钢管贝雷梁支架在高速公路立交及施工栈桥中的应用.doc

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钢管贝雷梁支架在高速公路立交及施工栈桥中的应用
1.工程概况
该桥为我单位承建的连霍国道主干线天水至定西高速公路TD19合同段的定西北互通立交桥，具体桩号为SK329+195.15(XK329+128.82),立交采用喇叭形（B型），有A、D、E匝道桥三座，桥梁总长965.622m，需同时跨越陇海铁路及312国道。桥梁基础采用钻孔灌注桩基础，柱式墩身，上部构造为现浇预应力砼连续箱梁，单箱三室结构，跨越陇海铁路采用钢砼组合梁。具体桥跨布置为：A匝道桥： 16×25m+42m+5×30m；D匝道桥：2×20m+45m+4×30m；E匝道桥：17m+16.662m+45m+3×30m。预应力砼连续箱梁采用现浇法施工。现浇箱梁完工达到强度要求后，即进行钢箱梁的架设。
1.1定西北互通立交平面位置图

2支架设计及验算
2.1支架设计
现浇箱梁采用钢管贝雷片支架, 立柱采用Φ273×4mm钢管制作,支架按桥面全宽+两侧各留1m施工通道搭设，立柱顶面用双I36b工字钢做横梁，横梁顶面铺设贝雷片，贝雷片采用国产型号（高1.5m，跨径3m），布置形式具体见图1～3。贝雷片顶面设置横向双[12.6槽钢做分配梁，纵向间距60cm。为提高立柱稳定性，在立柱间采用 [10槽钢分别做横向、斜向支撑。考虑箱梁施工前支架调平和施工完毕后落架需要，在分配梁上设置碗扣式脚手架立杆，立杆与分配梁采用焊接连接，立杆上安放顶托，顶托上铺设纵向方木，间距为0.875m，截面为15×15cm，纵向方木上铺横向方木，间距为30cm，截面10cm×10cm。翼缘板下横向铺设15cm×15cm方木，间距30cm，纵向采用6cm×9cm方木，间距20cm。横向方木上铺设底模，底模采用1.2cm厚竹胶板。梁侧模、内模及端模均采用1.2cm厚竹胶板，并用6cm×9cm方木做加劲肋，间距30cm。
考虑现场实际情况，我标段根据桥梁墩柱高度调整支架布置形式，当墩高h>12.2时，在钢管贝雷梁上搭设钢管脚手架； h<12.2时，支架采用钢管贝雷梁支架。
2.2支架布置图1-3

2.3结构检算
施工过程箱梁横向上最大应力集中区域是腹板底部；箱梁纵向上最大的受力区域是梁端部，为安全考虑，所有荷载验算均按最大处进行验算。经比较计算，计算模型采用A匝道7号桥，其它桥梁支架按实际情况进行调整。
A匝道7号桥布置为5-30m现浇等截面预应力砼箱梁，梁高1.8m，顶板宽15.5m，底板宽10.5m，单箱三室结构，底板厚0.2m，顶板厚0.22m，腹板厚0.4m、0.35m，中横隔梁厚0.2m。
2.3.1荷载组合
、 新浇筑钢筋混凝土重：26×1.8=46.8 KN/ m2；
、模板及支架自重：取 2.0KN/ m2;
、施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载：2.4 KN/ m2;
、振捣混凝土产生的荷载2 KN/ m2;
、其它临时荷载如风、雨雪荷载等不予考虑.
2.3.2顶层横向方木强度及刚度验算
顶层方木采用落叶松材质，截面尺寸为10×10cm，纵向间距30cm，跨径87.5cm。按三跨连续梁计算,计算采用公式：
弯曲强度б=ql12/10w
抗弯刚度f= ql14/150EI
式中：q=(46.8+2.4+2+2)×0.30=15.96KN/m
l1=0.875m
W=bh2/6=100×1002/6=166667mm3
I=bh3 /12=100×1003/12=8333333mm4
弯曲强度б=15.96×8752/（10×166667）=7.4MPa<14.5MPa
抗弯刚度f=ql14/150EI=15.96×8754/（150×11×103 ×8333333）
=0.7mm< 2.2mm（L/400=875/400=2.2）
根据计算结果，顶层横向方木满足要求。
2.3.3底层纵向方木强度及刚度验算
纵向方木采用落叶松材质，截面尺寸为15×15cm，跨径60cm，横向间距间距87.5cm，则由顶层方木传递的集中力F=53.2×0.3×0.875=13.965KN;
Mmax=0.267Fl=0.267×13.965×0.6=2.24KN·m;
E=11×103MPa;
W=bh2/6=150×1502/6=562500mm3;
I=bh3 /12=150×1503/12=42187500mm4;
弯曲强度б= Mmax/W=2.24×106/562500=3.98 MPa <14.5MPa
挠度f=1.883FL2/100EI
=1.883×13.965×103×6002/（100×11×103×42187500）=2.0×10-4 mm<1.5 (桥梁施工规范规定L/400即600/400=1.5mm)
根据计算结果，底层纵向方木满足要求.
2.3.4顶托立杆（钢管支架立杆）强度计算
顶托立杆采用Φ48×3.0mm钢管，立杆横向间距0.875m，纵向间距0.6m，因此每平米内有立杆1/（0.875×0.6）=1.9根。则每根立杆承受的轴向压力为N=（46.8+2+2.4+2）/1.9=28.0KN
顶托立杆长度设计为0.6m，所以λ=l/i=600/15.78=38<100
查表得Ф=1.02-0.55((λ+20)/100) 2=0.835，根据桥梁施工规范，压杆取1.3倍安全系数则立杆允许压力[N]为：
[N]= ФA[б]/K=0.835×424×10-6×140×106/1.3=38.1KN>28.0KN
根据计算结果，立杆强度满足要求。
2.3.5分配梁[12.6槽钢强度计算
顶托立杆下采用双[12.6槽钢做分配梁，双槽钢并排焊接成整体， 并与顶托立杆底端焊接牢固。纵向布置间距60cm，底板下和翼缘板下跨径均为1.75m.
2.3.5.1荷载
底板下： q1=（46.8+2+2.4+2）×0.6=31.92KN/m；
翼缘板下:q2=（26×0.4+2+2.4+2）×0.6=10.08KN/m;
查表得：W =61700mm3 ; I=3885000 mm4
2.3.5.2最大弯矩Max
底板下： Mmax=q1l2/8=31.92×1.752/8=12.22KNm
翼缘板下；Mmax=q2l2/8 =10.08×1.752/8=3.86KNm
2.3.5.3弯曲强度
底板下： σ=Mmax/W=12.22×106/(2×61700)=99.0MPa<145MPa
翼缘板下：σ=Mmax/W=3.86×106/(2×61700)=31.3MPa<145MPa
2.3.5.4最大挠度fmax
底板下fmax=5q1l14/(2×384EI)
=5×31.92×(1.75×103)4/(2×384×2.1×105×3885000)=2.4mm<4.4mm(1750/400)
翼缘板下fmax=5q2l24/(2×384EI)
=5×10.08×(1.75×103)4/(2×384×2.1×105×3885000)
=0.76mm<4.4mm(1750/400)
根据计算结果，分配梁强度满足要求.
2.3.6贝雷片承载力计算
单片贝雷片容许荷载 [M]=975.0KNM；贝雷片单孔最大计算跨径14.0m;
荷载q=1.3×（(26×0.6×10.5+26×0.275×5)+(2+2.4+2)×15.5）=388.4KN/m ；（取1.3倍安全系数）;则贝雷梁纵向最大弯矩：Mmax=q1l2/8=388.4×14.002/8=9515.2KNm；
则9515.2/975 =9.8；
最大挠度 fmax=5q1l4/384EI
=5×388.4×140004/(384×2.1×105×2505000000)=369.3mm
则369.3/35=10.6；(35为规范允许挠度，L/400=30)
根据计算结果和结构特点，横向布设11片贝雷片，布置形式见图2、图3.
2.3.7工字钢横梁强度计算
贝雷片下采用双I36b工字钢做横梁，双工字钢并排焊接成整体.
荷载 q=1.3×（26×0.6+2+2.4+2）×14=400.4KN/m(取1.3倍安全系数)；l=1.75m

查表得：W =920800mm3 ； I=165740000 mm4
最大弯矩Mmax=ql2/8=400.4×1.752/8=153.3KNm
弯曲强度σ=Mmax/W=153.3×106/(2×920800)=83.3MPa<145MPa
最大挠度 fmax=5q1l14/(2×384EI)
=5×400.4×(1.75×103)4/(2×384×2.1×105×165740000)
=0.7mm<4.4mm(1750/400)
根据计算结果，工字钢横梁强度满足要求.
2.3.8立柱的刚度计算
2.3.8.1回转半径r
r=sqrt（D2+d2）/4=sqrt（27.32+26.52）/4=9.51cm ;
式中：D—钢管外径 d—钢管内径
2.3.8.2长细比λ
λ=uL/r=1×950/9.51=100＜[λP]=102，刚度满足要求.
式中：u—杆件长度系数，取u=1.0 ;
L—杆件几何长度，取L=950cm ;
[λ]—受压杆件允许长细比，取102.
2.3.8.3临界应力验算
从结构形式考虑，中间两排立柱承受轴向力最大，经计算Pmax= 3592.2KN;
由于λ<102（压杆柔度界限值λP）,根据欧拉公式计算钢管临界应力Fcr
Fcr=π2EI/(uL)2
=3.142×2.1×105×30582482/(1.0×9500)2
=702.3KN
式中：E：刚才弹性模量，取2.1×105MPa;
I:钢管对于中心的惯性矩，按式π（D4-d4）/64
u L：钢管立柱相当长度，u取1.0,L取9500mm
1.5×3592.2/702.3=7.7，中间支墩横向布设钢管9根(取1.5倍安全系数);
1.5×3592.2/2/702.3=3.8， 考虑施工安全及便捷，端部仍布设钢管9根(取1.5倍安全系数)。
则每根立柱承受轴向力为：
3592.2/9=399.1KN<702.3KN
3592.2/2/9=199.6KN<702.3KN
根据计算结果，立柱钢管强度满足要求.
2.3.9地基承载力验算及地基处理
2.3.9.1地基承载力
经计算立柱承受最大荷载Qmax=4105KN
单柱下最大荷载荷载为：4105/9=456.1KN。
钢管柱下铺设C25钢筋砼垫块，截面形式为倒梯形，顶面尺寸为60cm×120cm，底面尺寸为：120cm×150cm,高80cm。则基底应力为N=456.1KN/1.8m2=253.4KPa.
2.3.9.2地基处理
由于黄土地区多陷穴，支架基础施工前，对基坑位置进行冲击碾压，增加基底密实度的同时，检验是否有陷穴.然后填筑1.0m砂砾，碾压密实后在其上满铺枕木.
2.3.10支架预压
支架搭设完毕，按设计要求对支架进行等载预压，以消除支架的非弹性变形，预压期为28h。预压期间在桥梁底板设置沉降观测点，以确定桥梁支架在施工过程中所产生的弹性变形和消除支架的非弹性变形。具体布置如图。
3桥梁施工照片

定西北互通立交钢管贝雷梁支架施工

定西北互通立交已完工桥梁

定西北互通立交已完工桥梁
4总结
本桥支架在设计过程中，为确保后续施工各部件组装程序化，支架各组成单元结构尺寸保持一致，在确保质量的同时大大加快了后续施工进度，具有快速、经济的特点，已完工桥梁的高程及线形尺寸符合设计及规范要求.本桥支架形式对于需保证桥下正常交通需要的现浇桥梁施工以及大型施工栈桥施工有一定的借鉴意义.

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