桥梁混合现浇支架体系的设计与验算

李晓虎

（中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

0 引言

支架现浇施工是桥梁施工中常用的方法，相比于挂篮悬臂现浇施工，该施工方法具有施工方便、节约工期、便于控制、安全性高等特点。王登田[1]以平潭大桥为工程背景，介绍了强风区大跨高墩现浇支架的方案与设计；冯令才[2]以新建武汉至十堰铁路崔家营汉江特大桥为例，研究了大跨径预应力混凝土连续梁桥现浇支架设计和验算方法；王广周[3]详细分析了徐盐高铁徐沙河连续梁-拱现浇支架体系力学特性，并提出了支架现浇过程中桥梁线性控制措施；刘成和[4]以青连铁路跨胶州湾特大桥为例，介绍了海中软弱地层中箱梁现浇支架的设计布置、受力及稳定性检算方法，确定了支架搭设的施工工艺。孙辉等[5]针对既有分幅桥梁上方高架桥现浇施工的难题，设计了既有分幅桥梁上方预制拼装高架桥梁支架体系，并提出了相应的施工方法。吴拥军等[6]以保定乐凯大街南延工程转体斜拉桥为依托，指出对于超宽预应力混凝土箱梁，在支架设计中，应考虑预应力张拉带来附加载荷的影响。王肖等[7]提出了一种新型的梁柱式现浇支架模板系统，为新型支架体系研发提供了思路；胡健[8]研究了城际铁路标准简支梁现浇支架设计方法；王佳峰[9]介绍了三维激光扫描技术在现浇桥梁支架变形监控中的应用，并提出了基于三维激光扫描技术的支架安全监控系统。

从以上研究可以看出，支架的设计和验算仍然是支架现浇施工中的重点，本文以郑州某匝道桥支架现浇施工为例，研究了“盘扣架+贝雷梁+梁柱”现浇支架系统的设计和验算方法，介绍了支架的设计参数，分析了支架的强度、变形和稳定性，可为类似桥梁支架现浇施工提供参考。

1 工程概况

郑州某匝道桥（40+43+40）m为三跨预应力混凝土连续梁，现浇混凝土梁高为2.40m，底板厚度为0.22m，顶板厚度为0.25m，桥底至地面最大高度为16m，根据经济比选，采用了梁柱式支架现浇的施工方法。采用梁柱式支架时，梁底底模标高调整繁琐，桥梁施工完毕拆架时，一般采用砂箱等方法进行落架，施工较为繁琐。为了施工方便，该桥梁施工采用了“盘扣架+贝雷梁+梁柱”混合支架体系，充分利用盘扣架调整标高的灵活性，可以实现桥梁底模标高的灵活调整，同时在拆模时，采用盘扣架更容易实现桥梁模板的拆卸。

2 混合现浇支架体系设计

整个混合现浇支架体系包括：混凝土模板，模板下设方木次梁，方木次梁下设双I10号工钢作为模板主梁，模板主梁采用盘扣架支撑，盘扣立柱下端放置在双拼I10号工钢分配梁上，分配梁下为贝雷梁，贝雷梁下为双拼I40a工钢，I40a工钢下为609@12mm钢管柱支撑，混合现浇支架系统设计参数如表1所示。

表1 混合现浇支架设计参数表

3 混合现浇支架体系模拟计算

3.1 模型建立

“盘扣架+贝雷梁+梁柱”混合式支架体系中，支架传力较为复杂，为了准确地计算支架体系中各个部件的受力和变形，进行了整体三维有限元计算，其中强度和稳定性采用强度对应的载荷组合，变形采用刚度对应的载荷组合，计算模型如图1所示。

图1 支架整体计算模型

3.2 模板系统计算结果分析

根据有限元的计算结果，模板系统强度的计算结果如表2所示。

表2 强度验算结果统计表

变形计算结果如表3所示，其中，容许变形值按照梁长度的1/400计算。

表3 刚度验算结果统计表

3.3 盘扣式支架计算结果分析

有限元计算结果如图2所示，根据计算结果可确定盘扣钢管最大轴力为N=55.4kN，托座（底座）的最大轴压力为N=55.4kN＜[N]=180kN，满足规范要求。

图2 盘扣支架轴力分布图

立杆计算长度：l0=max(ηh,h′+2k a)=1.8m，立杆长细比：λ=l/i=89.6＜150，满足要求。风荷载产生的弯矩设计值按式（1）计算：

不组合风荷载时，立杆稳定性验算如式（2）所示。

组合风荷载时，立杆稳定性验算如式（3）所示。

结合式（2）和（3）计算结果可知，立杆强度和稳定性满足规范要求。

3.4 贝雷梁计算结果分析

采用强度组合计算出贝雷梁的弦杆、竖杆、斜杆的轴力，其有限元计算结果如图3（a）～3（c）所示。采用刚度组合计算出贝雷梁的变形，如图3（d）所示。从图3可以看出，贝雷梁右侧一跨中间位置的轴力和变形较大，在施工中应该给予重点监测。

从图3可以确定贝雷梁的弦杆、竖杆、斜杆的轴力，并与贝雷梁的允许轴力进行比较，如表4所示。

表4 贝雷梁强度验算

从表4可知，贝雷梁强度满足要求。根据图3（d）可得，贝雷梁的挠度最大为17.6mm，小于限值30mm，刚度满足要求，但是该值较大，为保证桥梁的线性，建议在浇筑前根据贝雷梁的变形规律，设置预拱度。

图3 贝雷梁强度和变形有限元计算结果

3.5 钢管立柱计算结果分析

如图4所示，强度组合下的钢管立柱的最大应力为73.4MPa＜215MPa，立柱强度满足要求。

图4 钢管柱组合应力分布

强度组合的立柱轴力如图5所示，考虑了风载荷和偏心的稳定性分析。考虑风荷载最不利位置为风荷载施加在箱梁侧面，箱梁高2.4m，宽按12m，安装支架立柱时，考虑安装误差及偏心，偏心距为5cm。可得考虑风载荷和偏心时，钢管柱的稳定应力满足式（4）：

图5 钢管立柱支反力

因此钢管柱稳定性满足要求。

4 结束语

综上所述，针对郑州某匝道桥支架现浇施工，采用了“盘扣支架+贝雷梁+梁柱”混合支架体系，给出了该混合支架体系的设计参数，建立了该支架体系的三维整体有限元模型，对该支架的受力进行了数值计算。结果表明：该支架体系的强度、变形和稳定性满足规范要求；在支架体系中，贝雷梁变形较大，建议根据贝雷梁变形规律预设桥梁施工预拱度以保证其线型，同时在施工中应重点监控变形较大的位置，以保证施工安全。