鋼管貝雷梁支架在高速公路立交及施工棧橋中的應(yīng)用

1、鋼管貝雷梁支架在高速公路立交及施工棧橋中的應(yīng)用【內(nèi)容提要】隨著我國(guó)高速公路及城市交通的快速發(fā)展，大型的互通立交橋也隨之大量修建。傳統(tǒng)的滿堂式支架在跨越既有公路與鐵路的施工中無(wú)法滿足橋下正常的交通需要，采用鋼管貝雷梁支架進(jìn)行現(xiàn)澆梁砼施工，在保證橋下正常交通的同時(shí)，具有快速、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。另外，隨著跨海及跨大河流域橋梁建設(shè)的增加，鋼管貝雷梁支架在大型施工棧橋方面的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。支架設(shè)計(jì)及計(jì)算是否合理，直接關(guān)系到橋梁的施工質(zhì)量和安全，本橋支架設(shè)計(jì)根據(jù)橋梁跨隴海鐵路及310國(guó)道通車需要，對(duì)支架各組成單元進(jìn)行了全面驗(yàn)算。已完成梁體線形、高程均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，未出現(xiàn)任何安全及質(zhì)量事故?！娟P(guān)鍵詞】鋼管貝

2、雷梁支架 立交及施工棧橋 應(yīng)用1.工程概況該橋?yàn)槲覇挝怀薪ǖ倪B霍國(guó)道主干線天水至定西高速公路TD19合同段的定西北互通立交橋，具體樁號(hào)為SK329+195.15(XK329+128.82),立交采用喇叭形（B型），有A、D、E匝道橋三座，橋梁總長(zhǎng)965.622m，需同時(shí)跨越隴海鐵路及312國(guó)道。橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，柱式墩身，上部構(gòu)造為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，單箱三室結(jié)構(gòu)，跨越隴海鐵路采用鋼砼組合梁。具體橋跨布置為：A匝道橋： 16×25m+42m+5×30m；D匝道橋：2×20m+45m+4×30m；E匝道橋：17m+16.662m+45m+3&#

3、215;30m。預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁采用現(xiàn)澆法施工?，F(xiàn)澆箱梁完工達(dá)到強(qiáng)度要求后，即進(jìn)行鋼箱梁的架設(shè)。1.1定西北互通立交平面位置圖2支架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算2.1支架設(shè)計(jì)現(xiàn)澆箱梁采用鋼管貝雷片支架, 立柱采用273×4mm鋼管制作,支架按橋面全寬+兩側(cè)各留1m施工通道搭設(shè)，立柱頂面用雙I36b工字鋼做橫梁，橫梁頂面鋪設(shè)貝雷片，貝雷片采用國(guó)產(chǎn)型號(hào)（高1.5m，跨徑3m），布置形式具體見圖13。貝雷片頂面設(shè)置橫向雙12.6槽鋼做分配梁，縱向間距60cm。為提高立柱穩(wěn)定性，在立柱間采用10槽鋼分別做橫向、斜向支撐。考慮箱梁施工前支架調(diào)平和施工完畢后落架需要，在分配梁上設(shè)置碗扣式腳手架立桿，立桿與分配梁采

4、用焊接連接，立桿上安放頂托，頂托上鋪設(shè)縱向方木，間距為0.875m，截面為15×15cm，縱向方木上鋪橫向方木，間距為30cm，截面10cm×10cm。翼緣板下橫向鋪設(shè)15cm×15cm方木，間距30cm，縱向采用6cm×9cm方木，間距20cm。橫向方木上鋪設(shè)底模，底模采用1.2cm厚竹膠板。梁側(cè)模、內(nèi)模及端模均采用1.2cm厚竹膠板，并用6cm×9cm方木做加勁肋，間距30cm。考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我標(biāo)段根據(jù)橋梁墩柱高度調(diào)整支架布置形式，當(dāng)墩高h(yuǎn)>12.2時(shí)，在鋼管貝雷梁上搭設(shè)鋼管腳手架； h<12.2時(shí)，支架采用鋼管貝雷梁支架。

5、2.2支架布置圖1-32.3結(jié)構(gòu)檢算施工過(guò)程箱梁橫向上最大應(yīng)力集中區(qū)域是腹板底部；箱梁縱向上最大的受力區(qū)域是梁端部，為安全考慮，所有荷載驗(yàn)算均按最大處進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)比較計(jì)算，計(jì)算模型采用A匝道7號(hào)橋，其它橋梁支架按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。A匝道7號(hào)橋布置為5-30m現(xiàn)澆等截面預(yù)應(yīng)力砼箱梁，梁高1.8m，頂板寬15.5m，底板寬10.5m，單箱三室結(jié)構(gòu)，底板厚0.2m，頂板厚0.22m，腹板厚0.4m、0.35m，中橫隔梁厚0.2m。荷載組合、新澆筑鋼筋混凝土重：26×1.8=46.8 KN/ m2；、模板及支架自重：取 2.0KN/ m2;、施工人員和施工材料、機(jī)具等行走運(yùn)輸或堆放的荷載：2

6、.4 KN/ m2;、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載2 KN/ m2;、其它臨時(shí)荷載如風(fēng)、雨雪荷載等不予考慮.頂層橫向方木強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算頂層方木采用落葉松材質(zhì)，截面尺寸為10×10cm，縱向間距30cm，跨徑87.5cm。按三跨連續(xù)梁計(jì)算,計(jì)算采用公式：彎曲強(qiáng)度=ql12/10w抗彎剛度f(wàn)= ql14/150EI 式中：q=(46.8+2.4+2+2)×0.30=15.96KN/ml1=0.875mW=bh2/6=100×1002/6=166667mm3I=bh3 /12=100×1003/12=8333333mm4彎曲強(qiáng)度=15.96×8752/（10

7、×166667）=7.4MPa<14.5MPa抗彎剛度f(wàn)=ql14/150EI=15.96×8754/（150×11×103×8333333）=0.7mm<2.2mm（L/400=875/400=2.2）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，頂層橫向方木滿足要求。底層縱向方木強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算縱向方木采用落葉松材質(zhì)，截面尺寸為15×15cm，跨徑60cm，橫向間距間距87.5cm，則由頂層方木傳遞的集中力F=53.2×0.3×0.875=13.965KN;Mmax=0.267Fl=0.267×13.965×0.

8、6=2.24KN·m;E=11×103MPa;W=bh2/6=150×1502/6=562500mm3;I=bh3 /12=150×1503/12=42187500mm4;彎曲強(qiáng)度= Mmax/W=2.24×106/562500=3.98 MPa <14.5MPa撓度f(wàn)=1.883FL2/100EI=1.883×13.965×103×6002/（100×11×103×42187500）=2.0×10-4 mm<1.5 (橋梁施工規(guī)范規(guī)定L/400即600/400=

9、1.5mm)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，底層縱向方木滿足要求.頂托立桿（鋼管支架立桿）強(qiáng)度計(jì)算頂托立桿采用48×3.0mm鋼管，立桿橫向間距0.875m，縱向間距0.6m，因此每平米內(nèi)有立桿1/（0.875×0.6）=1.9根。則每根立桿承受的軸向壓力為N=（46.8+2+2.4+2）/1.9=28.0KN頂托立桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為0.6m，所以=l/i=600/15.78=38<100查表得=1.02-0.55(+20)/100) 2=0.835，根據(jù)橋梁施工規(guī)范，壓桿取1.3倍安全系數(shù)則立桿允許壓力N為：N= A/K=0.835×424×10-6×140&

10、#215;106/1.3=38.1KN>28.0KN根據(jù)計(jì)算結(jié)果，立桿強(qiáng)度滿足要求。分配梁12.6槽鋼強(qiáng)度計(jì)算頂托立桿下采用雙12.6槽鋼做分配梁，雙槽鋼并排焊接成整體， 并與頂托立桿底端焊接牢固?？v向布置間距60cm，底板下和翼緣板下跨徑均為1.75m.1荷載底板下： q1=（46.8+2+2.4+2）×0.6=31.92KN/m；翼緣板下:q2=（26×0.4+2+2.4+2）×0.6=10.08KN/m;查表得：W =61700mm3 ; I=3885000 mm4.2最大彎矩Max底板下： Mmax=q1l2/8=31.92×1.752/8

11、=12.22KNm翼緣板下；Mmax=q2l2/8 =10.08×1.752/8=3.86KNm.3彎曲強(qiáng)度底板下：=Mmax/W=12.22×106/(2×61700)=99.0MPa<145MPa翼緣板下：=Mmax/W=3.86×106/(2×61700)=31.3MPa<145MPa.4最大撓度f(wàn)max底板下fmax=5q1l14/(2×384EI)=5×31.92×(1.75×103)4/(2×384×2.1×105×3885000)=2.4m

12、m<4.4mm(1750/400)翼緣板下fmax=5q2l24/(2×384EI)=5×10.08×(1.75×103)4/(2×384×2.1×105×3885000)=0.76mm<4.4mm(1750/400)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分配梁強(qiáng)度滿足要求.貝雷片承載力計(jì)算單片貝雷片容許荷載M=975.0KNM；貝雷片單孔最大計(jì)算跨徑14.0m;荷載q=1.3×（(26×0.6×10.5+26×0.275×5)+(2+2.4+2)×15.5）=388

13、.4KN/m ；（取1.3倍安全系數(shù)）;則貝雷梁縱向最大彎矩：Mmax=q1l2/8=388.4×14.002/8=9515.2KNm；則9515.2/975 =9.8；最大撓度f(wàn)max=5q1l4/384EI=5×388.4×140004/(384×2.1×105×2505000000)=369.3mm則369.3/35=10.6；(35為規(guī)范允許撓度，L/400=30)根據(jù)計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，橫向布設(shè)11片貝雷片，布置形式見圖2、圖3.工字鋼橫梁強(qiáng)度計(jì)算貝雷片下采用雙I36b工字鋼做橫梁，雙工字鋼并排焊接成整體.荷載 q=1.3&

14、#215;（26×0.6+2+2.4+2）×14=400.4KN/m(取1.3倍安全系數(shù))；l=1.75m查表得：W =920800mm3 ； I=165740000 mm4最大彎矩Mmax=ql2/8=400.4×1.752/8=153.3KNm彎曲強(qiáng)度=Mmax/W=153.3×106/(2×920800)=83.3MPa<145MPa最大撓度f(wàn)max=5q1l14/(2×384EI)=5×400.4×(1.75×103)4/(2×384×2.1×105×

15、165740000)=0.7mm<4.4mm(1750/400)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，工字鋼橫梁強(qiáng)度滿足要求.立柱的剛度計(jì)算.1回轉(zhuǎn)半徑rr=sqrt（D2+d2）/4=sqrt（27.32+26.52）/4=9.51cm;式中：D鋼管外徑 d鋼管內(nèi)徑 .2長(zhǎng)細(xì)比=uL/r=1×950/9.51=100P=102，剛度滿足要求.式中：u桿件長(zhǎng)度系數(shù)，取u=1.0 ;L桿件幾何長(zhǎng)度，取L=950cm;受壓桿件允許長(zhǎng)細(xì)比，取102.3臨界應(yīng)力驗(yàn)算從結(jié)構(gòu)形式考慮，中間兩排立柱承受軸向力最大，經(jīng)計(jì)算Pmax= 3592.2KN;由于<102（壓桿柔度界限值P）,根據(jù)歐拉公式計(jì)算鋼管臨界應(yīng)

16、力FcrFcr=2EI/(uL)2=3.142×2.1×105×30582482/(1.0×9500)2=702.3KN式中：E：剛才彈性模量，取2.1×105MPa; I:鋼管對(duì)于中心的慣性矩，按式（D4-d4）/64 u L：鋼管立柱相當(dāng)長(zhǎng)度，u取1.0,L取9500mm1.5×3592.2/702.3=7.7，中間支墩橫向布設(shè)鋼管9根(取1.5倍安全系數(shù));1.5×3592.2/2/702.3=3.8， 考慮施工安全及便捷，端部仍布設(shè)鋼管9根(取1.5倍安全系數(shù))。則每根立柱承受軸向力為：3592.2/9=399.1K

17、N<702.3KN3592.2/2/9=199.6KN<702.3KN 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，立柱鋼管強(qiáng)度滿足要求.地基承載力驗(yàn)算及地基處理.1地基承載力經(jīng)計(jì)算立柱承受最大荷載Qmax=4105KN單柱下最大荷載荷載為：4105/9=456.1KN。鋼管柱下鋪設(shè)C25鋼筋砼墊塊，截面形式為倒梯形，頂面尺寸為60cm×120cm，底面尺寸為：120cm×150cm,高80cm。則基底應(yīng)力為N=456.1KN/1.8m2=253.4KPa.2地基處理由于黃土地區(qū)多陷穴，支架基礎(chǔ)施工前，對(duì)基坑位置進(jìn)行沖擊碾壓，增加基底密實(shí)度的同時(shí)，檢驗(yàn)是否有陷穴.然后填筑1.0m砂礫，碾壓密實(shí)后在其上滿鋪枕木.支架預(yù)壓支架搭設(shè)完畢，按設(shè)計(jì)要求對(duì)支架進(jìn)行等載預(yù)壓，以消除支架的非彈性變形，預(yù)壓期為28h。預(yù)壓期間在橋梁底板設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，以確定橋梁支架在施工過(guò)程中所產(chǎn)生的彈性變形和消除支架的非彈性變形。具體布置如圖。3橋梁施工照片定西北互通立交鋼管貝雷梁支架施工定西北互通立交已完工橋梁定西北互通立交已完工橋梁4總結(jié)本橋支架在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為確保后續(xù)施工各部件組裝程序化，支架各