钢结构临时支架在实例项目中可靠性分析与应用

王曰亭 WANG Yue-ting

（中铁二十五局集团第五工程有限公司，青岛 266109）

0 引言

常规钢拱桥施工往往采用两种方法，一是先梁后拱支架法施工，即先搭设临时支架施工系梁，然后在系梁上再搭设支架拼装拱肋，该方法适合桥址区域地质地形较好且下方交通通行量较少的情况，缺点是施工周期较长，必须待下部结构施工完毕后方可进行拱桥上部施工。二是采用缆索吊吊装施工，该方法适合拱桥跨越深谷或较宽的水域的情况，但该施工工艺成本很高，拱肋的吊装危险性较大，安装精度不容易控制。在杭州市湖州区南林大桥项目106m 下承式钢桁架拱桥施工中，由于该拱桥所跨越的主航道桥部分施工场地狭小，工期紧张且桥址范围有污水管线，从安全、工期及成本因素综合考虑，采用岸边整体拼装然后顶推到位的施工工艺是最佳的施工方案。但由于拱桥在岸边进行拼装和顶推，临时支架受力复杂。针对上述情况，项目部根据现场实际情况对临时支架位置进行详细规划，同时对支架受力进行受力模拟计算，使得临时支架同时满足了钢拱桥施工要求。该支架结构简约明确，不但保证了支架的稳定性和安全性，而且减少了支架的安装和拆除工作量，降低了施工措施费用。通过现场实际使用，该临时支架在钢结构拼装和顶推施工中取得很好的效果。

1 工程概况

湖州区吴越大道—南林路呈南至北走向，起点位于吴越路—强华路交叉口，桩号NK0+729，终点位于适园路交叉口，桩号NK2+392，道路全长1663km。主线桥全长917m，其中主航道桥长106m，两侧跨线桥总长811m。SW匝道桥梁桩号范围SWK0+073.83～SWK0+622.43，全长548.6m；SE 匝道桥梁桩号范围SEK0+174.082 ～SEK00+486.057，全长311.975m；ES 匝道桥梁桩号范围ESK0+235.000～ESK1+049.136，全长814.136m；WS 匝道桥梁桩号范围WSK0+210.619～WSK0+509.619，全长299m。

106m 长下承式钢桁架拱桥上跨主航道，桩号范围K1+355.000～K1+461.000，主航道两岸均为平坦地形，临时支架范围内地面标高为6.5m-6.8m，地层表面为泥结碎石，表层下0.6-0.8mm 之间为强风化岩，0.8m 以下为中风化或弱风化岩，临时支架范围内地质状况良好，可满足地基承载力要求。拱肋是由上拱肋、下拱肋及腹杆组成的桁架结构；主拱设置钢系梁，系梁与拱肋进行固结；主梁由桥面系及横梁组成，主梁与系梁及拱肋均采用固结形式连接。两个双拱肋之间的中心距为26.8m。上下弦杆在拱顶处竖向中心间距为5.0m。上下弦杆均采用同心圆曲线。腹杆在中跨连接上、下弦杆，采用X 形斜腹杆的形式。见图1。

图1 钢桁架拱桥总体结构示意图

2 临时支架设计结构

钢桁架拱桥拼装时需在靠近南岸布置约100m 长临时支架，用于支撑钢桁架拱桥；在靠近河两岸桥礅内侧布置临时支柱，主桥前端设置40 米导梁，用于支撑钢桁架拱桥和顶推施工。见图2。

图2 临时支架支撑钢拱桥示意图

临时支架截面尺寸为2.5m×2.5m，采用分节段制作，根据现场实际情况，共分为3m、6m、9m、12m 四种高度的节段，每节立柱之间采用法兰盘螺栓连接。立柱采用φ325*8mm Q235 钢管，钢管立柱横向之间需采用[14b 槽钢联结系相连，确保立柱横向稳定性，平联、斜撑与立柱之间均采用连接板进行焊接，连接板厚度12mm。立柱顶部设置双拼25 工字钢做为受力分配梁。见图3，图4。

图3 临时支架与钢拱桥横向位置布置示意图

图4 临时支架与顶推滑道梁位置示意图

3 支架受力验算

3.1 材料容许应力值

依据《钢结构设计规范》（GB 50017-2017）第4.4.8 条，钢材的材料特性如表1 所示。

表1 钢材的材料特性（MPa）

3.2 构件刚度值

依据有关规范[4]结构或构件的变形允许值要求参考，支架受荷载后挠曲的杆件（横梁、纵梁），其挠度为相应结构计算跨度的L/400，支架柱顶水平位移不宜超过H/500。

3.3 拱桥支架受力验算

采用有限元分析软件Midas/Civil 建立模型如图5。

图5 临时支架模型图

根据安装工艺步骤，钢叠合梁节段安装时，支架整体受力分析结果如图6。

由图6 所示，临时支架最大抗剪强度为-56.19MPa，小于125MPa，符合要求。

图6 临时支架抗剪强度应力图（MPa）

由图7 所示，临时支架最大抗弯强度为-43.59MPa，小于215MPa，符合要求。

图7 临时支架抗弯强度应力图（MPa）

4 临时施工工艺及注意事项

4.1 施工工艺流程

基础施工→支架现场制作→支架搭设→顶部标高复核→支架验收。

4.2 临时支架基础

临时支架基础采用C30 混凝土刚性基础，基础设正方形基础，宽3.2m，厚0.3m，长3.2m，钢管立柱与基础采用预埋件连接固定。每个钢管立柱下预埋4 个预埋件，钢板规格为14*80*200 共4 块。每件预埋件采用2φ16“几”字型钢筋与混凝土连接。上下双向配筋Φ12@200。

4.3 临时支架安装

临时支架采用预制节段分段安装的工艺，安装前需复测基础标高，根据梁体标高计算出支架整体高度，然后搭配不同高度的节段开始安装。安装第一节支架后要及时对其标高、垂直度进行复核，确认无误后方可安装下一个节段。每个支架节段之间采用法兰盘螺栓连接，每个螺栓配备双螺母，待支架标高及垂直度调节完毕后，将全部螺栓再次拧紧。

4.4 分配梁安装

立柱顶部分配梁在地面进行拼装焊接，经专人检查后由汽车吊吊装至钢管立柱顶部平台上。分配梁中心位置必须与钢管立柱中心重合以确保受力平衡。分配梁与钢管立柱顶部平台采用三角形钢楔进行固定。

5 安全质量保证措施

①临时支架所需材料进场后必须对其材料规格、尺寸及受力性能进场抽样送检，符合要求后方可用于现场施工。

②支架在预制厂制作安装时，需在专门台架上进行安装焊接已保证其加工尺寸满足要求[2]。

③支架焊接结构，焊缝质量等级、焊缝高度应符合图设计要求，焊缝质量等级为二级应进行超声波探伤，探伤比例不低于20%，且在焊接完成后24h 进行[3]。

④支架安装时施工人员必须系安全带和安全帽，安全带需“高挂低用”。人员高空作业时下方不得有任何人员，所使用的小型工具需配备专门安置袋，不得扔抛。

⑤汽车吊吊装作业时需安排专职安全员进行监控，吊装区域内不得有任何人员，吊装时需严格监控吊车支腿，发现异常时需立即停止[1]。

6 结束语

通过对钢桁架拱桥临时支撑胎架位置进行详细规划，同时对支架受力进行仔细计算，使得临时支架同时满足了钢拱桥拼装和顶推的受力要求。该支架结构简约明确，不但保证了支架的稳定性和安全性，而且减少了支架的安装和拆除工作量，降低了施工措施费用。此方法为类似施工提供了借鉴和参考。