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裕农路跨鹅颈水桥盖梁穿心棒法支架应用李志为

发表时间：2021/7/8 来源：《基层建设》2021年第12期作者：李志为

[导读] 支架是现浇桥盖梁施工过程中的支承结构，支架的强度、刚度、稳定性直接影响到结构质量及安全性；当支架位于河道且在防汛期施工时，采用满堂支架，将不被允许，这时较优的方案是选用预留孔洞穿心棒法+贝雷梁支架

        裕农路跨鹅颈水桥盖梁穿心棒法支架应用
        李志为
        达濠市政建设有限公司广东揭西 518040
        摘要：支架是现浇桥盖梁施工过程中的支承结构，支架的强度、刚度、稳定性直接影响到结构质量及安全性；当支架位于河道且在防汛期施工时，采用满堂支架，将不被允许，这时较优的方案是选用预留孔洞穿心棒法+贝雷梁支架。结合裕农路跨鹅颈水桥工程实例对穿心棒法支架方案进行了设计，确定了荷载分布，建立了受力分析模型，验证了方案的可行性，为同类施工提供参考。
        关键词：跨河施工；圆形墩柱预留孔洞穿心棒法；力学验算

        1 工程概况
        裕农路中桥中心桩号为K0+079，跨越鹅颈水，桥梁与河道斜交，交角为50°。该桥采用2×35m等截面预制预应力混凝土箱梁，桥梁横断面布置为：3.0m人行道（含栏杆）+1.5m绿化带+7.0m车行道+1.5m绿化带+3.0m人行道（含栏杆）。
        桥梁上部结构预制预应力C40砼小箱梁，简支结构，按部分预应力A类构件设计。小箱梁预制梁高1.8m。横断面由5片小箱梁组成，梁中心之间距离为3.175m。为确保支座水平放置，在梁底支承范围内利用砼调平块调整纵坡和横坡，砼调平块中心厚度为5.0cm。下部结构桥台为桩接盖梁桥台，桥墩为桩柱式墩，钻孔灌注桩基础，直径为1.5m，桩基按端承桩设计，要求桩基全截面进入微风化岩层不小于2.0m。桥墩盖梁长为19.255米，高1.7米，宽1.7米，现浇C30普通钢筋砼结构。

        本跨越鹅颈水桥为塘家学校配套工程，必须在2020年8月底通车，工期紧迫，桥墩盖梁位于河道中间且在防汛期间施工，立柱完成后，河道内的围堰应水务部门要求予以除清，故盖梁无法采用满堂支架法施工，为此我司选用“圆形墩柱预留孔洞穿心棒法+贝雷梁支架”施工，支点采用“Φ90mm 钢棒”。该方法既能保证不占用河道，并确保盖梁质量，又能缩短工期。
        2 支架搭设
        2.1钢棒法施工工艺：
        墩身混凝土施工至最后一节在指定标高预留Φ110mm安装孔，墩身混凝土达到设计强度后在钢棒上铺纵、横分配梁，形成施工平台，铺设大块胶合板模板底模，然后安装盖梁钢筋，严格按照技术交底施工。
        穿心法钢架盖梁施工工艺流程：

2.2穿心棒承重原理：
在墩身施工时，在距墩顶2.04米（棒顶与墩顶距离合板2cm+方木10cm+工字钢10cm+贝雷架150cm+砂箱30cm+钢板2cm）的位置各用110mmPVC管贯通预留穿心棒[钢棒采用φ90mm45＃钢棒]的位置，盖梁施工时，位于河堤的吊车配合人工安装穿心棒，然后在穿心棒上面放置砂桶，为了预防钢棒滚动，砂桶底面板焊接两块向下的钢板包住穿心钢棒。接着安装承重横梁，承重横梁采用单排单层贝雷片，安装在承重穿心棒上的砂桶上，为防止贝雷梁侧向倾覆，两根贝雷梁之间用16mm对拉螺杆穿过贝雷梁连接，内侧用钢管支撑，对拉螺杆穿过钢管。贝雷梁上面纵桥向放一排间距0.3m的I10工字钢做分配梁，I10工字钢上铺10×10cm的方木，方木间距20cm，并与工字钢绑扎牢固，方木上满铺胶合板。

        2.3砂筒设计
        本盖梁贝雷架采用砂筒式临时支座，钢箱砂筒临时支座制作简单，操作方便，上下套筒分离，轻便，易于在高空作业搬运、操作、安装。卸载时只要把下筒的螺丝扭开，把砂子卸出，上顶筒下沉缩下即可以拆除。钢箱筒可以重复利用。在以往类似工程施工过程中采用钢箱砂筒作为临时支座，收到较好的技术效果和经济效果。
        卸落钢制漏砂筒作为临时支座施工程序：安装工字梁前，先把漏砂筒（临时支座）下筒按设计临时支座位置安放在穿心棒上，把准备好的干砂装入钢筒内。按先已测试好的高度值（需加大梁安放后钢制漏砂筒的压缩值）装平，在把准备好的漏砂筒上筒盖在砂面上，并调整使其顶面水平。为保证临时支座高程准确，卸落式钢砂筒内细砂必须足够密实，无压缩变形。施工顺序为：预压→加砂→预压→加砂→调平砂面→检查上钢板顶面标高→贝雷梁安装就位。

        砂筒立面结构图

        2.4贝雷梁支架安装
        吊装贝雷梁：用吊车将拼装好的贝雷梁安全平稳对称的吊装在钢棒上的砂桶上，用φ１６拉杆将贝雷梁固定，锁好横向联系。两侧贝雷片间设置剪刀撑，剪刀撑采用[14型槽钢，剪刀撑设置不少于2道。用U形钢板把砂桶和钢棒锁紧。
        安装分配梁：在贝雷梁上安装I10工字钢作垂直于盖梁的横向分布梁。
        方木及底模：用10×10cm方木安全平稳地安装在横向铺设在10＃工字钢上，按照200mm间距，均匀布置；然后铺装底模。盖梁底模标高安装施工误差不应大于±5mm，轴线偏差误差不应大于±10mm，模板接缝间要垫3mm厚的橡胶条，防止接缝漏浆造成砼面色差或麻面。底模铺设完成后，经现场监理确认后方可进行下道工序。
        3 支架承载力及稳定性验算
        3.1荷载取值
        根据《路桥施工计算手册》、《简明施工计算手册》和《钢结构设计规范》，对计算所用荷载取值为：模板及支架荷载：q=1.0KN/m2，设备及人工荷载：q=3.0KN/m2，混凝土浇注冲击荷载：q=2.5KN/m2，混凝土浇注振捣荷载：q=2.5KN/m2，混凝土自重：q=26KN/m2。
        荷载组合：P=1.2×（①+②）+1.4×（③+④+⑤）=1937.17 kN
        q=1937.17/1.7×19.255=59.18 kN/m2
        计算挠度（不考虑活载）：P=①+②=1579.31 kN
        q=1579.312/1.7×19.255=48.25 kN/m2
        3.2穿心棒验算（穿心棒采用φ90mm 45#钢棒）
        钢棒截面积为S=（90/2）2×3.14=6358.5mm2
        钢棒剪力为P=1.3×59.18×5.222×1.7/2=341.49KN（取中间 5.222m段荷载的1.3倍）
        穿心棒的抗剪强度τ=P/S=53.71MP＜［τ］=125Mpa。
        3.3贝雷梁验算

        穿心棒和贝雷梁计算简图
        1）贝雷梁上的均布荷载q=（1937.17/2）/19.255=50.3KN/m，取三等跨连续梁的内力和挠度系数公式计算：
        2）挠度计算fmax=0.677×（q×l4）/（100×E×Ix）=0.677×（48.25×52224）/（100×2.1×106×5.774344×109）=0.021mm＜5222/400=13.05mm
        3 ）贝雷梁截面抵抗矩
        中间段W=（q×l2）/8×（273×103） =（50.3×52222）/8×（273×103） =628.1mm4＜7.6991×106mm4
        4）贝雷梁弯矩
        MMAX=0.1qL2=0.1×50.3×5.222×5.222=137.16kN•m<单排单层［M］＝788.2KN﹒m
        5）贝雷梁剪力
        单排单层[Q]=245.2KN
        3.4 I10工字钢横梁受力计算

        工字钢横梁计算简图
        1）正应力计算
        均布线荷载设计值q=p×B=59.18×0.3=17.754 KN/m
        最大弯矩
        M=ql2/8=17.754 ×1.70×1.70/8=6.41 kN•m
        最大正应力
        s=M/W=6.41×103/4.9×10-5=13.08ＭＰａ< ［σ］=205Mpa满足抗弯要求
        2）剪应力计算
        τ= qL/2/A=17.754×1.70/2/14.3×10-4=1.05×104KN/m2=8.7MPa<[τ]=125 MPa满足抗剪要求
        3）挠度计算：
        均布线荷载标准值q=48.25×0.3=14.475 KN/m
        挠度验算：
        f=5qL4 /384EI= 5×14.475×1.74 /（384×2.1×105 ×2.45×10-6）=3.06mm<[f]=1700/400=4.25mm满足刚度要求
        3.5方木10×10受力计算

        1）计算参数：取计算宽度B=0.2m，计算长度L=0.2m。q=59.18×0.2=11.836KN/m
        10×10cm方木截面、强度参数（按9×9cm计算几何参数）
        W=BL2/6＝9×9×9/6 =121.5cm3；
        I= BL3/12＝9×9×9×9/12 = 546.7cm4；
        按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，木材TC13A抗弯强度值[σ]取为12.0MPa，木材顺纹抗剪强度值1.5MPa。
        2）强度验算：（搁置于间距0.3米的下层工字钢上）：
        M=0.105ql2=0.105×11.836×0.32=0.112KN.m
        σ=M/W=0.112×103/121.5=0.92MPa＜[σ]=12MPa，满足要求。
        3）抗剪验算：（搁置于间距0.3米的下层工字钢上）：
        Q = 0.606qL＝0.606×11.836×0.3= 2.15KN
        T = 3Q/2bh 3 ×2150/（2 ×90 ×90）= 0.398N/mm2<[T]= 1.5 N/mm2；（木材顺纹抗剪强度值）满足要求!
        4）挠度（计算荷载不考虑活载）：
        q=48.25×0.2=9.65KN/m
        f=0.644ql4/100EI=0.644×9.65×3004/（100×10000×5467000）=0.59mm＜[f]=300/250=1.2mm，合格！
        3.5底模验算
        底模采用18mm厚胶合模板，按均布荷载下连续梁模型验算，取单位长度（1.0m）板宽进行计算。L=200mm

        1）截面参数及材料力学性能指标
        W=bh2/6=1000×182/6=5.4×104mm3
        I=bh3/12=1000×183/12=4.86×105mm4
        胶合模板的有关力学性能指标按《混凝土模板用胶合板》（GB/T17656-2008）表6规定的取值：抗弯强度值[σ]=27MPa，弹性模量E=4×103MPa
        2）强度验算：
        M=0.105ql2=0.105×48.25×0.22=0.203KN.m
        σ=M/W=0.203×106/5.4×104=3.75MPa＜[σ]=27MPa，合格。
        3）挠度（计算荷载不考虑活载）：
        q=48.25×0.2=9.65KN/m
        f=0.644ql4/100EI=0.644×9.65×2004/（100×4×103×4.86×105）=0.51mm＜[f]=300/250=1.2mm，合格
        通过以上计算及查《钢结构设计规范》和《木结构设计规范》，本方案现浇支架结构的强度和刚度均满足规范的要求。
        4 结语
        由圆形墩柱预留孔洞穿心棒法的贝雷梁盖梁支架，在施工设计中考虑了结构的安全性及稳定性，在实际施工中考虑到了支架塔设过程中的渡汛适应性问题。该方案保证了施工过程的顺利进行与安全施工，可供同类工程施工参考。
        作者简介：
        李志为（1976-7），男，汉族，本科，现任达濠市政建设有限公司路桥工程师。