大跨径贝雷梁支架系统在节段拼装的设计与应用

林冠桥

（中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510655）

1 工程概况

澳门高架桥工程IS22车站到IS23车站区间桥梁上部结构由14跨标准预应力连续节段箱梁组成，设计搭设钢管支架拼装施工。其中起点段IS22-P01～P02上方横跨澳门机场候机楼交通主道伟龙马路天桥，下方在机场停车场进口附近，交通疏导及支架搭建工作难度大。设计P01～P02处于200 m平面曲线上，跨度为33 m，共有12节段，最大节段重41.5 t，总跨重410.2 t，其中22#车站附近为P01墩，机场气站附近为P02墩，2个墩身均靠近伟龙马路天桥防护栏，间距较窄，同时需保证下方伟龙马路交通顺畅，前期设计的标准支架方式无法施工，需对特殊段支架重新进行设计验算及施工。

2 大跨径钢管桩贝雷梁支架体系设计形式

借助贝雷梁大跨径组装施工的特性，设计现浇箱梁高支架主体结构由Ф800 mm钢管桩、321贝雷片（16 Mn）横梁及I488纵梁组成，以800 mm钢管为支架底部承重，上部结构横向铺设贝雷梁作为分配梁，双I488工字钢作为顺桥向承重梁。地面完成硬化后，钢管桩在P01、P02墩身施工完即开始搭建，并在现有砼路面上浇筑条形梁作为钢管支架基础，混凝土标号为C20。条形基础设计截面为100 cm×100 cm，长度为两端超出钢管桩边1 m。钢管桩与预埋在条形基础上的钢板焊接成一体，用I20a槽钢焊接剪刀撑将钢管桩连接成稳定体系。桩顶同样焊接厚度为10 mm、截面100 cm×100 cm的钢板，在I700工字钢纵梁上安装321贝雷片作为主横梁、在跨中部位等间距设置3榀贝雷横梁，其他位置设置2榀贝雷横梁，在贝雷梁上方设置双I488焊接为整体节段拼装纵梁。

3 支架结构模型及荷载

按照支架设计方案，通过MIDAS CIVIL软件建立三维有限元模型进行空间分析和设计计算。

IS22-P01～P02跨度33 m，其节段梁总重量为410.2 t。钢管立柱设计为2排，同排立柱纵向间隔为2.5 m，节段梁下方纵移滑梁长31.6 m，按5%偏载工况考虑，将节段梁重量简化成作用在2条纵向分配梁上的均布荷载。

采用荷载效应基本组合设计值，永久荷载分析系数取1.2，对产生的最不利工况进行支架强度和稳定性荷载验算，故均布在纵向分配梁的荷载设计值为：

4 支架受力验算

4.1 纵向分配梁强度验算

纵向分配梁由I488工字钢组成，在节段梁均布荷载和自重作用下应力计算结果如图1所示。

图1 纵梁和贝雷梁弯曲应力验算

可知，纵向分配梁最大弯曲应力为47.7 MPa，弯曲应力设计允许值［σ］=205 MPa。故纵向分配梁受力符合要求。

4.2 贝雷梁强度验算

贝雷梁由横向5片组成，纵向通长布置，贝雷梁上下弦采用加强弦杆设置，在原来弦杆上叠加一根新的杆件，图1所示为在上部荷载作用下应力计算结果。

由图1可知，横向贝雷梁最大弯曲应力为221 MPa，最大剪切应力为155 MPa，最大挠度值为16.3 mm；而设计最大弯曲应力允许值［σ］=305 MPa，设计最大剪切应力允许值为［τ］=175 MPa，设计最大挠度位移允许值为［f］=15 000/400=37.5 mm，故横向贝雷梁受力满足要求。

4.3 底部分配梁和横向联接杆件强度验算

贝雷梁底部由双拼I700工字钢组成纵向分配梁，横向联接杆件采用I20a槽钢焊接剪刀撑构成，在荷载作用下计算其应力结果。

由计算结果得知，底部分配梁和横向联接杆件的最大弯曲应力为62 Mpa，最大挠度值为2.6 mm，最大弯曲应力设计允许值［σ］=205 MPa，最大挠度位移允许设计值为［f］=2 500/400=6.25 mm，因此分配梁和横向联接杆件受力满足要求。

4.4 钢管立柱强度和支座反力验算

钢管立柱由Ф800 mm钢护筒间距2.5 m排列组成，钢护筒底部与预埋在C20混凝土条形基础1 000 mm×1 000 mm方形钢板焊接在一起，在上部荷载作用下通过midas civil软件计算结果可知：

钢管立柱最大弯曲应力为66 MPa，最大支座反力为656 kN，最大弯曲应力设计允许值［σ］=205 MPa，而设计最大支座反力允许值为2 000 kN，因此钢管立柱满足受力要求。

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程

工艺流程为：条形基础施工→安装预埋钢板→焊接钢管立柱→吊装I700工字钢下横梁→铺设321贝雷片主横梁→铺设I488工字钢纵向分配梁→安装工作平台→吊装前检查验收→拼装节段梁→拆除支架。

5.2 支架基础施工

在P01、P02墩身桥梁走向线路两旁浇筑混凝土条形梁作为支架基础，混凝土标号为C20。基础横截面为1 m×1 m，长度为两端超出钢管桩边1 m。在钢管桩安装位置预埋一块15 mm厚1 000mm×1 000 mm方形锚固板，锚固板下方均匀布置带弯钩的钢筋锚固钢筋伸入条形基础固定。

5.3 钢立柱安装

钢管桩根据支架搭设高度提前加工，并焊接钢板做好桩顶处理。钢管桩与底钢板采用焊接连接，用相同型号尺寸为100 mm×100 mm的4块加劲钢板焊接在焊缝周围进行加固强化。钢管桩顶部焊接一块15 mm厚100 mm×100 mm的方形钢板，同样采用4块加劲板焊接加强，接触部位焊缝均满焊。钢管桩纵向分布于现场行车道两旁，横向钢管间距设计则沿着伟龙马路天桥边沿布设。钢管之间设柱间剪刀撑保证钢管支架的整体稳定性，剪刀撑采用I22a型钢。

5.4 下横梁、贝雷梁和纵梁安装

纵横梁采用I700工字钢，放置于钢管桩顶部，并采用3块加劲板焊接固定于每根钢管桩顶端两侧，接触部位焊缝要求满焊。纵横梁上单层安装贝雷梁，对中腹板位置设三榀贝雷梁，翼板、底板位置则设置两榀贝雷梁。贝雷梁上下弦采用加强弦杆，并在贝雷梁支点位置采用双槽钢进行加固避免局部应力增大情况。采用槽钢加工成U型卡槽与双I700工字钢固定成一整体防止贝雷片移动，最后铺设安全网、脚踏板等作为安全防护。在贝雷梁上部，沿节段箱梁腹板走向布设两排I488工字钢分配梁，承担节段梁拼装的荷载支撑。

5.5 支架安装要求

5.5.1 钢管立柱安装

为保证支架上高空作业的安全，要提前测量好底面标高并设置加工好各钢管的长度，确保运至现场可直接组装。按梁底高程与地面标高变化确定顺桥向控制断面间距，在顺桥向左、右两边各设控制点，以精确确定钢管柱墩顶标高，并用明显的标记标明各钢管柱的位置，以便校验。

5.5.2 纵梁安装

钢管立柱标高调整完毕后，在其上沿纵向安放双榀I700工字钢为分配梁，如果多钢管桩在一条直线上，可设置通长工字钢。如果由于地面场地限制，钢管桩不在一条直线上，采用间断布设工字钢，但工字钢支架必须加板焊接连接为一个整体。钢管桩与工字钢接触有缝隙时必须加薄钢板垫平，并加筋板焊接。

5.5.3 贝雷梁安装

所有贝雷梁安装完成后顶面必须保证在一个水平面，底面与分配梁接触严密，各贝雷片销接需有保险扣。贝雷梁安装完成后进行工序验收，验收合格后在贝雷梁上安装好安全兜网，铺设脚踏板摆放横向木枋即可。

5.6 支架拆除

支架拆除顺序应遵守先跨中后两端，先上后下的原则。拆架时提前放松节段梁拼装楔形块分离节段箱梁与支架，然后在节段梁翼板缓慢移出纵向工字钢分配梁，达到合适位置后通过吊机吊离至地面。贝雷梁拆除分两个阶段，首先将贝雷梁与节段梁顶面预埋孔临时固定，确保底下分配梁顺利拆除后，再将贝雷梁吊整体至桥下。在整个拆架过程中必须有管理人员全程指挥与检查，以保证拆除工作的安全。

6 结语

贝雷梁安装加强弦杆，结构刚度强，承载能力大，适合在空间狭小且不能中断交通情况下给节段梁拼装提供安全稳定的跨路空中作业平台。

通过MIDAS Civil有限元软件分别对贝雷梁及钢管桩的强度、抗剪、挠度及地基承载力等力学性能进行分析计算，得到节段梁拼装支撑体系设计参数，符合相关规范要求。

钢管立柱贝雷梁组合体系结构简单、装拆方便、作业跨度大，适用于空间受限较多的桥梁空中作业，在工程安全、进度和经济效益等方面都具有良好的促进作用。