高抗剪贝雷梁在系杆拱桥现浇“系梁”施工中的应用

摘要 文章以张福河大桥主桥蝶形系杆拱为例，采用高抗剪加强型贝雷梁作为系梁支架的承重梁作为研究对象，通过受力验算分析支架强度、刚度、稳定性，结果表明高抗剪贝雷在系杆拱桥系梁支架施工过程中满足各个工况受力要求且具有一定的安全储备系数，从而很好地解决了系杆拱系梁支架在跨越通航水域施工难点，不仅保证支架安全，减少了施工对航道交通的影响，也为类似复杂水上交通环境的桥梁支架施工提供了参考思路及方法。

关键词 蝶形系杆拱；高抗剪加强型贝雷；支架

中图分类号 U445.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0102-03

0 引言

在桥梁施工过程中，随着高性能、高强度材料的发展及在桥梁工程中的应用，桥梁结构跨越能力的增加考验着桥梁建设者的施工能力、装备技术及施工技术应用的合理性，鉴于高抗剪贝雷梁在桥梁施工中的广泛应用，凭借其高强度的稳定性给桥梁施工方案提供了更多的选择，该文以张福河大桥通航孔支架中高抗剪贝雷为例，通过受力计算验证其作为系梁承重梁跨越30 m主航道的施工案例。

1 工程概况

张福河大桥主桥采用蝴蝶形系杆拱结构，跨径105 m，计算跨径102 m，桥面宽度为12 m，桥梁总宽16 m（含结构构造宽）。主拱圈由钢箱式截面组成（210 cm×14 cm），拱圈矢高h=20.4 m，矢跨比1/5，主拱外倾角度为10 °，副拱采用90 cm×90 cm箱式断面进行连接，横向连接杆采用箱式断面（45 cm×45 cm），主拱、副拱、横向连接杆组成蝴蝶造型，同时起到风撑作用，系杆为箱形断面，系杆顶板、腹板、底板均为30 cm厚，拱脚段系杆与拱脚端横梁一起浇筑，跨河系杆由中间向两边浇筑，两次浇筑通过1 m湿接头连接。系杆顶用水泥砂浆抹1%的横向反水坡。系杆每个空箱室中心处设置一个φ80 mm排气孔。全桥共设19道预应力混凝土横梁，跨河系杆由中间向两边浇筑，两次浇筑通过1 m湿接头连接。主桥设17道中横梁18孔行车道板，每孔10片C50空心预制板作为行车道板，由2片边板8片中板组成，全桥合计行车道板180片，行车道板高32 cm，中板宽119 cm，边板宽114.5～125.5 cm，长度分为503 cm和508 cm两种规格。单个行车道板重约4.08 t。

2 总体布置及周边环境

张福河大桥采用先梁后拱的施工方法，钢结构在工厂分段加工，拱脚预埋件、大节段钢结构采用汽运、水运至施工现场，然后用150 t浮吊吊装。浮吊船前后锚点设于岸上。

张福河大桥上跨张福河，所处航道为Ⅴ级航道，水面宽约61 m，施工期间活动水域主要集中在拟建桥梁上下游200 m范围，往来船只在800 t左右，船行流量约30艘/d，河床底标高最深处标高为7.53 m，正常通航水位为12.6 m，最低通航水位为10.33 m，最高通航水位为14.83 m。

支架通航孔根据评审后张福河大桥工程施工通航安全保障方案中系杆支架预留25 m通航孔设置，过往船舶按照预留的通航孔进行航行，执法部门提前发布航行通告，告知过往船舶桥区水域通航孔情况。但临时支墩可能会存在船舶擦碰的风险，故在上下游靠右侧支墩前方3 m处及通航孔内设置防撞墩，防撞墩防撞能力为800 t级，桩顶标高为正常水位以上4 m。

3 总体施工流程

张福河大桥上部结构总体采用“先梁后拱”的施工方法，主桥拱脚、端横梁、系梁、中横梁采用少支架现浇法施工，主副拱圈采用少支架法分节段吊装。总体施工流程如下：

①完成主墩施工，搭设主桥系梁现浇支架，预留通航孔，完善临时导航措施。②完成拱脚，端横梁，系杆，4#、9#、14#中横梁，张拉端横梁N1，中横梁N2系梁第一批預应力N1、N1、N2、N2。③搭设主副拱肋支架，完成主副拱安装、焊接，拆除拱肋支架。④安装吊杆，完成第一次吊杆张拉。⑤施工剩余中横梁，张拉中横梁N2预应力钢束，张拉第二批系杆预应力钢束，拆除系梁支架。安装行车道板，张拉第二批端横梁、中横梁预应力钢束。⑥吊杆第二次张拉，主桥桥面系施工。

4 系杆支架设计

张福河大桥主桥系杆采用支架现浇法施工，支架搭设采用Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩作临时支墩承重桩，拱脚段系杆支架承重梁采用普通贝雷，系杆段承重梁采用高抗剪加强型贝雷与普通贝雷相结合的组合方式搭设。考虑该桥的实际通航要求，支架搭设时设25 m航道预留孔，以便水运通航。主桥系杆拱计算跨径102 m，每道系杆下纵向布置9组临时钢支墩。

1#、9#钢支墩结构：1#、9#钢管桩支立于主墩承台顶面，采用Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩，横向布置3根，中心间距1.8 m，纵向布置1排，单个钢支墩共3根钢管桩。钢管桩顶部横桥向设置1层4.52 m长双拼I40b工字钢，设角度的承台需在钢管桩底部设置双拼I40工字钢做桩底分配梁，横向钢管桩采用20#槽钢进行横向连接。支架中心与系梁重心线保持重合。

4#、5#钢支墩结构：采用Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩，横向布置4根，中心间距1.4 m，纵向布置3排，单个钢支墩共12根钢管桩。钢管桩顶部共设4层分配梁，第一层在钢桩顶部设置3.8 m长4道双拼I40b工字钢纵向分配梁，第二层设横向2道5 m长双拼I40b工字钢分配梁，第三层设纵向2道2.4 m长四拼I40b工字钢分配梁，第四层设横向1道5 m长四拼I40b工字钢分配梁，钢管桩纵横向采用20#槽钢进行连接。支架中心与系梁重心线保持重合。

6#钢支墩结构：采用Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩，横向布置3根，中心间距2 m，纵向布置3排，中心间距1.4 m，单个钢支墩共9根钢管桩。钢管桩顶部共设置4层分配梁，第一层在钢桩顶部设3.8 m长4道双拼I40b工字钢纵向分配梁，第二层设横向2道5 m长双拼I40b工字钢分配梁，第三层设纵向2道2.4 m长四拼I40b工字钢分配梁，第四层设横向1道5 m长四拼I40b工字钢分配梁，钢管桩纵横向采用20#槽钢进行连接。支架中心与系梁重心线保持重合。

7#钢支墩结构：采用Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩，横向布置2根，中心间距2.2 m，纵向布置2排，中心间距1.8 m，单个钢支墩共4根钢管桩。钢管桩顶部设2层双拼I40b工字钢分配梁，第一层设纵向2道2.8 m长双拼I40b工字钢分配梁，第二层设横向1道5 m长双拼I40b工字钢分配梁，钢管桩纵横向采用20#槽钢进行横向连接。支架中心与系梁重心线保持重合。

5 系杆支架施工

该工程在系杆下共设18组临时钢支墩，临时支墩采用Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩作为承重桩，钢管桩根据主桥系杆及钢管拱肋分段位置结合通航孔位置综合考虑布设，每个临时支墩钢管桩分为3、4、9、12根钢管桩组合成平面或框架整体。每根钢管桩顶端设置一块封头板，封头板规格为10 mm×700 mm×700 mm。钢管桩之间采用20#槽钢设置水平和剪刀撑以加强纵横向稳定性。

5.1 钢管桩加工

Φ529 mm、δ=8 mm钢管桩进场后按现行标准进行抽检、复验，表面不得有裂缝、气泡、起鳞、夹层等缺陷。焊接材料应符合国家现行标准的规定，并采用与主材相匹配的材料。

（1）Φ529 mm钢管倒用加工前，首先切除变形严重、锈蚀严重、开口破损严重以及钢管有明显弯折部位，将钢管周围杂物全部清除，重点检查原钢管桩接头部位焊缝情况、对接情况，查看焊缝是否开裂，原对接是否满足目前对接要求，如不满足要求必须割断后重新对接。

（2）钢管桩放样下料时，应根据工艺要求预放切割、磨削刨边和焊接收缩等的加工余量。在卷边时应清除坡口处有碍焊接的毛刺和氧化物。

（3）钢管桩焊接前，应将焊缝上下及拼接板周围30 mm范围内的铁锈、油污、水汽和杂物清除干净。

（4）钢管桩对接时先在钢管内设置内衬环或内衬套，然后焊接对接焊缝，再沿桩周围均匀加焊六块加劲钢板，以增强钢管桩整体刚度。

5.2 剪刀撑布设

系杆临时支墩采用格构式钢管桩，管桩下端入土，高出水面后管桩之间布置20a#型钢剪刀撑以提高其稳定性，顶部安装纵、横向分配梁以支承系杆支架。

（1）在钢管桩上进行剪刀撑、分配梁位置的测量放样。技术员实测桩间平联长度并在后场下料，同步进行剪刀撑、桩顶分配梁的加工。

（2）用浮吊悬吊剪刀撑、分配梁，到位后电焊工焊接安装剪刀撑、分配梁。现场技术员及时检查焊缝质量，合格后进行纵横分配梁架设。

（3）浮吊悬吊纵梁或横梁到测量放样位置后安装并简易固定，电焊工按测量放样位置焊接。所有焊缝均要满足规范要求。

6 系杆支架验算

6.1 荷载计算

支架、模板设计计算前，应明确模板、支架计算的荷载组合、最大变形允许值及荷载设计值方面的规定。

6.2 荷载组合

按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F3650—2020）规定^[1]，模板、支架的设计应考虑下列各项荷载，并应按表5.2.6的规定进行荷载组合：①模板、支架自重。②新浇筑混凝土、钢筋、预应力筋或其他圬工结构物的重力。③施工人员及施工设备、施工材料等荷载。④振捣混凝土时产生的振动荷载。⑤新浇筑混凝土对模板侧面的压力。⑥混凝土入模时产生的水平方向的冲击荷载。⑦设于水中的支架所承受的水流压力、波浪力、流水压力、船只及其他漂浮物的撞击力。⑧其他可能产生的荷载，如风荷载、雪荷载、冬季保温设施荷载等。

6.3 最大变形允许值

按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F3650—2020）規定^[1]，验算模板、支架的刚度时，其最大变形值不得超过下列允许值：①结构表面外露的模板，挠度为模板构件跨度的1/400。②结构表面隐蔽的模板，挠度为模板构件跨度的1/250。③支架受载后挠曲的杆件（横梁、纵梁），其弹性挠度为相应结构计算跨度的1/400。

6.4 施工荷载

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650—2020）^[1]附录C：①施工人员及设备荷载取2.5 kN/m²。②振捣混凝土时水平面板产生的荷载取2 kN/m²。

6.5 材料及其力学性能

该节所述《规范》为《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162—2008）^[2]。

系杆拱钢筋混凝土容重γ=26 kN/m³，混凝土容重γ=24 kN/m³。模板面板采用15 mm竹胶板：竹胶板弹性模量E=10.584×10⁶kPa，抗弯强度设计值[ f_jm]=37 MPa，胶合板毛截面积抵抗矩W_j=3.75×10^?5m³，I_x=2.813×10^?7m⁴（取板宽b=1 m，板厚h=15 mm计算），单位自重q=0.15 kN/m²。

底模次楞采用10 cm×10 cm木方，抗弯强度设计值[ f_m]=9.9 MPa，抗剪强度设计值[ f_v]=1.4 MPa，弹性模量E=9×10⁶kPa，截面抵抗矩W_x=1.667×10^?4m³，惯性矩I_x=8.333×10^?6m⁴，面积矩S_x=1.25×10^?4m³，单位自重q=0.06 kN/m。

系杆底模主楞采用Q235 I10工字钢：腹板厚度t_w=4.5×10^?3m，截面抵抗矩W_x=4.9×10^?5m³，惯性矩I_x=2.45×10^?6m⁴，面积矩S_x=2.82×10^?5m³，截面积A=1.433×10^?3m²，自重q=0.1 kN/m。

桩顶分配梁采用Q235 I40b型钢：腹板厚度t_w=1.25×10^?2m，截面抵抗矩W_x=1.139×10^?3m³，惯性矩I_x=2.278×10^?4m⁴，面积矩S_x=6.712×10^?4m³，截面积A=9.407×10^?3m²，自重q=0.738 kN/m。

系杆侧模主楞Q235 10#型钢：腹板厚度t_w=5.3×10?3 m，截面抵抗矩W_x=3.94×10^?5m³，惯性矩I_x=1.983×10^?6m⁴，面积矩S_x=2.35×10^?5m³，截面积A=1.274×10^?3m²，自重q=0.1 kN/m。

6.6 系杆支架验算

单根系杆支架每断面采用三组双排单层贝雷梁，系杆段中间4片采用高抗剪型贝雷梁，间距90 cm+60 cm+90 cm+60 cm+90 cm布置。系杆断面2 m宽，系杆底模主楞采用6 m长10#工字钢，两边挑出宽度能够满足施工作业空间需求。

根据施工图设计，单侧系杆混凝土用量213 m³，单个拱脚混凝土用量32 m³，以一侧系杆支架进行验算。

现浇系杆段总重5 559 kN，系杆总长83.72 m，按均布荷载计，每延米自重66.4 kN/m。

现浇拱脚段总重856.75 kN，按均布荷载计，每延米自重142.79 kN/m，贝雷桁架片含销子、支撐架按300 kg/片（3 kN/片）计，则有主梁桁架自重3×8/3=8 kN/m。为方便计算，模板按2 kN/m参与计算，考虑施工人员及施工设备荷载1 kN/m²，振捣混凝土产生的荷载2 kN/m²。

q系杆段=96.72 kN/m，q拱脚段=188.39 kN/m。

按照施工顺序，系杆段需在支架上立模浇筑4#、9#、14#中横梁，3道中横梁与系杆同时施工，中横梁长L=12.3 m，1道中横梁混凝土方量为10.43 m³，1道中横梁总重为271.18 kN，即中横梁集中荷载为135.6 kN。

拱肋支架直接支撑在钢管桩平台上，不在贝雷梁上，故该荷载直接计算在钢管桩上。

通过力学求解器计算得出，系杆段支架最大弯矩为6 333.6 kN·m、最大剪力为1 559.2 kN，拱脚段支架最大弯矩为786.9 kN，最大剪力为558.8 kN。

系杆截面尺寸为2 m×2.2 m。拱脚段支架承重梁采用普通贝雷梁，系杆段支架承重梁采用三组双排单层加强型贝雷梁，中间4片采用高抗剪贝雷，系杆段支架按90 cm+60 cm+90 cm+60 cm+90 cm间距布置在桩顶分配梁上。

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》^[3]，查表得加强型双排单层贝雷梁弯矩为3 375 kN·m，剪力为490.5 kN。

根据实际施工需要，该项目部分贝雷片采用高抗剪型贝雷，即在原普通321贝雷基础上进行改进，斜杆采用80 mm×60 mm×5 mm矩形管，以提高贝雷梁的抗剪能力。经计算321贝雷梁复杆采用80 mm×60 mm×5 mm的矩形管，其抗剪能力如下：单排单层（SS）为40.07T；双排单层（DS）为78.54T；三排单层（TS）为115.01T。验算时，为了安全考虑，按其抗剪能力的90%进行考虑，高抗剪加强型双排单层贝雷梁剪力为706 kN。

系杆段承重梁计算如下：

最大弯矩：6 333.6 kN·m＜3 375×3=10 125 kN·m，满足要求。

最大剪力：1 559.2 kN＜706×2+490.5=1 902.5 kN，满足要求。

7 结语

高抗剪贝雷作为30 m跨径系杆拱系杆支架具有承载力大，结构自重轻，拼装吊装方便快捷，对水上交通影响较小，施工效率高等显著优势，且与满堂支架相比可节约材料用量，降低人工成本，通过Midas验算计算该支架的强度、刚度，结果显示各项分析指标均能满足规范要求。

参考文献

[1]公路桥涵施工技术规范： JTG/T F3650—2020[S]. 北京：人民交通出版社， 2020.

[2]建筑施工模板安全技术规范： JGJ162—2008[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2008.

[3]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.

收稿日期：2023-11-21

作者简介：安蔚（1987—），男，本科，工程师，研究方向：道路桥梁施工。