钢管立柱贝雷梁和盘扣组合支架在现浇箱梁中的应用

曾建 ZENG Jian

（中铁十五局集团第三工程有限公司，成都 610000）

0 引言

近年来，随着路网的不断完善，现浇箱梁设计越来越广泛，高墩、跨河、跨路施工越来越多，现浇箱梁施工主要有满堂支架法和钢管贝雷梁法。满堂支架法存在工作量较大、工期长、对场地要求高、底部通行能力有限等缺点，钢管贝雷梁柱式支架法在高墩、大跨度的情况下，是较为经济安全的一种支架形式。本文结合八舟河枢纽E匝道1号桥现浇箱梁支架设计并利用Midas Civil 2019建立模型，对支架设计进行受力分析，确保方案的安全、经济、合理。

1 工程概况

八舟河枢纽E匝道1号桥平面位于R=500m、200m的圆曲线及缓和曲线上，墩台径向布置，最大桥高34.6m，桥面宽度10.5m，现浇箱梁高度1.8m。本桥共设7联，分别跨越G242、黎靖高速F匝道、三黎高速主线、黎靖高速主线，孔跨布置为（22+31+28+25.5）+32+（26.5+3×27+26）+36+3×27+3×27+40）m，上部结构采用预应力混凝土连续箱梁、简支钢箱梁。

2 支架方案设计

2.1 第三联现浇箱梁支架设计

2.1.1 结构布置

第三联孔径布置为26.5+3×27+26m，最大墩高34.6m，横坡5%，纵坡4%，第5、10跨上跨地方企业道路，结合该联特点，采用钢管立柱贝雷梁和盘扣组合支架结构形式。下部结构采用钢筋混凝土条形基础和钢管立柱的形式，每跨设4排钢管立柱，每排安装4根φ609*16mm钢管立柱，间距3.15m；钢管立柱顶端横向安装双拼56b工字钢作为承重梁，钢管立柱纵向横向采用可调式多功能剪刀撑桁架与钢抱箍组合将钢管立柱连接成整体，增强支架稳定性，桁架竖向间距6m。

国产321贝雷片组装形成上部主要承重构件，贝雷梁采用7组单层双拼或三拼构成，各组贝雷梁间距为0.75m。贝雷片采用45或90花架连接形成整体（如图1所示）。贝雷梁上放置工字钢I20b作为上横向承重梁，间距为0.9m。为了顺应箱梁横坡、纵坡以及曲线变化，上横向承重梁上搭设盘扣支架。

图1 钢管立柱贝雷梁+盘扣式组合支架标准横断面布置图

盘扣支架纵向间距0.9m，横向一般间距0.9m，腹板下为0.6m；竖向步距采用1.5m。底板处，在支架顶托上布置工字钢I14纵向分配梁，纵向分配梁上搭设规格为10×10cm方木作为横向分配梁，间距为0.25m。在翼缘板竖向立杆顶托上布置I14纵向分配梁，纵向分配梁上搭设规格为10×10cm方木作为横向分配梁，用以支撑翼缘板，间距为0.25m。（图2）

图2 第2联支架布置典型纵断面图

2.1.2 关键构件验算

通过Midas Civil 2019有限元软件建模对支架各受力点进行计算。由于5#～7#墩支架高度最高，故以此计算为例。支架中所有构件采用梁单元模拟，贝雷梁销孔连接处释放约束为铰接；钢管立柱与下承重梁双拼56b工字钢、下承重梁与贝雷梁、贝雷梁与20b工字钢、盘扣支架与顶面底面工字钢的连接均采用刚性连接模拟计算。

①盘扣支架验算。

盘扣支架竖杆最大正应力为94MPa＜[σ]=215MPa，组合风荷载时最大正应力118MPa＜[σ]=215MPa，横杆最大正应力为20MPa＜[σ]=215MPa，斜杆最大正应力为20.2MPa＜[σ]=215MPa。

②I20b工字钢验算。

I20b分配梁最大正应力为72.1MPa＜[σ]=215MPa，最大剪应力为23.7MPa＜[τ]=125MPa，I20b分配梁支承处竖向位移值为6.4mm，跨中最大竖向位移为6.8mm，最小支承间距为450mm，所以分配梁最大挠度为6.8-6.4=0.4mm＜[f]=450/400=1.1mm。

③贝雷梁验算。

贝雷梁最大正应力为181.5MPa＜[σ]=305MPa，最大剪应力为121.2MPa＜[τ]=175MPa，贝雷梁支承处竖向位移值为2.5mm，跨中最大竖向位移为6.5mm，所以贝雷梁最大挠度为6.5-2.5=4.0mm＜[f]=9000/400=22.5mm。贝雷梁弯矩、剪力及挠度均满足要求。（图3、图4）

图3 贝雷梁正应力云图

图4 贝雷梁竖向位移云图

④钢管立柱验算。

钢管墩最大正应力为36.4MPa＜[σ]=215MPa，钢管墩最大侧向位移为1.6mm，满足要求。

⑤稳定性验算。

一阶模态失稳临界荷载系数为8.94，稳定性满足要求。

钢管立柱的回转半径为210mm，则最高钢管墩的长细比为26000/210=123.8，根据规范查得稳定系数φ=0.469，则

因此，钢管立柱局部稳定性满足规范要求。（图5、图6）

图5 钢管立柱正应力云图

图6 贝雷梁竖向位移云图

2.2 第二跨现浇箱梁支架设计

2.2.1 结构布置

第二跨上跨G242国道，道路斜交角度较大，受周边条件限制，不具备改路条件，采用钢管立柱贝雷梁和盘扣组合支架结构形式，由于该跨跨度较大，采用321加强型贝雷梁，横向布置22片，具体布置如图7、图8所示。

图7 第二跨现浇支架横断面布置图

图8 第二跨现浇支架平面布置图

2.2.2 结构验算

通过建立MIDAS计算模型对支架各受力点进行计算，贝雷梁最大正应力为234MPa＜[σ]=305MPa，最大剪应力为144MPa＜[τ]=175MPa，贝雷梁支承处竖向位移值为4mm，跨中最大竖向位移为21mm，所以贝雷梁最大挠度为21-4=17mm＜[f]=15000/400=37.5mm，一阶模态失稳临界荷载系数为5.1，贝雷梁弯矩、剪力、挠度及稳定性均满足要求。

3 组合支架施工关键点控制

3.1 基础施工

钢管立柱贝雷梁组合支架传力途径清晰，地基承载力满足设计要求是支架稳定的根本保证。本工程所处区域为沙溪质板岩与石灰岩过渡区域，地质复杂，施工前对条形基础位置进行钎探，确保条形基础底部5m范围内无大型溶洞、夹层等不良地质，基坑开挖后清除虚渣并按验算书要求进行承载力试验。

3.2 钢管立柱安装

钢管立柱是钢管贝雷梁柱式支架的主要传力结构。立柱垂直度偏差应不大于立柱高度的0.3%，且不大于50mm。安装过程中应保证钢管法兰盘与条形基础预埋钢板、法兰盘与法兰盘之间的接触面不能有缝隙。为保证钢管立柱受力均匀、平衡传力，可在钢管立柱顶部安装砂箱，内置低压缩性干燥细砂，对立柱标高进行微调。

钢管立柱之间的剪刀撑桁架应与钢管柱同步搭设，保证架体的整体稳定性。

3.3 主横梁安装

主横梁采用双拼56b工字钢，长度14m。主横梁在地面焊接组拼，然后吊装就位，并在柱顶钢板焊接400×200×15mm钢板进行限位，防止贝雷梁在外力作用下掉落发生安全事故。

3.4 贝雷片安装

贝雷梁作为支架的主要承重结构，贝雷梁的安装质量决定了整个支架的结构安全。除检查贝雷片的连接销、连接系以及与分配梁的卡位措施等安装是否到位、牢固外，还应重点关注贝雷梁支承点与贝雷片立杆是否同心。现浇箱梁大多处于小半径曲线上或类似本桥第二跨斜交G242国道采取斜向搭设的情况，若施工中贝雷梁支点不在贝雷梁立杆下，可能导致支点附近下弦杆局部应力过大，从而引起支架变形甚至失稳垮塌。秦双双等人通过建立单排贝雷梁的有限元模型，将支座从立杆位置向弦杆位置微小移动后的应力变化情况，从中可以发现贝雷梁立杆不在支点上时下弦杆应力逐渐增大甚至超限，因此，在实际工程施工中，若无法避免支点位置不在立杆下，可以通过加强弦杆或在支点位置处增加加强竖杆来改善贝雷梁的受力，确保结构安全。

3.5 盘扣支架安装

盘扣支架通各杆件相互连接形成整体，在纵坡、横坡较大时，混凝土自重及施工荷载均产生较大的水平推力，盘扣支架搭设不规范，可能导致局部超限进而引起整体失稳，因此，加强盘扣支架搭设的细节检验显得尤为重要。盘扣支架搭设主要细节总结如下：第一，支架最外排和支架断阵端头处应以格构柱封口；第二，格构柱斜拉杆用法有螺旋式和对称式，但两者不得混用；第三，上部构筑物底面为斜面时，顶托丝杠外露长度不宜超过30cm；第四，底板楔形区域应采用钢管扣件反向斜拉；第五，顶层每增加一道调节杆，必须采用水平杆锁死防止顶杆摇晃；第六，盘扣支架底托受力重心与下部支撑工字钢受荷重心一致，不得偏压、悬空。

3.6 支架预压

为检验钢管立柱贝雷梁支架的强度和整体稳定性、消除支架的塑性变形和地基沉降变形，在支架工作完成以后对支架进行预压，采集支架的非弹性变形和弹性变形数据，并结合设计梁体施工预拱度及二期恒载下挠值，对现浇梁底模预拱度进行调整。分三级进行预压：60%→80%→100%。当纵向加载时，宜从混凝土结构跨中开始向支点处进行对称布载；当横向加载时，应从混凝土结构中心线向两侧进行对称布载。

每级加载完成后，每间隔12h对支架沉降量进行一次监测。当支架顶部监测点12h的沉降量平均值小于2mm时，可进行下一级加载。在全部加载完成后，各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm或各监测点最初72h的沉降量平均值小于5mm时，支架已经稳定、预压合格，即可卸载。

3.7 支架拆除

当钢束张拉、压浆完成后方可卸架，整个的拆除遵循“先支后拆、后支先拆、纵桥向对称均衡、横桥向基本同步”的原则。先降盘扣顶托落模，人工拆除模板、方木及工字钢，再拆除盘扣支架；贝雷片应先拆掉的横向联系，底板下的贝雷片用倒链向两侧横移，再用吊车吊走，贝雷梁拆除完成后吊卸横梁。最后逐节拆除钢管立柱及连接桁架。

盘扣支架拆除时，通常在贝雷梁顶面的工字钢上进行临时装码，堆码位置应置于边部贝雷梁正上方，严禁悬挑堆放；钢管立柱纵横向剪刀撑桁架应随立柱逐节拆除，不得一次全部拆除后再拆除钢管柱，避免钢管柱失稳。

4 结语

钢管立柱贝雷梁和盘扣式组合支架法解决了高墩、大跨度、山岭地区地形受限、地基处理困难的难题，也克服了满堂盘扣支架施工繁琐、对地形要求高、通行能力受限、搭设高度受限等缺点，为今后类似桥梁工程施工提供了成熟的施工工艺和施工经验。