荷载为梁体自重与施工荷载之和的120%。预压前要计算跨度总重、变截面、等截面荷载，以保证加载时支架的受力情形与梁部实际荷载相符，防止局部偏载造成误差。

6.2 预压方法 在支架搭设完成并铺设完方木、底模后对支架进行预压，考虑到现场存有大量钢材，预压优先采用钢筋配重，钢筋数量不足或局部钢筋摆放不便处用专用编织袋装砂配重，每袋沙40 公斤，最终重量须达到梁部支架验算荷载的1.2 倍，荷载分布与梁部施工荷载分布相同。测点布置：中跨纵桥向设5 个断面（在支架端头、1/4 及跨中各设一个断面），每个断面设5 个测点，分别为：两侧模板、1/4 处、梁中心线处各一个；边跨纵桥向设3 个断面（在支架端头及跨中各设一个断面），每个断面设5 个测点，分别为：两侧模板、1/4 处、梁中心线处各一个。按加载前、加载60%、加载80%、加载100%、加载120%，进行等级划分，加载过程中达到60%、80%荷载等级时，必须测量记录，且静载两个小时后再测一组。加载100%、120%时，测量一组数据，静载12 小时，每两个小时测一组数据并做好观测记录。支架的预压时间一般在全部加载完毕后连续两天的沉降不大于2mm 时，说明支架沉降已稳定，即可进行卸载。卸载按照荷载的100%、荷载的50%、卸载后进行观测。卸载到100%时静载8 小时，每两小时观测并记录一次数据，卸载到50%时观测并记录一次数据，卸载完成后再测量各测点高程。根据观测数据计算支架的非弹性变形和弹性变形值，结合混凝土现浇梁的跨度、混凝土收缩徐变引起的挠度等因素，确定需预设拱度的数值。

7 结束语

利用现有材料、设备，通过增加顶推滑行系统的贝雷梁与扣件钢管组合支架，用于现浇多排并列的变截面实体板梁，不必逐桥重复安装、拆卸，节省人力、费用和时间，加快了施工进度。同时合理地利用1#、2#墩承台作为支架着力点，支架受力后沉降变形量小，增加了刚构桥梁部施工的安全性，提高了梁体的施工质量，取得了很好效果。