抱箍+贝雷梁现浇支架在李子潭互通立交桥的应用

陈博文，李　胜

(广西长长路桥建设有限公司，广西　南宁　530001)



抱箍+贝雷梁现浇支架在李子潭互通立交桥的应用

陈博文，李胜

(广西长长路桥建设有限公司，广西南宁530001)

文章以李子潭互通式立交工程为例，介绍了抱箍+贝雷梁现浇支架施工方案，并对该现浇支架结构进行受力验算分析。

抱箍；贝雷梁；现浇支架；验算；应用

0　引言

现浇箱梁的施工技术有很多种，如满堂支架现浇、钢管贝雷梁支架现浇及抱箍+贝雷梁支架现浇等，各自适用的范围有所不同。满堂支架法施工最大的优点是不需要大型吊装设备，其缺点是施工用的支架模板消耗量大、工期长，对山区桥梁及高墩有很大的局限性，钢管杆件本身承载能力也有限，如果采用常规满堂支架施工，需要进行大面积的支架软土地基处理；钢管贝雷梁支架在高墩大跨现浇箱梁施工中运用较多，该工艺可避免大面积处理地基，能够减少人员投入，但因其支架基础较为集中，对地基承载力要求较高，配合施工的吊车等机械数量需求较多；而抱箍+贝雷梁支架适用于跨度较小的桥梁，且在地基不便处理、山沟等地势有较大优势，需要一定的设备配合，不宜用于较高的现浇箱梁施工。本文结合工程实例，对抱箍+贝雷梁支架的施工方案与设计验算进行介绍。

1　工程概况

李子潭互通式立交是广西防城至东兴一级公路的控制性工程，其中Q匝道为分离式立交跨线桥，上跨主线及李子潭河(该河无通航要求，但受防城港西湾海潮汐影响，百年重现期的设计潮水位为+3.95 m(黄海高程))，匝道连通R、S匝道与玉罗岭至李子潭一级公路。Q匝道桥长为207 m，跨径布置：第一、三联为3×20=60 m连续梁，第二联为4×20=80 m连续梁。匝道上构为钢筋混凝土等高连续箱梁，采用C50混凝土，共2 129.4 m3，钢筋共722.1 t，20 m箱梁顶部16.5 m，底部宽12.5 m，高1.4 m，为一箱3室结构。匝道桥布置图如图1～2所示。

图1　Q匝道桥立面图

图2　Q匝道单跨立体模型图

2　施工方案概述

箱梁每联为一施工段，箱梁混凝土分上下2层浇筑，在翼板底部转角处分界。

根据现场施工条件及施工经验，6#～9#跨为跨越河流位置，采用钢抱箍+贝雷梁现浇支架进行施工。现浇支架为加强型贝雷梁支架和满堂架结合的方式，在每个墩柱上安装抱箍，抱箍作为主要的受力支点，承载贝雷梁支架及现浇钢筋混凝土的质量，抱箍高度为150 cm，用24颗高强螺钉锚固；在抱箍两侧牛腿上各设置双拼Ⅰ63 a工字钢作为主横梁，主横梁长14 m；纵桥向布置4组共16排贝雷梁，每组由4排组成，每排间距45 cm，每组横向间距分别为168 cm、412 cm、168 cm，在贝雷梁与Ⅰ63 a工字钢横梁接触位置，每排贝雷片下加装一条加强弦杆(即该处贝雷片下部设2根加强弦杆)，贝雷梁直接落在主横梁上；在贝雷梁顶部设置Ⅰ22 a工字钢横梁，纵桥向间距100 cm，Ⅰ22 a工字钢横桥向每隔400 cm用φ16钢筋连接固定；然后在Ⅰ22a工字钢横梁上安装钢管满堂模板支架，钢管满堂架立柱间距为100×100，立柱底部纵向设置[8垫梁，在底板下设两道立柱平联，翼板下设3道立柱平联。另外，在中腹板下，将立柱横向间距调整为60cm。在立柱顶部设调节顶托，安装模板体系。

贝雷梁支架情况如图3～4所示。

图3　现浇支架正面示意图

图4　现浇支架侧面示意图

3　贝雷梁现浇支架验算

3.1设计依据

(1)《装备式公路钢桥多用途使用手册》；

(2)《中国公路桥梁荷载》(JTJ001-97)；

(3)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)；

(4)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)；

(5)根据施工需求、现场场地、施工条件等资料。

3.2验算方法

贝雷梁现浇支架结构受力验算采用有限元分析软件Midas/civil2010进行计算，杆件单元主要按照梁单元分析，贝雷梁支撑架按桁架单元分析。根据箱梁总体施工方案，建立三跨现浇支架模型，通过施加荷载进行模拟计算。模型为三维立体，包含主横梁、加强型贝雷梁、横梁的各个构件，模型自行计入其杆件自重；满堂支架及模板系统等未包含在模型中，但其重量通过增加箱梁混凝土重量系数的方式计入模型中。建模时，按Ⅰ22a横梁间距计算荷载，并按线荷载布置在Ⅰ22a横梁上。

3.3计算过程

3.3.1荷载组成

(1)箱梁自重

参考箱梁设计图，建立单跨箱梁三维图，得出单跨箱梁体积为207m3，与工程数量表计算值一致。其中由现浇支架承载部分需扣除墩顶长1.5m实心段重量(实心段截面积为18.8m2)。钢筋混凝土容重按2.6t/m3计算。

支架承载的箱梁重量为：

G1=(207×3-(1.5×2+1×2)×18.8)×2.6=1 370 t。

建模时，箱梁荷载以其截面尺寸计算每延米的线荷载(横向线荷载)，其荷载形式如图5所示。

图5　箱梁荷载加载示意图

(2)满堂支架+模板系统荷载

箱梁内模板及底模模板系统自重取40 kg/m2。

满堂架(钢管+[8)线荷载：

P1=((1.8×21+6×12)×3.85+8×16.5)÷16.5=34 kg/m2；

则该项总重为：G2=(40+34)×18×16.5×3=65 934 kg=66 t。

(3)活载

由于施工面积大，施工人员、机具、材料及其它临时荷载+振捣荷载按1 kN/m2计算。

则活载共：G3=100×18×16.5×3=89 100 kg=89 t。

(4)贝雷梁支架自重

贝雷梁支架自重G4软件自行计算。

(5)荷载组合

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)，均布荷载设计值=结构重要性系数×(恒载分项系数×恒载标准值+活载分项系数×活载标准值)。结构重要性系数取三级建筑：0.9，恒载分项系数为1.2，活载分项系数为1.4。

强度验算荷载总数为：

G5=G1+G2+G3=1 370+66+89=1 525 t=1.11 G1。

刚度验算荷载总数为：

G5=G1+G2=1 370+66=1 436 t=1.05 G1。

3.3.2主要材料及性能

除贝雷片材料为16 Mn钢外，其他材料为A3钢，根据《装备式公路钢桥多用途使用手册》，限制荷载的临时性支架结构，允许应力可提高1.3倍系数。

(1)A3钢：允许弯应力145 MPa，允许轴应力140 MPa，允许剪应力85 MPa。

(2)16 Mn钢：允许弯应力210 MPa，允许轴应力200 MPa，允许剪应力120 MPa。

3.4建立模型

贝雷梁现浇支架模型如图6～7所示。

图6　贝雷梁现浇支架模型图

图7　贝雷梁现浇支架模型加载图

3.5验算结果

3.5.1强度验算结果

按1.11 G1的荷载进行验算，结果为：

(1)弯应力情况

16 Mn钢：最大组合应力为255 MPa<210×1.3=273 MPa，出现在Ⅰ63 a主横梁上的贝雷片杆件上，满足要求。

A3钢：最大组合应力为180 MPa<145×1.3=188 MPa，出现在Ⅰ63 a主横梁上，满足要求。

(2)剪应力情况

16 Mn钢：最大剪应力为155 MPa<120×1.3=156 MPa，满足要求。

A3钢：最大剪应力为61.4 MPa<85×1.3=110 MPa，满足要求。

(3)轴应力情况

16 Mn钢：最大轴应力为155 MPa<200×1.3=260 MPa，满足要求。

A3钢：最大轴应力为119 MPa<140×1.3=182 MPa，满足要求。

(4)支座反力

最大反力为157.5 t，出现在2#墩位置，单个抱箍最大要承载311.3 t。

3.5.2刚度验算结果

按1.05 G1的荷载进行验算，挠度情况为：

最大挠度为35 mm<20 000/400=50 mm，满足要求。

根据以上验算结果，本贝雷梁现浇支架满足规范及施工要求。

4　抱箍验算

根据前述验算结果，抱箍位置支点的最大反力为157.5 t，本部分以1.2倍的最大反力(即189 t)作为抱箍实体验算的荷载，以157.5 t验算抱箍螺栓受力。抱箍采用Q235钢材加工，用8.8级M30高强螺栓。

4.1抱箍体受力验算方法

抱箍体验算用Midas fea非线性及细部分析软件进行，抱箍法兰螺杆的受力用手算方式验算。

4.2验算过程

首先建立抱箍实体模型并划分网格，在抱箍牛腿上加载189 t竖向力，在抱箍法兰上模拟固定约束。建立的模型如图8所示。

图8　抱箍实体受力验算模型图

(1)反力

根据软件自动验算结果，抱箍共加载的力为189.8 t，如图9所示。

图9　抱箍加载力截图

(2)钢材应力

钢材的应力使用范梅塞斯应力，抱箍应力如图10所示。

图10　抱箍范梅塞斯应力图

由图可知，抱箍绝大部分应力均小于A3钢材的屈服强度235 MPa，只有≤0.1%的小局域超过该值，这些小区域为应力集中的位置，可忽略不计。

(3)位移

抱箍受力时的位移如图11所示。由图可知，抱箍最大位移为1.03 mm，发生在抱箍牛腿位置，该位移不影响抱箍的使用。

图11　抱箍位移示意图

4.3抱箍螺栓受力验算

4.3.1螺栓数目计算

抱箍体需承受的竖向压力N′=1 575×2=3 150 kN。

抱箍所受的竖向压力由8.8级M30的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》第426页：

M30螺栓的允许承载力：

[NL]=Pμn/K

式中：P——高强螺栓的预拉力，取280 kN(《钢结构设计规范2003》P69)；

μ——摩擦系数，取0.35；

n——传力接触面数目，取1；

K——安全系数，取1.7。

则：[NL]=280×0.35×1/1.6=57.7 kN

螺栓数目m计算：

m=N′/[NL]=3 150/57.7=55个，取计算截面上的螺栓数目m=60个。

则每条高强螺栓提供的抗剪力：

P′=N′/m=3 150/60=52.5 kN<[NL]=57.7 kN

故60根螺栓能承担所要求的荷载，60根螺栓每

边法兰布置30根，每边竖向布置成2排。

4.3.2螺栓轴向受拉计算

混凝土与抱箍之间设一层3 mm橡胶，按橡胶与钢之间的摩擦系数取μ=0.35计算，抱箍产生的压力Pb=N/μ=3 150kN/0.35=9 000kN，由高强螺栓的拉力承担。

则：N′=Pb=9 000 kN

抱箍的压力由60条M30的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为：

N1=Pb/60=9 000 kN/60=164.7 kN<[P]=280 kN

轴向拉应力σ=N″/A=N′(1-0.4 m1/m)/A

式中：N′——轴心力；

m1——所有螺栓数目，取60个；

A——高强螺栓截面积，A=621 mm2。

σ=N″/A=Pb(1-0.4 m1/m)/A=164.7×103×(1-0.4×60/60)/621=212.2 MPa<[σ]=400MPa(钢结构设计规范P19页)

通过以上验算，抱箍满足规范及施工要求。抱箍承载荷载较大，其高强螺栓的紧固力尤其关键，建议使用满足扭矩的电动扳手对螺栓进行对称逐级紧固。

5　结语

抱箍+贝雷梁支架在李子潭互通式立交的施工运用中，减少了施工周材设备投入、安全可靠且箱梁质量合格，施工方也节省了成本，可为同类型跨越河流、山沟的现浇桥梁施工提供一定的依据。

[1]崔昌洪，韦健江.钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用[J].公路，2005(10)：10-16.

[2]石治峰.抱箍+贝雷梁现浇箱梁支架施工技术及受力计算[J].山西交通科技，2011(3)：37-39.

[3]黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]JTJ041-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[5]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

Application of Hoop and Bailey Beam In-situ Stent in Lizitan Interchange Bridge

CHEN Bo-wen，LI Sheng

(Guangxi Changchang Road and Bridge Construction Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

With Lizitan Interchange project as the example，this article introduced the hoop+bailey beam in-situ stent construction plan，and conducted the force computation analysis on this in-situ stent structure.

Hoop；Bailey beam；In-situ stent；Checking；Applications

U445.46

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.07.012

1673-4874(2016)07-0045-05

2016-06-09

陈博文(1985—)，工程师，研究方向：公路桥梁工程施工管理；

李胜(1974—)，主要从事公路桥梁工程施工管理与研究工作。