悬浇梁0号块工字钢支架方案及应用实例
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关键词0号块支架工字钢
中图分类号：S605文献标识码： A
1 前言
悬浇梁在公路、铁路、市政工程中十分常见，特别是新建工程在跨越河流、市政道路、铁路、公路工程时更具实用价值。并且，造型优美，结构合理，抗震能力强。目前，国内悬浇梁施工技术成熟。悬浇梁施工中0号块的施工是最为关键的施工过程，不同的施工单位对0号块支架的方案设计截然不同，其中以钢管支架最为常见。本文简述工字钢支架作为0号块的临时支撑施工方案的实际应用，以开拓思路，供各位施工企业同仁借鉴。
2 工程概况
新建沈丹客运专线本溪枢纽工程太子河特大桥，位于本溪市明山区，中心里程为DK56+899.82，桥梁全长1345.96m。其中跨越本溪市滨河北路为一联（32+48+32）m连续梁，桥墩牌号为13＃～15＃，14＃和15＃墩为悬臂梁O号块主墩。连续梁桥墩为双线圆端型实体桥墩，14号和15号墩墩高均为19m，边墩为13号、16号墩，墩高分别为18m、22m。14号和15号墩墩顶横向长度为7.6m，纵向宽度为2.8m，其中两端为半径1.40m圆弧。桥墩均为钻孔灌注桩基础，双层承台。基础地质条件大多为安山岩，允许承载能力为σo＝600Kpa。
连续梁截面采用单箱单室、变高度、变截面直腹板形式。箱梁顶宽12.2m，底宽5―5.5m。顶板厚度除梁端附近外均为400mm，腹板厚度480―800mm，按折线变化，底板厚度由跨中的400mm变化至根部的800mm。中支点处梁高4.05m，跨中8.4m直线段及边跨12.95m直线段梁高为3.05m。0号块长度为6m，边跨现浇段长度8m，采用支架现浇法。为满足挂篮安装需要，计划将两个1号块（长3m）采用支架现浇，O＃和两个1＃段现浇长度为12m。边跨合拢段和中跨合拢段长度均为1.5m。2号～6号节段及合拢段梁段采用挂篮悬浇。
3 支架结构设计方案
0号块支架施工方案就地取材，充分利用施工现场自有材料。充分利用墩身的承载能力，模板支架采用倚靠式支撑结构。支架结构示意简图如下图所示。
考虑既有沈丹乙线太子河特大桥与本墩相距较近，本桥15号墩O号块梁段支架障碍。本支架支撑柱采用对称倾斜设置。支架支撑柱下端置于桥墩一层承台上。支架支撑梁一端挂靠在墩身上，另一端支撑在型钢支柱上。在墩身上设置钢牛腿，钢牛腿采用对拉精轧螺纹钢筋锚固。每侧支架设置2根型钢支撑柱，一个O号块共计设置4根支撑柱。根据支撑柱压杆长细比的折减需要，在支撑柱中部与墩身增设一道水平桁撑。
支架支撑柱和纵横梁均采用现有I56b和I56c工字钢。每根支撑柱用2根I56b工字钢组拼，每个柱顶纵向设置2根组合I56b工字钢支撑梁，每一侧支架布置7根I56b工字钢横向分布梁。
纵向支撑梁顶面标高与墩顶相当。梁底预留斜坡支架空间。斜坡支架结构由现场技术人员自行设计，以利于调整箱梁底模。
支架平台布设长度13m、宽度13m(I56b工字钢横向分布梁错开布置)，满足O块梁段12m长、宽12.2m要求。
4 支架检算
4.1 支架荷载
O号块梁段模板支架承受墩顶悬出梁段重量，故只计算悬出部分重量。
全部O号块及两个1号段梁段重量534.05吨。墩顶梁长2.8m，悬出长度4.6m。
①、悬出段箱梁自重Q1＝1602KN；
②、支架模板临时荷载Q2＝30％Q1＝481KN（按经验取值）；
③、施工（人、机）活载Q3＝120KN（按施工组织取值）；
计算荷载：Q＝1.2（Q1＋Q2）＋1.4Q3＝2668KN。
4.1.1支撑柱分担荷载
根据图1支架结构布置尺寸，绘制出受力简图如图2所示。
为简化计算，梁段按平均重量计算。经过计算得到：
墩身支撑力2R1＝964KN，单点支撑力R1＝482KN；
型钢支撑柱2R2＝1704KN，单点支撑力R2＝852KN。
4.1.2 2I56b工字钢支撑梁荷载
梁长4.6m：q1=580kg/cm;
4.1.3 7I56b工字钢横向分布梁荷载
按底宽550cm分布荷载：q2=485kg/cm;（简化计算，忽略外翼缘板）。
所有钢材材质均按Q235验算。
I56b工字钢截面特性：A＝146.45cm2，Ix=68512m4，Iy=1486.95cm4。
4.2 支撑柱检算
根据图2.1计算，组合惯性矩∑Ix＝137024cm4，∑Iy=151255cm4；
由于∑Ix＜∑Iy，故按∑Ix验算。
14、15＃墩最高，墩高19m，支撑柱斜支撑长度1862cm。
支撑柱理论承载力［P］＝；
截面回转半径r=21.6cm，长细比λ＝86，按短杆计算，对应降载系数ψ＝0.64。
支撑柱允许承载力P＝ψ［P］＝3937KN；P垂直分力＝3891KN，大于R2＝852KN，满足要求；
当中间增加一道水平桁约束后，长细比λ＝43，按短杆计算，对应降载系数ψ＝0.88，检算略。
4.2.1 2拼I56b工字钢支撑梁承载能力
组合惯性矩∑Ix＝137024cm4，∑A＝192.9cm2，梁长4.6m，支撑跨度360cm，q1=580kg/cm。
最大弯曲拉应力：σ=192Mpa＜［σ］＝210Mpa，满足要求；
最大剪切应力：τ＝44.2 Mpa＜［τ］＝85Mpa，满足要求；
最大挠度：f＝4.4mm＜L／450＝8mm，满足要求；
4.2.2 I56b工字钢横向分布梁承载能力
组合惯性矩∑Ix＝479584cm4，∑A＝675.15cm2，梁底宽5.5m，支撑跨550cm：q2=485kg/cm;
最大弯曲拉应力：σ=107.1Mpa＜［σ］＝210Mpa，满足要求；
最大剪切应力：τ＝19.8 Mpa＜［τ］＝85Mpa，满足要求；
最大挠度：f＝5.7mm＜L／450＝12.2mm，满足要求；
4.2.3 墩上牛腿承载能力
①、每个支撑牛腿安装6根φ32mm精轧螺纹锚固栓。精轧螺纹标准强度[σ]=830MPa（型号PSB830）。
每个支点抗剪切能力：T＝0.75nA[τ]＝1801KN大于R1＝482KN ,满足要求。
②、2拼I56b工字钢支撑梁与锚板焊缝能力
每个牛腿焊缝总长度L＞200cm，角焊缝焊缝高度h＝20mm。
焊缝抗剪能力：T＝0.75Lh[fv]＝4800KN，大于R1＝482KN ,满足要求。
斜支撑产生的水平分力：F＝125KN，锚栓和支撑梁、焊缝强度均满足要求。
其它检算均满足要求，计算过程从略。
4.3墩梁临时固结结构计算
按照施工单位自身因素的最大倾覆荷载不平衡弯矩M＝29777KN-m和相应竖向反力N=16619KN。抗倾覆安全系数K取1.3。
根据图一可知临时支座间距为2.3m，一侧临时支座受压面积A＝13800cm2，一侧抗倾覆精轧螺纹n=2×6根。视永久支座不受力，算得一侧倾覆情况下，一侧临时支座支撑力R＝21256KN，另一侧抗倾覆锚固力F＝4637KN。
C40混凝土的轴心抗压强度标准值fck=26.8MPa。
临时支座承压能力［R］＝fckA＝36984KN，K＝［R］／R＝1.7＞1.3，满足要求；
精轧螺纹钢筋锚固能力［F］＝nAgφ[σ]=6005KN，K＝［F］／F＝1.3，满足要求。
5 结束语
本施工方案就地取材，充分利用施工现场自有材料。充分利用墩身的承载能力，可以更大程度的节约施工成本，为企业创造更大的盈利空间。