中铁一局集团勘察设计分公司 陕西西安 710054
摘要：某特大桥连续梁墩身高30m，0号块现浇支架采用型钢+钢管立柱式的梁柱支架，钢管立柱支撑于承台顶面。采用常规的双排钢管立柱支架，钢材用量较大，施工工期较长。经过研究，将双排钢管立柱支架优化为单排钢管立柱+墩顶预埋钢棒方案，优化后，钢管立柱及墩顶钢棒结构安全可靠，节省钢材约27吨，加快工期约6天，创造经济效益约13万元。
关键词：0号块；梁柱支架；优化
1工程概况
广东省某公路工程悬臂施工连续梁，墩身与梁体刚结，0号块长10m，梁高3.7m，梁顶宽度13.75m，墩身高30m。由于墩身高度大于24m，因此0号块现浇段拟采用托架或型钢+钢管立柱式的梁柱支架，但因市政桥梁墩身美观要求，严禁在墩身侧面预埋托架支点预埋盒，因此0号块现浇段最终选定为型钢+钢管立柱式的梁柱支架，钢管立柱立于承台顶面。
常规梁柱式支架布置形式为：在墩身大小里程侧均布置两排钢管立柱，钢管立柱顶布置横向主梁，横向主梁作为纵向分配梁的支座，在横向主梁上部布置纵向分配梁，纵向分配梁上铺设模板系统。本文结合现场施工实际情况，在纵横梁布置不变的情况下将双排钢管立柱方案中的双排钢管优化为单排钢管立柱+墩顶预埋钢棒方案，支架优化后节约了钢材约27吨，加快工期约6天，创造经济效益约13万元。
2荷载及材料参数取值
（1）梁体混凝土重度 ；26kN/m³
（2）钢材重度：78kN/m³ ；
（3）施工均布荷载标准值：2.5kPa/1.5 kPa；
（4）混凝土振捣荷载标准值：2.0kPa；
（5）混凝土冲击荷载标准值：2.0kPa；
（6）永久荷载分项系数：1.2；
（7）可变荷载分项系数：1.4。
（8）Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa；抗剪强度设计值 fv=215MPa；弹性模量E=2.06×105MPa。
表1：支架构件截面参数
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3设计方案优化
3.1优化前支架方案：单侧双排钢管立柱
按照常规梁柱式支架布置形式，在墩身大小里程侧均布置两排钢管立柱，钢管立柱顶布置横向主梁，横向主梁作为纵向分配梁的支座，在横向主梁上部布置纵向分配梁，纵向分配梁上铺设模板系统。优化前支架布置图如图1，支架体系从上到下结构为：15mm竹胶板+ 10cm×10cm横向方木（间距30cm）+纵向工字钢I25（腹板下间距20cm，底板下间距40cm）+双拼及三拼I40a柱顶横梁+φ630×8mm钢管立柱，钢管立柱间采用槽钢[16做为柱间支撑（竖向间距2.5m/道），靠近墩身侧钢管采用槽钢[16与墩身模板拉杆孔进行连接后附着于墩身上（竖向间距2.5m/道）。
图1：优化前支架布置图 图2：优化后支架布置图
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3.2优化后支架方案：单侧单排钢管立柱+墩顶部位预埋钢棒
结合现场施工实际情况，在纵横梁布置不变的情况下将双排钢管立柱方案中的双排钢管优化为单排钢管立柱+墩顶预埋钢棒方案。优化后支架布置图如图2，优化后支架体系从上到下结构为：15mm竹胶板+ 10cm×10cm横向方木（间距30cm）+纵向工字钢I25（腹板下间距20cm，底板下间距40cm）+三拼I40a柱顶横梁+φ630×8mm钢管立柱及φ150钢棒。通过浇筑墩身时在墩顶部位预埋φ160PVC管后预留穿孔，支架安装过程中将钢棒穿进预留孔后将孔塞实。钢管立柱间采用槽钢[16做为柱间支撑（竖向间距2.5m/道），钢管采用槽钢[16与墩身模板拉杆孔进行连接后附着于墩身上（竖向间距2.5m/道）。
该优化方案的优点为：（1）将靠近墩身侧的两排钢管去掉后，采用在墩顶部位预埋钢棒作为横梁的支撑点，优化后该支架减少了两排钢管立柱共6根。（2）取消两排钢管后，将纵向柱间斜撑全部取消，单排钢管与墩身间固定方式采用精轧螺纹钢穿过墩身模板孔后进行对拉固定，优化后节省钢材约27吨。由于优化后施工流程简单，工作量小，因此可以提前工期约6天。
4优化后结构计算
双排钢管支架优化为单排钢管支架后，对支架体系进行受力分析。由于仅钢管替换为墩身预埋钢棒处的结构发生变化，其他支架部位结构及荷载均未发生变化，又因钢管立柱和钢棒的刚度存在差异，导致钢管立柱的轴力较优化前有所变化，因此，仅需对支架下部结构的钢棒及钢管立柱做结构计算即可。
4.1钢棒计算
钢棒受力取优化前原结构钢管立柱支反力进行计算。
图3：优化后钢棒弯曲应力图
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图4：优化后钢棒剪切应力图
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优化后钢棒的弯曲应力150MPa＜215MPa，剪切应力25MPa＜125MPa，满足规范要求。
4.2钢管立柱计算
优化后钢管立柱轴力为922.5kN，钢管立柱采用φ630×8mm的钢管立柱，钢管立柱回转半径i=219.9mm，净面积15632.6mm²，长细比λ=l/i=2×3.375/0.2199=30.69，查表可得稳定系数ψ=0.91。如图5，钢管立柱的轴力为922.5kN，则钢管立柱轴心受压强度σ=N/(ψA)=922.5kN×1000/0.91 /15632.6mm2=64.8MPa＜215MPa,满足规范要求。
4.3设计成果小结
本文将0号块现浇支架双排立柱钢管优化为单排立柱钢管后，节约了钢管立柱约22.2吨，节约槽钢约5吨，增加钢棒仅1.2吨，创造经济效益约13万元。另外，优化前安装钢管立柱计划需要6天多，优化后钢棒安装简单方便，仅需半天即可施工完成，所以可加快工期约6天多。
5结束语
对于高度较大的连续梁0号块梁柱式现浇支架，靠近墩身侧采用墩顶预埋钢棒作为横梁的支撑点，既节约了钢管立柱及其他钢材的用量，简化了施工工艺流程，又加快了施工工期，取得了良好的经济效益和社会效益，可以为同类桥梁工程0号块梁柱式现浇支架的优化设计提供有益的参考。
另外，优化后的梁柱式现浇支架在施工过程中有以下两点注意事项：（1）0号块支架施工时，为防止施工过程中纵梁I25倾覆，应将纵梁I25与下部横梁进行可靠焊接，横梁与钢棒用钢丝绳捆绑，且在支架搭设过程及梁体钢筋模板安装过程均必须从T构中心向大小里程侧进行；（2）0号块支架采用两根I25a工字钢将大小里程侧2I40a横梁焊接牢固，防止2I40a从钢棒上部滑落。
参考文献：
[1]铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程[TB10110-2011]
[2]钢结构设计规范[GB50017-2003]