上跨机场快速辅道大跨度40m轨道交通简支箱梁施工关键技术

结合成都市轨道交通资阳线一座上跨机场快速路辅道大跨度现浇40 m简支箱梁，对其施工关键技术进行专项研究。与常规梁体不同，本跨箱梁跨度自重大、受场地和交通限制，危险系数高。结合地质及周边环境实际情况，研究设计了钢管立柱贝雷梁现浇支架，对支架结构进行部跨研究和受力分析，最后采用有限元法对支架进行整体受力分析和屈曲分析，验证了其设计的可靠性。

大跨度简支箱梁； 现浇支架； 设计与施工

U445.35 A

［定稿日期］2022-02-17

［作者簡介］孔冬梅（1980—），女，本科，工程师，从事土木工程施工管理工作。

1 工程概况

成都轨道交通资阳线福田站—吕家咀站高架区间位于四川省成都市简阳市，高架区间起止里程：YDK76+307.594～YDK82+124.000，总长5 816.406 m。本工程现浇双线简支梁位于区间B号桥，位于里程YDK79+918.302～YDK79+958.202（B93～B94号墩）范围内，小里程端与30 m预制简支梁相接，大里程端与（48+88+48） m连续梁相接。该简支梁上跨空港大道辅道，线路与空港大道辅道斜交角度约66.5°，空港大道辅道宽约12 m，B93号墩距空港大道辅道路肩距离约20 m，右侧为人行便道和小型车便道，B94号墩距路肩距离约5 m，其相互位置关系如图1所示。简支梁采用等高度单箱单室结构，简支梁顶板宽10.8 m，底板宽4.57 m，梁高2.5 m，底板厚0.25 m，在支点梁根部加厚至0.65 m；顶板厚度为0.25 m，在支点处加厚至0.5 m；腹板厚0.52 m，在支点处加厚至0.95 m；简支梁翼缘板垂直厚0.284～0.584 m，箱梁梁端和跨中截面如图2所示，整片梁重约863 t。

2 箱梁现浇支架设计

2.1 支架设计相关参数

40 m简支梁支架采用钢管贝雷支架方案，支架结构由底部钢支柱、贝雷片纵梁、工字钢横梁、盘扣架组成，基础采用柱下扩大独立基础，翼缘板支撑系统采用盘扣式钢管脚手架，内模支撑系统采用扣件式钢管脚手架。鉴于贝雷梁跨越能力有限，跨度部为两跨或三跨。

桁架单元杆件性能见表1，几何特性见表2，桁架容许内力见表3。

2.2 荷载分析

2.2.1 箱梁自重

由设计图纸知箱梁浇筑混凝土316.23 m3，钢筋混凝土密度取2 600 kg/m3，自重对荷载组合不利，取重要性系数1.05，则箱梁自重：

G1=1.05×316.23×2600=863307.9 kg=8633.08 kN

贝雷梁计算跨度l=36 m，换算为作用在贝雷梁上的均布荷载为q1=8633.08/36=239.81 kN/m。

2.2.2 模板及方木自重

模板采用15 mm厚Ⅰ类竹胶模板，按1.5 kN/m2计，换算均布荷载为q2=1.5×10.8=16.2 kN/m。

2.2.3 贝雷梁自重

先布置为18排单层加强型，一排内有12个3 m标准贝雷片，1个3 m标准贝雷片自重270 kg，则一排自重为12×270=3240 kg，18排共重18×3240=58320 kg=583.2 kN，换算作均布荷载为q3=583.2/36=16.2 kN/m。

2.2.4 施工荷载

按1 kN/m2计算，换算均布荷载为q4=1×10.8=10.8 kN/m。

2.2.5 振捣混凝土产生荷载

按2 kN/m2计算，换算均布荷载为q5=2×10.8=21.6 kN/m。

2.2.6 风荷载

根据路桥施工计算手册，横桥向风压计算公式W=K1K2K3K4W0。其中：WO=0.81 kN/m2基本风压；K1=1设计风速频率转换系数；K2=1.3风载体形系数（桁架）；K3=1.13风压高度系数；K4=1.5地形、地理条件系数。

算得桁架横桥向风压W=1.78 kN/m2，算作均布线荷载q6=1.78×1.7=3.026 kN/m。

2.3 支架承载力与形变理论研究

采用容许内力法，恒载分项系数取1.2，活载分项系数取1.4，荷载组合q=1.2（q1+q2+q3）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（239.81+16.2+16.2）+1.4×（10.8+21.6+3.026）=1.2×272.21+1.4×35.426=376.25 kN/m。初步布设为12.96 m+2 m+21.04 m的三跨连续梁，贝雷梁的受力分析简图如图3所示。

图4为其弯矩，同时显示支反力。跨中支点2支座反力R2=-296.14 kN，支点3支座反力R3最大，达879.36 t。而支点2出现了负的支座反力，说明该连续梁结构布设不合理。

现将梁在支点2断开，重新布置为两跨简支梁结构，其受力简图如图5所示。

经计算，左跨弯矩和左跨剪力分别如图6、图7所示。

左跨计算结果：跨中产生最大弯矩Mmax=7862.91 kN·m，支座处产生最大剪力Fs，max=2432.46 kN。单排单层贝雷梁容许弯矩［M］=788.2 kN·m， 容许剪力［Fs］=245.2 kN。该跨需要贝雷梁排数n=7862.9/788.2=9.976排，偏于安全起见，该跨布设18排，可提供抗弯和抗剪承载力为：

M=18×788.2=14187.6 kN·m>7862.91 kN·m

Fs=18×245.2=4413.6 kN>2432.46 kN，满足要求。

刚度验算：荷载取q=1.25（q1+q2）=1.25×（239.81+16.2）=320.01 kN/m。

跨中挠度：

ω=5ql4384EI=5×320.01×12.934384×18×526044.12=44722662.83636016957.44=12.30mm<12960400=32.4mm，满足要求。

经计算，右跨弯矩和右跨剪力分别如图8、图9所示。

右跨计算结果：跨中产生最大弯矩Mmax=20622.43 kN·m，支座处产生最大剪力Fs，max=3939.34 kN。单排单层贝雷梁容许弯矩［M］=788.2 kN·m， 容许剪力［Fs］=245.2 kN。该跨需要贝雷梁排数n=20622.43/788.2=26.16排，为保险起见，该跨布设28排，为避免布设太密，改为布设18排单层加强型。可提供的抗弯和抗剪承载力为：

M=18×1687.5=23625 kN·m>20622.43 kN·m

Fs=18×245.2=4413.6 kN>3939.34 kN，满足要求。

刚度验算：荷载取q=1.25（q1+q2）=1.25×（239.81+16.2）=320.01 kN·m。

跨中挠度：

ω=5ql4384EI=5×320.01×20.944384×18×16963800=307638201.38375270400=36.73 mm<20940400=52.35 mm，满足要求。

3 现浇支架有限元分析

根据以上理论分析，设计了如图10所示的40 m简支箱梁现浇支架。简支梁中间临时墩均落在便道沥青混凝土路面上，采用双柱下扩大基础，基础为矩形阶梯型，一级台阶，台阶长3 m，宽3 m，台阶高为0.8 m。钢管柱采用609 mm、壁厚16 mm，下共设4排，每排2根，横向间距为5.4 m，纵向间距为12.92 m+2 m+20.78 m。靠近梁端钢支墩立于墩柱承台上，中间钢支墩立于独立扩大基础上。钢支墩之间采用圆钢管或槽钢桁架连接系连接，连接系上平连距钢支墩顶0.5 m，连接系上下平连高度为5 m。钢管柱上设置40 cm高沙箱，左跨右钢管桩上和中间沙箱上设置12 m长三拼I56a工字钢作为横梁，左跨靠近简支梁端沙箱上设置12 m长双拼I56a工字钢作为横梁，横梁上左跨架设18排单层贝雷片，右跨架设18排加强型贝雷片。腹板位置贝雷片间距45 cm，底板及翼板位置贝雷片间距90 cm，贝雷片上横向铺设2排长6 m的I10工字钢作为分配梁，靠近简支梁端5.15 m范围内间距按60 cm布置，中间间距按90 cm布置。

使用Midas建立贝雷梁支架整体有限元模型进行受力分析。为简化模型，贝雷片使用截面惯性矩相同的矩形截面梁单元等效。在贝雷梁上建立板单元，荷载通过图11所示的面荷载传递至贝雷梁上。

3.1 支反力校核

支反力之和=全部外荷载之和，则建立模型正确（图12）。

3.2 刚度分析

贝雷梁跨中最大挠度43.36 mm，发生在右跨跨中小于L/400；分配梁最大挠度26.59 mm，发生在左跨右边墩上的分配梁悬臂端，小于L/400，均满足要求，见图13～图14。

3.3 强度分析

左跨贝雷梁跨中最大弯矩228.37 kN·m，小于抗弯承载力788.5 kN·m，最大剪力206.95 kN，小于抗剪承载力245.2 kN，均满足要求，见图15～图16。

右跨贝雷梁跨中最大弯矩832.54 kN·m，见图17，小于抗弯承载力1 687.5 kN·m，满足要求；剪力分布如图18所示，其中有若干片梁两端剪力大于抗剪承载力245.2 kN，因此支点处竖杆两侧采用2根槽钢10进行加强。

分配梁最大弯矩1 438.14 kN·m，见图19，发生在右跨右边柱顶分配梁，为负弯矩。对应弯曲拉应力为204.82 MPa，见图20，小于钢材抗拉强度215 MPa。分配梁最大剪应力56.92 MPa，见图21，小于钢材抗剪强度125 MPa，满足要求。

3.4 屈曲分析

支架一階屈曲模态如图22所示，临界荷载系数为10.6，大于4，稳定性满足。

4 结束语

对于上跨机场快速路辅道重达860 t以上的轨道交通40 m简支箱梁现浇支架关键技术进行研究，根据承载力及形变理论分析结果，得出合理的贝雷梁现浇支架跨度布置以及贝雷梁数量。最后对现浇支架进行空间有限元整体分析，对构件的强度、刚度、稳定性分别作了详细计算，揭示了杆件局部危险部位，计算成果正确科学地指导支架设计与施工，为桥梁施工提供了安全保障。

参考文献

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［2］ 黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册［M］.北京：人民交通出版社，2004.

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［4］ 张晓振.贝雷桁架与钢立柱在桥梁施工中的组合应用［J］.四川建筑，2020，40（3）：278-280.

［5］ 金锋.钢管立柱加贝雷梁组合支架在现浇箱梁施工中的应用［J］.中国高新技术企业，2016（24）：123-125.

［6］ 周宁.贝雷梁在大跨度现浇连续梁满堂支架中的应用［J］.四川建筑，2012，32（3）：242-245.

［7］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准： GB50017-2017［S］.北京：2017.