双层贝雷梁支架在刚构连续梁施工中的应用

胡 小 周

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 工程概况

新建武汉至孝感城际铁路马家湖特大桥1-4×20 m刚构连续梁位于该桥末段，与天河机场U形槽工程相接，起讫里程为DK18+585.310～DK18+665.440，对应马家湖特大桥111号～115号墩，共4跨，其中111号～112号墩跨度为19.9 m、112号～115号墩每跨跨度为20 m，梁体全长79.9m。刚构连续梁采用C40高性能混凝土，总方量为959 m3。

该刚构连续梁，梁体截面高1.3 m、底宽7.265 m、顶宽11.6 m，桥面组成为防护墙内侧宽度为8.3 m、防护墙外翼缘板宽度为1.35 m；该刚构连续梁111号墩为圆端形实体桥墩、112号～115号墩为矩形实体桥墩，系梁体与桥墩浇筑为一体的刚性连续梁，设计采用支架法施工。

本工程先进行回填筑岛，再进行桩基、承台、桥墩、梁体施工，回填筑岛高程为21.5 m，填土厚10 m以上。

该刚构连续梁位于马家湖，若采用常规的满堂式碗口钢管支架,则由于筑岛平台填土较厚，地基极不稳固，存在安全隐患；若采用常规的墩梁式支架，利用桥墩承台作为支架基础，采用两点支撑的简支梁支架结构，经计算跨中变形过大，不能满足施工要求；若采用三点支撑的连续梁支架结构，则需要在梁式支架跨中设置支点，经计算需要采用桩基础，施工成本增加较大。通过对比分析，采用钢管立柱+双层贝雷梁+碗口式支架作为刚构连续梁施工的支架方案。

2 支架结构设计、理论依据及工艺特点

2.1 支架结构形式

马家湖特大桥1-4×20 m刚构连续梁采用钢管立柱+双层贝雷梁+碗口式支架方案进行施工。支架结构自下而上由基础承台、组合钢管立柱、纵向双层贝雷、横向分配梁、碗口式支架、底模板、侧模板及支撑等构成。组合钢管立柱安置在承台上作为纵向双层贝雷梁受力支点，中间不设支墩。支架纵向布置见图1。

2.2 理论依据

图1 马家湖刚构梁支架纵断面布置图

该支架下部采用钢管立柱作为整个支架及施工过程中荷载的传力构件；上部采用碗口式支架主要是为了模板调整并方便后续贝雷梁拆除；采用双层贝雷梁是为了提高贝雷梁受力强度、减小贝雷梁竖向变形，以满足施工要求。其原理是：贝雷梁为军用制式器材，当其组合放置方式改变时几何特性也会相应改变，采用双层贝雷梁就是利用此原理，通过叠合放置来提高贝雷梁的截面抵抗矩及惯性矩，以此提高贝雷梁承载力、减小变形。根据规范，下面为几种常用贝雷梁组合几何特性表，见表1。

表1 用贝雷梁组合几何特性表

2.3 工艺特点

钢管立柱架设双层贝雷梁加碗口式支架现是一种从梁式支架改进而来的现浇梁支架结构，其特点及优点为：

(1)强度高、刚度大、变形小，一次性跨度大，部分支架可不设中间支撑；

(2)采用两点支撑，支架支撑点坐落在桥墩承台上，不需要进行地基处理，降低成本；

(3)支架支撑点坐落在承台上，受力结构形势简单，支架整体变形主要为贝雷梁的弹性变形，可通过一次预压确定，不需要每片梁体支架都进行预压，减少成本；

(4)贝雷梁的弹性变形可通过数值分析计算，便于确定梁体预抛量，有利于梁体线性控制。

3 施工工艺

3.1 钢管立柱施工

支架采用φ609 mm×10 mm螺旋钢管作为承重构件，钢管横桥向间距为2.25 m，单排布置5根，钢管支撑在承台上，钢管间设[20槽钢剪刀撑。承台施工过程中预埋φ28地脚螺栓，每根钢管预埋4根，地脚螺栓深入承台不小于30cm。墩身施工过程中预埋钢板，钢管固定在承台上后，焊接[20槽钢将钢管与墩身预埋钢板焊接固定。

在钢管上安装双拼I56a工字钢，为保证工字钢均匀受力，将双拼工字钢加固，即间隔1.2 m在双拼I56a工字钢上焊接一块缀板，工字钢与钢管立柱采用φ32螺纹钢加固，螺纹钢间距20 cm，每根钢管顶部布置8根。

3.2 贝雷梁安装

双拼I56a工字钢安装完成后，在其上搭设贝雷梁，贝雷梁采用双层双排体系。贝雷梁两片一组，梁体底板范围每组两片贝雷梁间距45 cm，每组间距25 cm，共设13组；梁体两侧翼缘板下各设一组贝雷梁，每组两片贝雷梁间距90 cm，与内侧梁体底板范围贝雷梁间距60 cm；每个支架横桥向共设15组双层双排贝雷梁。支架横向布置见下图2。

图2 马家湖特大桥刚构梁支架横向布置

贝雷梁在现场进行拼装，上下层贝雷梁之间采用螺栓将上层贝雷梁的下弦杆与下层贝雷梁的上弦杆连接固定，上层弦杆与下层弦杆之间的两个螺栓孔必须全部固定。贝雷梁拼装完成后整体吊装(四片)就位，按平分中矢法定位贝雷梁；吊装完毕后，在双拼I56a工字钢上采用[20 槽钢焊接限位器，防止贝雷梁横向移动；全部吊装就位后采用水平通长连接杆将贝雷梁连接成一整体。

3.3 碗口支架施工

贝雷梁吊装完成后，在其上横桥向铺设15 cm×15 cm方木，顺桥向间距90 cm，然后在方木上安装底托搭设碗扣式支架。碗口式支架钢管规格为φ48 mm×3.5 mm，顺桥纵距为90 cm，横距为60 cm，步距为120 cm；支架搭设完毕后在支架体外侧及内侧设纵向、横向及水平向剪刀撑，纵向剪刀撑每隔6根立杆布置一道，横向桥向共设4道；横向剪刀撑顺桥向每隔6根立杆布置一道；在纵向剪刀撑顶部交点平面及底部平面设置水平剪刀撑，水平剪刀撑竖向间距不大于3 m；纵向及横向剪刀撑与水平向夹角为45°～60°，剪刀撑底部抵靠在贝雷梁上。

碗口支架搭设完成以后，利用桥墩施工时对拉螺杆孔搭设环桥墩的钢管箍与桥墩连接固定，以增加支架体系的整体稳定性。

碗口支架施工完毕后即可进行后续模板施工。

4 支架检算

4.1 荷载取值

(1)混凝土荷载：26.5 kN/m3；

(2)模板系统自重荷载：2.5 kN/m2；

(3)施工荷载：2.5 kN/m2；

(4)混凝土振捣、倾倒产生冲击荷载各区2 kN/m2，当浇筑厚度大于1 m时，不考虑倾倒产生冲击荷载;

(5)混凝土侧压力：按《建筑施工手册》，当混凝土浇筑速度在2 m/h以下时，作用于侧面模板的最大压力：

F1=0.22γct0β1β2V1/2

F2=Kγch

浇筑速度取1 m/h，混凝土入模板温度T取20°，则t0=200/(T+15)=200/(20+15)=5.71。

F1=0.22γct0β1β2V1/2

=0.22×26.5×5.71×1.2×1.15×10.5=45.9 kN/ m2

因梁体高度为1.3 m，取F2=Kγch=1.3

×26.5=34.45 kN/m2。

F=min(F1，F2)=34.45 kN/m2

(6)风荷载计算

根据《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 166-2016)及《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)，湖北武汉市海拔23.3 m，重现期取R=10，查表得ω0=0.25 kN/m2；风荷载体型系数μs取最大值1.0，风压高度变化系数μz取1.57。

碗口支架计算中考虑风荷载：Wk=μsμzω0

=1.0×1.57×0.25=0.393 kN/m2

4.2 碗口式钢管支架检算

搭设高度取上限值5.9 m计算，则层数为6层，结构重要性系数γ0取1.0，计算时取梁体底板60 cm×90 cm单元进行分析。由于翼缘板范围混凝土荷载较小且搭设形式与底板处相同，可不计算。立杆所受荷载统计及组合见下表2。

表2 立杆所受荷载统计

那么，单根立杆最大承受轴力为N=28.738 kN，按此计算。

(1)不考虑风荷载

σ=N/(φA)<[f]

为保证安全，将立杆φ48 mm×3.5 mm按φ48 mm×3 mm规格计算，其几何特性为：

截面积A=424.1 mm2

轴惯性矩：Ix=107 830 mm4

抗弯惯性矩：W=8 985 mm3

回转半径：ix=(I/A)1/2=15.94 mm

计算长度附加系数：k=1.155；

计算长度系数：μ=1.55；

计算长度，由公式l0=kμh=1.155×1.55

×1.2=2.148 3 m

长细比：l0/i=2148.3/15.94=134.77

轴心受压立杆的稳定系数φ，由长细比l0/i的计算结果查表得到φ=0.376；

则σ=N/(φA)=28.738×103/(424.1

×0.376)=180.22 MPa≤[f]=215 MPa，满足要求。

(2)考虑风荷载

σ=N/(φA)+Mw/W

风压产生弯矩计算：Mwk=0.05ξWklaHc2

=0.05×0.6×0.393×0.9×2.42=0.061 kN.m

Mw=1.4×0.6Mwk=1.4×0.6×0.061

=0.052 kN.m

σ=N/(φa)+Mw/W

=28.738×103/(424.1×0.376)+

0.052×106/898 5=180.01 MPa≤[f]=215 MPa，满足要求。

4.3 贝雷梁及钢管立柱检算

4.3.1 荷载分析

贝雷梁主要承受梁体混凝土、模板系统、碗口式支架自重荷载及施工荷载、混凝土振捣荷载，此处不计风荷载；自重荷载组合系数取1.2，可变荷载组合系数取1.4。此处荷载组合值分分别为梁体底板范围、翼缘板范围。

经计算，梁体底板范围贝雷梁承受的线荷载为18.076 kN/m；梁体翼缘板范围内贝雷梁承受的线荷载为12.686 kN/m。

4.3.2 贝雷梁及钢管立柱受力分析

该刚构连续梁双层贝雷梁及钢管立柱采用Midas civil建模，进行整体受力分析，检算时取中跨支架双层贝雷梁及钢管立柱体系进行建模分析，模型见下图3。

图3 刚构连续梁双层贝雷梁及钢管立柱支架模型

4.3.3 计算结果

由计算分析结果可知，贝雷梁最大组合应力σmax=292.2 MPa<[σ]=310 MPa，最大剪应力τmax=61.9 MPa<[τ]=180 MPa，最大位移fmax=1.42 cm<18 000/600=3 cm，贝雷梁的强度及刚度均满足要求。

由计算分析结果可知，钢管立柱最大支点反力为N=1125.4 kN。取最大搭设高度l=6 m为计算长度，φ609 mm×10 mm钢管截面积A=18 818.1 mm2，回转半径为i=211.8 mm；长细比：l/i=6 000/211.8=28.33，查表得，轴心受压稳定性系数得φ=0.924；σ=N/(φA)=1 125.4×1 000/(0.924×18 818.1)=64.72 MPa<[σ]=215 MPa，钢管立柱稳定性满足要求。

5 结 论

运用钢管立柱架设双层贝雷梁与碗口式支架相结合的支架现浇梁施工工艺，既解决了一次大跨度支架的强度及变形问题，同时减少了地基处理工作，节约了工期，降低了成本。经过实践证明，该方案运用在一次大跨度现浇连续梁施工中安全可靠、质量可控，为后续大跨度现浇梁支架法施工积累了宝贵的经验。