1、下承式连续梁拱桥主梁现浇支架设计与施工【内容提要】通过对杭长客专跨规划九龙大道立交桥主梁施工钢管支架的设计进行研究分析，确保跨度 102m 的连续梁拱桥主梁以及拱肋现浇施工的安全及质量控制。 【关 键 词】连续梁拱桥 现浇 钢管支架 设计 中图分类号： U448 文献标识码： A 1.工程概况 杭长客专跨规划九龙大道立交桥，全桥孔跨布置：332+102m 连续梁拱，中心里程：DK569+753.05，桥全长 211.13m，主梁：采用 C55 预应力单箱双室混凝土截面，102m 跨中梁高 3.6m，支点梁高加大，其它梁高3.05m。拱肋：拱肋净跨 102 米，矢高为 25.5 米，矢跨比为 1
2、/4，设计拱轴线采用二次抛物线。采 C55 钢筋混凝土工字型截面，拱高为 3.2m。吊杆：全桥吊杆共 22 对 44 根，吊杆顺桥向间距 7.5m，横桥向间距11.9m。根据现场实际情况考虑 332m+102m 连续拱主梁采用贝雷片钢管支架进行现浇施工。 图 1 混凝土连续梁拱结构图 2.设计原则 针对该钢管支架荷载大等特点，保证支架的稳定性是设计的重中之重，遵照“技术可行、经济合理、施工方便”的原则，主要从以下几个方面入手： 将钢管支架钢管桩作用与在混凝土基础上，即桩基采用钢筋混凝土桩，每排 5 根，桩顶设置钢筋混凝土承台使之成为整体； 为增加钢管稳定性，钢管桩之间采用连接系连接，连接系采用
3、槽钢20； 为增强钢管支架横向整体稳定能力，横桥向采用五排钢管，与钢筋混凝土桩一一对应。 3.支架设计计算 3.1 支架构造 该钢管支架钢管采用 630mm8mm，横向间距 2.75m,作用在钢筋混凝土承台上，承台下布置 5 根 1000mm 的钢筋混凝土桩上，横向间距2.75m；钢管上设置砂箱作为卸落装置，砂箱顶铺设横梁，横梁采用双拼工 45c 工字钢，纵梁采用贝雷梁，贝雷梁上铺设分配梁，分配梁采用工14 工字钢，根据贝雷梁的受力情况，分配梁设置在贝雷梁上节点处，分配梁铺设 100mm100mm 方木，间距为 300mm，最后铺设 =14mm 的竹胶模板。详见图 1： 图 2 钢管支架结构纵
4、向、横向布置 3.2 支架模型的确定 钢管支架设计及计算采用 Midas civil 软件，对钢管支架结构建立整体有限元模型，进行结构整体静力分析。 3.2.1 材料特性参数的确定 钢管支架所使用的材料主要为普通碳钢 Q235、Q345，考虑到施工过程中灌注混凝土的动载及人员机具的影响，对恒载考虑 1.2 倍，活载考虑 1.4 倍提高系数。 Q235 钢材弹性模量 E=206103N/mm2；剪变模量 G=79103N/mm2；线膨胀系数 =1210-6 /；质量密度 =7850kg/m3，抗拉、抗弯、抗压强度设计值为 215Mpa，抗剪 125Mpa，端面承压 325Mpa。 Q345 型钢
5、材料特性：弹性模量取 E=206103N/mm2；剪切模量取G=79103N/mm2；质量密度 =7850kg/m3，抗拉、抗压和抗弯强度设计值取 310MPa；抗剪强度取 180MPa。 3.2.2 建模方案的确定及模型的建立 有限元求解过程中首要的环节是有限元模型方案的确定，建立的模型必须如实的反映出结构的力学特性，符合实际工作状态，突出问题的重点，满足计算精度的要求。 支架整体模型是一个较大的空间结构，受力状况复杂，鉴于此，建立支架系统的几何模型时，尽可能保证模型与实际结构一致，在使模型能够反映支架主要结构部位力学特定的严则下，对实际结构做适当简化。钢管支架计算采用 midas Civi
6、l8.05 有限元分析软件进行，建立支架结构整体模型，钢管桩采用梁单元模拟，根部固结，横梁、纵梁采用梁单元模拟，横纵梁及钢管支架连接采用弹性连接，底模面板采用板单元模拟，对板单元施加设计荷载。由于第一联钢管支架受力较大，取第一联进行整体建模计算，整体建有限元分析模型如下： 图 2 计算模型 3.3 计算结果分析 计算时取两种最不利工况： 工况一：主梁施工阶段，对支架受力情况分析计算 工况二：主梁施工完毕，拱肋施工阶段对支架受力情况分析计算 3.3.1 工况一 工况一：主梁施工阶段，对支架受力情况分析计算。钢管支架承受荷载为：主梁混凝土荷载、支架结构自重、施工振捣荷载、模板荷载、小型机具荷载、施
7、工风荷载。 3.3.1.1 荷载计算： 梁混凝土荷载： 图 3 主梁混凝土荷载分布 支架结构自重：包括支架贝雷梁、花窗等荷载，由软件自动换算 模板荷载：2.0KN/m2 施工人员、机具设备堆放荷载：2.5KN/m2 施工过程中混凝土振捣产生的荷载：水平面模板取 2.0N/m2，垂直面模板取 4.0N/m2; 施工过程中倾倒混凝土产生的荷载：2.0KN/m2 施工风荷载： F=70%k0k1k3W0A 式中： F-风荷载标准值（KN） k0-设计风速重现期换算系数，取 1.0 k1-风载阻力系数，取 1.3 k3-地形、地理条件系数，取 1.0 W0-基本风压，查表得 0.55KN/m2 A-迎
8、风面积：89.41.5=134.1m2 F=75%1.01.31.00.55134.1=67.1KN 图 4 荷载加载图 3.3.1.2 贝雷梁受力分析 a 贝雷梁强度 图 5 贝雷梁应力图 可知贝雷片受力最大部位在横梁位置立杆处，应力为 204Mpa 弯=310 MPa,满足要求。 b 贝雷梁位移 图 6 贝雷梁位移图 贝雷片最大竖向位移发生在最大跨度 5.3m 跨中外侧腹板下位置，位移量 7.3mm6000/400mm，满足要求。 3.3.1.3 分配梁受力分析 a 分配梁强度 图 7 分配梁应力图 分配梁最大应力为 39.5Mpa=215MPa,满足要求。 b 分配梁位移 图 8 分配梁
9、位移图 结构最大位移为 5.5mm，为累计位移，满足要求。 3.3.1.4 横梁及钢管受力分析 a 结构强度 图 9 横梁及钢管应力图 横梁及钢管结构最大压应力为 73.4Mpa 轴=140 MPa,满足要求。b 结构位移 图 10 结构位移图 结构最大位移 3.8mm2750/400mm，满足要求。 c 结构反力 图 11 立柱反力图 结构最大反力 894.2kN。 3.3.2 工况二 工况二：主梁施工完毕，拱肋施工阶段对支架受力情况分析计算。其主要承受荷载为：已浇筑完毕主梁混凝土荷载、拱肋及风撑荷载、碗扣支架重量、钢管支架自重、施工振捣荷载、模板荷载、小型机具荷载、施工风荷载。 拱肋荷载：
10、71.1KN/m2;风撑荷载：5.4KN/m2 碗扣支架重量：910 墩； 图 12 荷载分布加载图 3.3.2.1 贝雷梁受力分析 a 贝雷梁应力 图 13 贝雷梁应力图 可知贝雷梁受力最大部位在横梁位置立杆处，应力为 257Mpa=310 MPa,满足要求。 b 贝雷梁位移 图 14 贝雷梁位移图 贝雷梁最大竖向位移发生在最大跨度 6m 跨中外侧腹板下位置，位移量为 9.9mm6000/400mm，满足要求。 3.3.2.2 分配梁受力分析 a 分配梁强度 图 15 分配梁应力图 分配梁最大应力为 112.0Mpa 弯=145MPa,满足要求。 b 分配梁位移 图 16 分配梁位移图 分配
11、梁最大位移为 10.02mm，为累计位移，满足要求。 3.3.2.3 横梁及钢管结构受力分析 a 结构强度 图 17 结构应力图 结构最大压应力为 125.3Mpa 轴=140 MPa,满足要求。 b 结构位移 图 18 结构位移图 结构最大位移 6.1mm2750/400mm，满足要求。 c 结构反力 图 19 结构反力图 结构最大反力 1244kN。 经计算，该钢管支架满足施工要求。 4.钢管支架施工注意事项 4.1 钢管桩施工 钢管柱安装前做好测量准备工作，对于承台上钢管柱准确位置进行平面位置和高程测量，并在承台上划线标示。对于平整度差的位置进行座浆处理。 钢管桩预埋件位置及标高应准确，
12、钢管桩就位后要对钢管柱竖直度、平面位置等进行检测并及时校正,垂直度偏差不应大于钢管桩高度的1/500，且柱顶偏移不得大于 50mm。 钢管桩与基础及钢管接头之间应连接牢固，接头空隙应采用适当厚度钢板填塞紧密并焊接牢固。 4.2 上部结构施工 横梁、分配梁安装前应准确标识安装位置，安装误差不得大于20mm。 横梁采用 2 根工 45c 工字钢拼组，安装前先拼组成整体后吊装就位，横梁与砂箱、砂箱与钢管桩应连接牢固；横梁与砂箱、砂箱与钢管桩之间有空隙时，须采用适当厚度的钢板填塞密实并焊接牢固。 若由于安装误差造成横梁与贝雷间不能紧密接触时，必须在贝雷与横梁间加垫薄钢板的方法进行施焊调平处理。为了贝雷
13、梁与横梁之间的稳固性，采用 U 型卡将贝雷梁卡在横梁上，U 型卡与横梁进行焊接牢固。在进行分配梁铺设时，分配梁铺设在贝雷节点处。若由于贝雷安装误差造成分配梁的支撑点与贝雷节点不对应时，则必须在征得设计人员的同意后，方可按相关指示做调整处理；若由于安装误差造成分配梁与贝雷间不能紧密接触时，必须在分配梁与连接垫板间加垫薄钢板的方法进行施焊调平处理；为了分配梁与贝雷梁之间的稳固性，采用 U 型螺栓将分配梁与贝雷梁结合成整体。 4.3 钢管支架预压 施工支架架设完成后，应对支架进行预压，预压荷载须符合设计要求；当设计无具体要求时不应小于支架所承受最大施工荷载的 110%，并对支架和钢管桩的变形进行观测。 施工支架预压选用重量稳定和易于计量、装卸的材料，当采用砂（土）作为预压材料时应防止雨水影响其重量。 施工支架预压按支架承受的最大施工荷载的 60%、100%、110%三级进行，预压时应严格按照梁体实际断面荷载进行预压，加载重量偏差应控制在同级荷载的5%以内，加载过程中发生异常情况应立即停止加载，经查明原因并采取措施保证支架安全后方可继续加载。 施工支架预压和卸载应按照对称、分层、分级的原则进行，严禁集中加载和卸载。 施工支架预压的同时进行支架水质和水平位移监测，监测内容包括：基础沉降变形、支架竖向位移、支架顶面水平位移、支架横梁、分配梁的扰度等。 钢管支架监测点布置应符合下列规定：
