九江枢纽互通B匝道大桥现浇箱梁超高支架设计与施工技术.docx

    九江枢纽互通B匝道大桥现浇箱梁超高支架设计与施工技术    赵志成Summary 文章结合铜仁市沿河经印江（木黄）至松桃高速公路土建TJ-10合同段九江枢纽互通B匝道大桥现浇箱梁施工，介绍了超高支架现浇箱梁支架（钢管柱+贝雷+盘扣支架）设计及施工技术，并通过计算验证了支架的稳定性解决了传统施工采用满堂支架施工因跨径及最大桥高影响，距离地面高度超出满堂支架及碗扣支架规范高度，支架垂直度、稳定性难控制问题，为同类超高支架现浇箱梁施工提供经验Key 枢纽互通;超高支架;现浇箱梁U448.213 A 2096-8949（2022）07-0142-040 引言随着国家经济发展的突飞猛进，桥梁发展事业逐渐多元化、多种化现浇箱梁施工从以前的少量化转变成现在的普遍化但在云贵川高原地区现浇箱梁施工还是一项比较难攻克的技术点云贵川所处地段属于丘陵过度的斜坡地带，西北高、东南低区内山岭连绵、峰峦叠嶂、深沟险壑，地形多陡峻，喀斯特地貌发育典型该种地形地势下，桥体距地面高度较高、跨径大，如何结合现场实际情况，选取科学、合理的支架形式及施工工艺，解决支架搭设难、易发生坍塌事故问题，是超高支架现浇箱梁施工中面对的主要问题。

1 工程概况铜仁市沿河经印江（木黄）至松桃高速公路TJ-10合同段位于贵州省铜仁市松桃县九江乡九江枢纽B匝道大桥为整体式桥梁，桥长385.9 m，最大桥高58 m，其中第三联三跨为35 m+50 m+35 m混凝土现浇箱梁，最大纵坡2.2%，最大横坡4%[1]B匝道现浇箱梁采用预应力混凝土单箱双室箱梁，梁宽10 m，箱梁悬臂长2 m，梁高3 m翼缘板横向宽度2 m，外侧厚度20 cm，内侧厚度50 cm，有半径为1.5 cm滴水槽;跨中中隔板纵向长度为50 cm，由中隔板向两侧依次为等厚段、渐变段和实心段箱室等厚段纵向长度为19.75 m，顶板厚30 cm，底板厚25 cm;渐变段纵向长度为4 m，顶板厚55 cm，底板厚50 cm，两端剩余部分为实心段2 支架设计九江互通B匝道大桥现浇箱梁支架由钢管柱+贝雷梁+盘扣式支架组成贝雷梁下部采用钢管柱式墩，基础采用钢筋混凝土扩大基础支架基础采用3 m×3 m×1 m混凝土C30扩大基础;上设φ609×12 mm钢管支柱，横联采用组合桁架;主横梁为双拼工字钢I56a，主横梁上设贝雷片与盘扣满堂支架，贝雷片与盘扣支架间为工字钢双拼I12.6分配梁过渡连接;盘扣支架上端架设I10分配梁与10×10 cm方木。

3 支架验算B匝道大桥现浇箱梁高度为3 m，线荷载最大且离地高度最高，第二跨高度离地高度最高为最不利工况，取B匝道第二跨支架进行验算此处仅列举荷载计算、基础计算、钢管柱计算、贝雷梁计算及盘扣支架计算3.1 荷载计算3.1.1 恒荷载（1）箱梁自重荷载根据主要工程数量表，B匝道桥的总重为：1 176×24.4（混凝土）+ 360 649（钢筋）+58 597（钢绞线）=447 940.4 kg现浇箱梁部分总长度为35+50+35=120 m，线荷载为3 732.84 kg/m2）材料荷载：15 mm厚竹胶板自重：0.15 kN/m2;方木自重：5 kN/m3;I10工字钢自重：11.2 kg/m=0.11 kN/m;I12.6工字钢自重：14.2 kg/m=0.14 kN/m;I50a工字钢自重：93.6 kg/m=0.84 kN/m;I56a工字钢自重：106.3 kg/m=1.04 kN/m;盘扣支架自重：1 kN/m;321型贝雷片自重：0.9 kN/m3.1.2 活荷载（1）倾倒混凝土时产生的冲击荷载：均布荷载2.0 kN/m22）振捣混凝土时产生的荷载：均布荷载2.0 kN/m2。

3）施工人员及设备荷载：均布荷载3.0 kN/m23.1.3 风荷载根據《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）计算，按照山谷地形，B类地面粗糙度，风荷载垂直施加于迎风面一侧的管桁架的所有杆件上，风荷载标准值计算公式为：Wk=βz μs μzW0 （1）式中：W——风荷载标准值（kN/m2）;βz——风震系数，取2.5;μs——风荷载体型系数，根据表8.3.1计算得μs=0.6;μz——风压高度变化系数，查表8.2.1按每10 m一段取值;W0——基本风压，按0.3 kN/m2风荷载标准值计算：Wk=2.5×0.6×1.13×0.3=0.51 kN/m2（15 m高度）;Wk=2.5×0.6×1.23×0.3=0.55 kN/m2（20 m高度）;Wk=2.5×0.6×1.39×0.3=0.63 kN/m2（30 m高度）Wk=2.5×0.6×1.52×0.3=0.68 kN/m2（40 m高度）Wk=2.5×0.6×1.62×0.3=0.73 kN/m2（50 m高度）3.2 基础计算3.2.1 持力层选取根据设计图详勘报告，按分布最广残破积碎石层承载力计算，取[fa0]=250 kPa。

3.2.2 地基承载力计算钢管立柱采用扩大基础，扩大基础持力层承载力为250 kPa;扩大基础尺寸为300 cm×300 cm×100 cm，基础底截面积A=3 m×3 m=9 m2，则扩大基础自重为3.0×3.0×1×26=234 kN;由钢管柱支反力计算结果得：钢管柱承受的最大轴向力为1 691.4 kN钢管柱自重为1.76×48=84.5 kN地基所承受荷载为：1 691.4+234+84.5=2 009.9 kN，按2 100 kN进行计算混凝土基础底面的平均压力：=233 kPa<250 kPa （2）式中，Pk——相应于荷载效应标准组合时，立杆底部的平均压力值（kPa）;F——上部立杆传至基础顶面的轴向力标准组合值（kN）;A——可调底座底板对应的基础地面面积地基承载力满足要求3.2.3 基础冲切计算对基础冲切进行验算，根据《混凝土结构设计规范》公式6.5.5-1，基础冲切通过下述公式进行计算：Ft≤0.7βh ftηumh0 （3）式中：βh——截面高度影响系数，取1.0;ft——混凝土轴心抗拉设计值，取1 430 kPa;η——局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数，取1;um——截面的周长，取2 609 mm=2.6 m;h0——截面有效高度，取1 m。

计算得：Ft≤0.7×1×1 430×1×2.6×1=2 602.6 kN>2 100 kN基础冲切满足要求3.3 钢管柱计算3.3.1 强度计算=66.3 MPa<215 MPa （4）式中，σ——正应力;N——钢管柱承受最大轴向力;A——钢管柱截面积强度满足要求3.3.2 稳定性计算风荷载产生水平荷载简化为点荷载作用于柱顶，按悬臂结构计算钢管桩产生弯矩，支架主要受风结构为贝雷片和钢管柱，单片贝雷迎风面面积为2.04 m2，按4片贝雷考虑，钢管柱迎风面宽度为0.61 m，风荷载取0.73 kN/m2，钢管柱受到水平点荷载为：0.73×2.04=1.5 kN，均布荷载为0.73×0.61=0.45 kN/m钢管立柱受到的弯矩为：1.5×5+0.45×52/2=13.125 kN·m钢管立柱的计算长度取为5 m则钢管立柱长细比为：24<150，长细比满足要求查“Q235钢管轴心受压构件的稳定系数”表得φ=0.936验算钢管桩稳定性如下：=70.8+4.0=75 MPa<215 MPa （5）式中，σ——正应力;N——钢管立柱轴向力;A——立柱截面面积;M——风荷载对立柱产生的弯矩;W——截面模量;φ——轴心受压构件稳定系数。

稳定性满足要求3.4 贝雷梁计算3.4.1 计算参数贝雷梁计算参数如表1：3.4.2 荷载计算（1）实心部分混凝土箱梁自重荷载：3×26=78 kN/m2渐变部分处混凝土箱梁自重荷载：1.05×26=27.3 kN/m2标准部分处混凝土箱梁自重荷载：0.55×26=14.3 kN/m22）材料自重荷载：0.15+0.5+0.11+0.2+0.2+0.1=1.26 kN/m3）施工人员及施工设备荷载：3.0 kN/m24）振捣混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m25）倾倒混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m2荷载设计值（容许应力法）：实心部分：[（78+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=78.14 kN/m渐变部分：[（27.3+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=32.01 kN/m空心部分：[（14.3+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=20.31 kN/m跨径为15 m，悬挑为3 m进行计算3.4.3 强度计算使用结构力学求解器对贝雷梁进行计算，按照实际支撑的多跨連续梁进行建模贝雷梁所受最大弯矩为457.76 kN·m<788.2 kN·m，满足规范要求;贝雷梁所受最大剪力为200.28 kN<245.2 kN，满足规范要求。

3.5 盘扣支架计算盘扣支架外径6 cm，壁厚0.35 cm;横杆、斜撑外径4.8 cm，壁厚0.25 cm3.5.1 计算参数（1）力学性能：W= 8.3×103 mm3，I=2.5×105 mm4，i×=20 mm，A=6.21×102 mm22）材料性能：Q235钢材：[σ]=215 MPa，[τ]=125 MPa，E=2.06×105 MPa，密度ρ=78.5 kN/m3Q345钢材：[σ]=310 MPa，[τ]=180 MPa，E=2.06×105 MPa，密度ρ=78.5 kN/m33.5.2 荷载计算（1）实心部分混凝土箱梁自重荷载：1.5×26=78 kN/m2空心部分处混凝土箱梁自重荷载：1.05×26=27.3 kN/m22）材料自重荷载：0.15+0.5+0.11+0.2=0.96 kN/m3）施工人员及施工设备荷载：3.0 kN/m24）振捣混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m25）倾倒混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m2荷载设计值：实心部分：[1.2×（78+0.96）+ 1.4×（3.0+2.0+2.0）]×0.6×0.9=56.45 kN空心部分：[1.2×（27.3+0.96）+ 1.4×（3.0+2.0+2.0）]×1.2×0.9=47.21 kN。

6）风荷载取0.05 kN/m3.5.3 立杆计算N=56.45 kNMW=0.9×1.4×0.05×1.2×1/10=0.01 kN·m最大弯矩为0.04 kN.m，最大轴力为60.7 kN 根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ231—2010）中稳定性计算公式计算钢管的稳定性，公式如下：（6）式中，N——所计算构件段范围内的轴心压力;φ——弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数;Mw——风荷载对立杆产生的弯矩;A——立杆截面面积;W——截面模量钢管计算长度为1.7 m，钢管回转半径为20 mm，长细比为：根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ231—2010）查表可得φ=0.692181.28+2.11=183.39 MPa<300 MPa满足要求4 施工工艺4.1 工艺流程施工准备→地基处理、检测→基础浇筑→钢管桩及平联安装→主横梁安装→贝雷梁安装→横、纵分配梁安装→盘口支架安装→底模方木及模板安装→支架预压→钢筋混凝土及预应力施工。