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现浇连续梁贝雷梁支架施工承载能力研究

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：丁海

[导读] 摘要：新建武汉至孝感城际铁路马家湖特大桥111#～115#墩为一联4*20m刚构连续梁，该连续梁结构形式复杂、桥梁跨度大，且位于马家湖水中区域，施工难度非常大。

        黄冈市政府投资工程建设管理中心 438000
        摘要：新建武汉至孝感城际铁路马家湖特大桥111#～115#墩为一联4*20m刚构连续梁，该连续梁结构形式复杂、桥梁跨度大，且位于马家湖水中区域，施工难度非常大。本文通过对该连续梁采用的双层贝雷梁现浇支架的结构计算研究，总结出一套适用于大跨度现浇连续梁施工的双层现浇支架施工方法。
        1、工程概况
        新建武汉至孝感城际铁路马家湖特大桥桥尾采用一联4*20m刚构连续梁与天河机场U型槽相接，刚构连续梁起讫里程为DK18+585.31～DK18+665.440，对应马家湖特大桥111#～115#墩，共4跨，每跨长度约20m，全长79.9m。梁高度1.3m，底宽7.26m，顶宽11.6m，桥面防护墙内侧宽8.3m，防护墙外翼缘板宽度各1.35m。全梁为实心混凝土结构，与墩身为一体的刚性连续梁。
        桥梁位于马家湖深水区，采用满堂支架或墩梁式支架均不合理。通过调查现场后拟采用钢管立柱直接支撑于桥墩承台上、采用双层贝雷梁和碗扣式支架作为刚构梁现浇支架。
        2、支架结构设计及工艺特点
        2.1支架结构设计方案
        桥梁采用双层贝雷梁支架原位现浇施工，双层贝雷梁作为支架。支架自下而上由桥墩承台、钢管立柱、纵向双层贝雷梁、横向分配梁、碗扣式支架、底模板等构成。钢管立柱安装在承台上作为纵向双层贝雷梁支撑，不设中间支撑，具体如图2-1所示。

        图2-1    刚构连续梁支架布置图
        2.2工艺特点
        双层贝雷梁支架用于现浇梁的支架系统，不设中间支撑避免了基础处理，克服了不均匀沉降对现浇梁施工线性的影响，为现浇梁施工安全提供一种安全、经济、快速的施工方法。其工艺特点如下：
        （1）与满堂支架法相比有适用性广、方便快捷的特点。
        （2）利用贝雷梁作为支架系统，用钢管支撑在承台上，贝雷桁架是定型产品，承台属于刚性结构，因此支架系统仅对第一跨预压，取得支架弹性变形数据，后续每跨不需要预压，有利于加快施工进度、节约成本。
        （3）贝雷梁市场供应量大，可采用租赁形式，且不需要进行地基处理，节约费用投入，大大降低造价低。
        （4）贝雷架操作方便灵活、适用性强、占用施工场地少，与移动模架相比投入低、适用性广。
        3、双层贝雷梁支架结构受力验算
        3.1支架结构详细构造
        桥梁采用墩梁式支架一次浇筑完成，支架体系如下：
        （1）支架体系：φ609*10螺旋钢管+贝雷梁+满堂支架
        螺旋钢管间距2.25米，单排布置5根，钢管上安装双拼I56a工字钢，作为分配梁。
        采用双排双层贝雷梁，由45cm和90cm支撑架连接，底板底部每组贝雷梁间距30cm，采用45cm支撑架连接。翼缘板底部设两组贝雷梁，内侧采用45cm支架连接，外侧采用90cm支撑架，间距60cm。共计15组，共60片。
        （2）满堂支架：搭设高度：1.9～3m，支架横距60cm、纵距90cm、步距120cm。水平横杆长0.6m，水平纵杆长0.9m，立杆长1.2m；钢管：碗扣式钢管φ48*3.5mm；计算立杆的承载力及稳定性时按壁厚3mm计算，自重按标准碗扣3.5mm计算。
        （3）模板系统：顶托上设置一根I12.6工字钢分配梁，其上铺设10cm×10cm方木（间距20cm）作为底模背楞，其上铺设18mm厚竹胶板；侧模为方钢管和φ48钢管制作的支架；方木为10cm×10cm，间距20cm；竹胶板采用15mm厚胶合板。
        3.2计算参数选取
        （1）验算内容及工况
        验算内容：贝雷梁支架体系强度、稳定性、位移验算；
        验算工况：混凝土浇筑工况。
        （2）荷载取值
        ①钢筋混凝土容重，按设计图纸取26.5KN/㎡；②模板系统自重：2.5KN/㎡
        ③施工荷载：2.5KN/㎡；④混凝土振捣、倾倒产生冲击荷载各取2KN/㎡，当浇筑厚度大于1m时，不考虑倾倒产生冲击荷载；⑤碗扣式支架自重：扣件规格重量见表3.2-1所示。
        表3.2-1                         碗扣式支架主要配件表

        ⑥风荷载：按照开放式脚手架计算，风荷载高度变化系数μs取1.0，风荷载体型系数μz取1.99，ω0取0.32KN/㎡
        脚手架计算中考虑风荷载：
        Wk=βμsμzω0=0.7*1.0*1.99*0.32=0.446KN/㎡
        （3）计算参数
        贝雷梁：双排双层W=14817.9cm³，I=2148588.8cm4，容许弯矩[M]=6750KN*m，容许剪力[Q]=490.5KN。
        3.3双层贝雷梁墩梁式系统验算
        （1）荷载分析
        采用双排双层贝雷梁体系，底板底部贝雷片由45cm支撑架连接，底板底部每组贝雷梁之间间距为30cm。翼缘板最外侧贝雷梁采用90cm支撑架连接，间距60cm。分别对底板底部、翼缘板底部贝雷梁进行计算。
        ①梁底下部贝雷梁荷载分析
        取梁底中部一组贝雷梁进行计算，梁高1.3m，宽0.7m。
        承受梁体截面积S=1.3*0.7=0.91㎡，则砼荷载：Q1=0.91*26=24.11KN/m；
        模板系统自重：Q2=2.5*0.7=1.75k N/m；
        碗扣式支架自重（按两个计算）：Q3=2*（0.327+0.203）/1.8=0.59 KN/m；
        施工荷载：N1=2.5*0.7=1.75KN/m；振捣荷载：N2=2*0.7=1.4 KN/m；
        Q=1.2*（Q1 +Q2 +Q3）+1.4（N1+ N2）
        =1.2*（24.11+1.75+0.59）+1.4*（1.75+1.4）=36.15KN/m
        则每片贝雷梁承受的线荷载为36.15/3=18.07KN/m。
        ②翼缘板下部贝雷梁计算
        翼缘板下部有两组贝雷梁，内侧贝雷梁采用45cm支架连接，外侧采用90cm支撑架连接。翼缘板内侧贝雷梁承受梁体荷载面积S=0.5197㎡，则砼荷载：Q1=0.5197*26.5=13.772KN/m；
        模板系统自重：Q2=2.5*0.875=2.187k N/m；
        碗扣式支架自重（按两个计算）：Q3=2*（0.327+0.203）/1.8=0.59 KN/m；
        施工荷载：N1=2.5*0.875=2.187KN/m；振捣荷载：N2=2*0.875=1.75KN/m；
        Q=1.2*（Q1 +Q2 +Q3+ Q4）+1.4（N1+ N2）
        =1.2*（13.772+2.187+0.59）+1.4*（2.187+1.75）=25.372KN/m
        则每片贝雷梁承受的线荷载为25.372/2=12.686KN/m。
        翼缘板外侧贝雷梁承受荷面积S=0.2856㎡，则砼荷载：Q1=0.2856*26.5=7.568KN/m；
        模板系统自重：Q2=2.5*1.375=3.437k N/m；
        碗扣式支架自重（按两个计算）：Q3=2*（0.327+0.203）/1.8=0.59 KN/m；
        施工荷载：N1=2.5*1.375=3.437k N/m；振捣荷载：N2=2*1.375=2.75KN/m；
        Q=1.2*（Q1 +Q2 +Q3+ Q4）+1.4（N1+ N2）
        =1.2*（7.568+3.437+0.59）+1.4*（3.437+2.75）=22.578KN/m
        则每片贝雷梁承受的线荷载为22.578/2=11.288KN/m。
        （2）midas•civil建模
        采用Midas civil建模进行受力分析，如图3.3-1所示。

        图3.3-1    单跨支架模型图
        （3）构件受力分析
        ①整体受力分析
        支架组合应力如图3.3-2所表示，位移等值线如图3.3-3所表示。

        图3.3-2 整体组合应力云图   图3.3-3 整体位移等值线云图
        由图可知，最大组合应力σmax=292.2Mpa＜310Mpa，强度满足要求；最大位移为1.42cm＜18000/600=3cm，刚度满足要求。
        ②贝雷梁受力分析
        查询软件可得，最大组合应力σmax=292.2Mpa＜[σ]=310Mpa，最大剪应力τmax=61.9Mpa＜[τ]=180Mpa，最大位移fmax=1.42cm＜18000/600=3cm，贝雷梁的强度及刚度均满足要求。
        ③双I56a工字钢受力分析
        查询软件可得，双I56a工字钢最大组合应力σmax=61.5Mpa＜[σ]=215Mpa，最大剪应力τmax=47.06Mpa＜[τ]=125Mpa，最大位移Fmax=3.2mm＜2250/250=9mm，双I56a工字钢强度及刚度均满足要求。
        ④φ609*10螺旋钢管计算
        查询软件得，最大支座反力F=1125.4KN
        取最大搭设高度6米为计算长度，惯性矩=211.8mm
        长细比：l/i=6000/211.8=28.33，查表得，轴心受压稳定性系数φ=0.9653
        σ=N/（φA）=1125.4*1000/（0.9653*18818.1）=61.94＜[σ]=215MPa，钢管稳定性满足要求。
        4、结束语
        大跨度现浇连续梁施工，一般施工方法是对地基进行加固处理，然后搭设满堂支架，但对于地形条件复杂，混凝土箱梁荷载大的现浇预应力箱梁而言，若采用传统的满堂支架或单层贝雷梁、桩基础的墩梁式支架施工，不仅地基处理难度大、成本高、安全性低而且施工工期长。而马家湖特大桥刚构连续梁所采用的双层贝雷梁支架则很好的解决了上述问题，目前该连续梁已施工完成，梁体线形平顺、外观美观，得到设计、业主和监理的一致好评。
        通过对汉孝城际铁路马家湖特大桥4*20m刚构连续梁双层贝雷梁支架的研究，验证了双层贝雷梁支架系统在现浇梁施工中的可行性，为后续大跨度现浇连续梁施工积累了宝贵的经验。
        参考文献：
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