高速公路现浇钢筋混凝土箱梁贝雷片支架设计与施工

2016-10-09孙可平

福建交通科技 2016年4期

关键词：贝雷贝雷梁工字钢

■孙可平

(福建开辉市政建设有限公司，福州　350000)

高速公路现浇钢筋混凝土箱梁贝雷片支架设计与施工

■孙可平

(福建开辉市政建设有限公司，福州350000)

本文结合京台高速公路JTA3标东桥互通E匝道桥现浇箱梁施工，简要介绍了贝雷支架现浇钢筋混凝土箱梁的施工工艺，论述了现浇梁的支架设计、安全检算等工序的施工要点。

现浇贝雷片支架设计与施工

1　工程概况

东桥互通E匝道桥位于福建省闽清县境内，为京台高速公路（福州段）JTA3标东桥互通工程，桥长302米，上部结构采用（3×20+3×20）m连续现浇箱梁结构+（4×25+3×25）m PC连续T梁结构，其横向布置为0.5m（防撞护栏）+8m（行车道）+0.5m（防撞护栏）。桥墩采用柱式墩，起点桥台为肋板台，终点桥台采用板凳台，基础采用钻孔灌注桩。

2　贝雷片支架方案设计

根据现场地形实际情况，本项目采用钢管、贝雷梁作为现浇箱梁支架，利用已施工的承台作为钢管支撑点，架设钢管贝雷支架。支架立柱采用Φ406mm×6mm钢管每3m用［8槽钢焊接成剪刀撑，立柱间距250cm，并且立柱高度大于9m的在立柱中部设置与墩柱间的抱柱箍（抱箍间距不大于9m），钢管接头宜采用法兰机械连接。1～6号墩每跨每墩承台上设置4根，钢管立柱的柱顶放置2I28a的工字钢作为分配梁传递由贝雷梁直接承担的桥梁施工全部荷载，每根钢管立柱和工字钢之间设置一个砂箱作为起落梁，如图1。

贝雷梁沿纵桥向布置每跨布设10道，因跨度较大，贝雷梁设上下加强弦杆，每组贝雷梁内贝雷梁间用支撑架连接，在工字钢横梁上要加焊防止贝雷梁横移的限位器。贝雷梁上方采用I10工字钢做横向分配梁，每60cm一道。底模由8×10cm方木顺桥向分配梁以及上铺18mm厚竹胶板组成。侧模板下布置8×10cm的顺桥向方木，间距为20cm，其下布置型钢骨架，纵向间距80cm，型钢骨架上下弦杆采用［10槽钢、立柱采用［8槽钢制作。

支撑结构的力学传递程序为：①现浇混凝土箱梁→②模板→③方木→④工字钢→⑤贝雷桁架梁→⑥工字钢→⑦钢管支柱。

3　钢管、贝雷梁支架验算

钢管支架体系主要组成部分所采用材料及相关参数如下：

Φ406mm×6mm钢管：立柱间距为250cm，剪刀撑层距（即横杆步距）为300cm，截面积A=75.398×10-4m2，惯性矩I=1.5083×10-4m4，抵抗矩W=1.86×10-3m3，回转半径i= 14.144×10-2m，每米重量γ=59.24kg。

I28a工字钢：截面积A=55.37×10-4m2，惯性矩I= 0.7115×10-4m4，抵抗矩W=0.5082×10-3m3，每米重量γ= 43.47kg。

型钢的材料力学性能：轴向应力［σ］=215MPa，弯曲应力［σw］=215MPa，剪应力［τj］=125MPa，钢材弹性模量为Eg=2.1×105MPa。

贝雷性质：［M］=1687.5kN·m［Q］=245.2kN/m E=2.1×105MPa

I=577434.4cm4W=7699.1cm3G=435kg（3m每片）

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，贝雷梁的材料为16Mn钢。加设上下加强弦杆的贝雷梁每片桁架重435kg，单排单层贝雷梁截面特性及最大弯矩和剪力值见表1。

表1　　单排单层贝雷梁截面特性及最大弯矩和剪力值表

3.1荷载标准值计算

分析相关荷载如下：

（1）计算钢管、贝雷梁支架时，取均布荷载q33=1.0kN/m2（2）振捣混凝土时产生荷载：q4=2.0kN/m2

（3）荷载分项系数：永久荷载的分项系数取γ永=1.2，可变荷载的分项系数取γ变=1.4

3.2贝雷梁的强度刚度验算

I10工字钢横向分配梁下方纵桥向设10道贝雷梁，贝雷梁长20m、净跨径17.8m。因跨度较大贝雷梁设上下加强弦杆，每道贝雷梁间用支撑架连接，贝雷梁按简支梁进行受力计算。箱体下方每90cm布设一道贝雷梁、翼缘板下方贝雷梁间距120cm，贝雷梁布置详见图2。

3.2.1荷载计算

（1）钢筋混凝土自重：103.33×26.35=2722.746kN

（2）外模、支架自重：60×2=120kN

（3）底模自重：120×0.731=87.72kN

（4）内模、支架自重：93×1.5=139.5kN

（5）贝雷梁自重：10×20×1.5=300kN

（6）施工荷载：180×1=180kN

（7）振捣混凝土时产生荷载：180×2.0=360kN

各项荷载总和：（2722.746+120+87.72+139.5+300）× 1.2+（180+360）×1.4=4799.959kN

均布荷载：q=4799.959/180=26.666kN/m2

贝雷梁荷载计算见图3。

3.2.2强度刚度验算

（1）跨中弯矩：M=qL2b/8n=26.666×18.72×9/（8×10）= 1049.044 kN·m＜［M］=1687.5 kN·m

（2）梁端剪力：Q=4799.959/2n=4799.959/20=239.998kN＜［Q］=245.2kN

（3）跨中挠度：f=5ql4b/384EIn

=5×26.666×103×18.74×9/（384×2.1×1011×57.74×10-4×10）=31.514mm＜18.7/400=46.75mm

从强度和刚度验算结果可以看出，贝雷架强度和刚度均满足要求。

3.3I28a工字钢横梁强度刚度验算

贝雷梁与钢管立柱间设2I28a工字钢横梁，横梁采用2根I28a工字钢对拼而成。工字钢横梁下钢管立柱间距为2.5m。工字钢横梁示意图见图4。

为简化计算贝雷梁传递下来的荷载按均布荷载计算，不均匀系数K=1.2，按三等跨连续梁计算。简化计算图见图5。

贝雷梁梁端剪力均布荷载：q1=1.2×4799.959/（9×2）= 319.997kN/m

工字钢大横梁自重均布荷载：q2=2×0.435=0.869kN/m

工字钢大横梁最大负弯矩：Mmax=-0.1qL2=-0.1×（319.997+0.869）×2.52=-200.542kN·m

工字钢大横梁最大拉应力：σw=Mmax/W=200.542×103/（0.5082×10-3×2）=197.306MPa＜［σw］=215MPa

工字钢大横梁最大剪力：Qmax=-0.6qL=-0.6×（319.997+0.869）×2.5=481.299kN

工字钢大横梁最大剪应力 τ=Qmax/A=481.299×103/（55.37×10-4×2）=43.462MPa＜［τj］=125MPa

工字钢大横梁最大变形：fmax=0.677×ql4/100EI=0.677×（319.997+0.869）×103×2.54/（100×2.1×1011×0.7115×10-4×2）= 2.84×10-3m＜2.5/250=10×10-3m

从强度和刚度验算结果可以看出，工字钢大横梁强度和刚度均满足要求。

3.4Φ406mm×6mm钢管立柱稳定性验算

工字钢横梁下设4根钢管立柱，立柱采用Φ406mm× 6mm钢管制作。每3m用［8槽钢焊接成剪刀撑将钢管立柱横向连成整体，并将桥墩另一侧的钢管立柱（相邻跨）用剪刀撑将钢管立柱焊接使纵向也连成整体。立柱最大高度16.65m，钢管步距按9m计算，钢管立柱间距2.5m。钢管柱截面参数见表2。

表2　Φ406mm×6mm钢管立柱截面参数表

回转半径λ=H/i=900/14.144=63.631

查《路桥施工计算手册》λ=63.631时，立杆轴心受压构件纵向弯曲系数φ=0.751

容许轴力Nmax=φ ［σ］A=0.751×140×106×75.398×10-4= 792.734kN

每根钢管立柱自重：N1=16.65×0.592×1.5=14.785kN

每根钢管立柱承担工字钢大横梁传递的荷载：N2=（319.997×9+0.869×10）/4=722.166kN

N=N1+N2=14.785+722.166=736.951kN＜Nmax=792.734kN

钢管立柱稳定性满足要求。

4　支架预压

为了消除支架在连续梁混凝土自重及施工荷载等作用下的非弹性变型和测量弹性变形量，对支架安装完毕要对其进行预压。

预压采用砂袋进行预压，预压重量按现浇箱梁自重的1.2倍控制。预压前应在箱梁的底板、翼缘板等位置设置观测点，在压载后的不同时段内定时观测，以获得加载后支架变形量。在箱梁底模上布置测点，在底板中间和两侧以及两侧翼缘板边缘均要布设测点，顺桥向每一跨共设9个断面，位置分别为两支点、1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/ 8、7/8处，每个断面设5个观测点。预压前测量模板顶面标高，加载后每天由专人测量顶面标高的变化，一天早晚各测量一次，并做好详细记录。支架预压一般在七天左右，直到连续24小时沉降量为1～2mm视为稳定，并开始卸载。支架预压的加载顺序与箱梁混凝土浇筑顺序一致，卸载过程与加载正好相反。卸载过程同样进行后模板顶面标高的测量，计算非弹性变型和弹性变形量。用以调节箱梁底模标高。