孝襄高速公路孝南互通斜拉桥钢箱梁架设方案.doc

六四式军用梁在现浇连续箱梁施工中的应用无锡市市政建设咨询监理有限公司 朱豫摘要：本文主要介绍了六四式军用梁组成的墩台自承支架在金城路东段立交标互通工程现浇连续箱梁施工中的应用，对其设计、施工过程进行了分析。关键词：六四式军用梁、墩台自承支架、现浇箱梁施工一、概述无锡内环线高架工程是2008年无锡市重点工程，其中金城路东段立交标工程，总体设计为三层，金城路快车道为第三层，全长米，为东西向通道，设计时速公里；江海路快车道为第二层，全长米，为南北向通道，设计时速公里；最下面为地面辅道，辅道等级为城市主干道，时速公里；匝道桥座，时速分别为公里、公里或公里不等。金城路东段立交是无锡内环线高架工程的重要路段，也是内环线高架工程重要节点，建成后将成为内环线高架重要的互通式立交。金城路东段立交标工程包括主线桥30米支架现浇预应力砼箱梁、3*38一联等高度的预应力砼连续箱梁、匝道B、C、D、E、F、G、H1、H2桥分别采用3*20米、4*20+4*20+4*20+4*20米、6*20+5*20米、5*20+4*20米、5*20+4*20米、8*20米、4*20米、4*20米等截面连续箱梁，共计141孔。根据设计要求，这些连续箱梁均应采用支架法进行现浇施工。二、连续箱梁现浇支架方案选比1、满堂支架方案方案优点满堂支架是最传统的现浇梁施工方案，工艺成熟、易于上手。而且无论是钢管、强力梯级架或门式架均很容易租赁、调用。方案缺点满堂支架需要稳定的地基，本工程地基情况非常复杂，多数地面为沟渠或松软的耕植土，而且地面起伏大。采用满堂支架需要配备大量的长短构件进行调节，并且要对地基进行压实和浇注一层砼进行硬化处理，耗费大量机械、砼材料。由于支撑于土体上，每跨施工前必须对支架进行预压重，以消除地基沉降变形、保证施工质量、安全，需耗费大量的时间、人力、材料。2、六四式军用梁组成的墩台自承支架方案方案优点墩台自承支架由桁架梁、钢立柱和抱箍(或型钢基础)组成，桁架梁直接跨越施工跨，并通过钢立柱和抱箍(或型钢基础)支承在墩台上，结构受力明确、基础稳定。方案缺点六四式军用梁并不非常普遍，调集比较困难。桁架梁跨度大，在预应力箱梁施工中变形控制难以非常精确。桁架梁较长、自重较大，拆除比较困难。图1：30米六四式军用梁组成的墩台自承支架金城路东段立交标工程标段, 设计均为大跨度现浇连续箱梁, 其中有 多处 桥梁处于地质极其松软的原排污区内, 剩余桥梁既与交通十分繁忙的道路交叉并行, 又与繁华的市场相邻。在施工中, 为有效地解决松软地质问题以及跨道、跨路等问题, 多次采用架设军用梁的方法予以解决, 取得了建设速度快、经济效益高的良好效果。三、墩台支承支架设计分析1、材料的选定抱箍(或型钢基础)和钢立柱采用普通钢材加工，桁架结构可选用的有军用梁和贝雷架。考虑到本工程需要的桁架跨度应达到30米，贝雷架结构无法满足受力要求，而军用梁均采用较大的型钢(8和16)制造，并且可以拼装成双层米字结构，可满足大跨度桁架施工的要求。同时施工单位可租赁到满足施工需求的大量六四式军用梁，因此选用六四式军用梁作为桁架梁的材料。2、支架结构受力模型和计算结果桁架梁计算以30米箱梁支架计算为例，30米箱梁支架一跨砼自重为520T，模板排架结构重100T，拟一跨箱梁布置8片桁架梁，底板部分布置6片，每侧翼板布置1片，受力模型见下图：当桁架承受最大施工荷载时产生最大应力和弹性挠度值，利用结构力学可以计算得到最大拉、压应力分别为140MPa和120MPa，跨中最大挠度值为54mm。六四式军用梁最低采用16Mn钢材，拉应力满足要求，压应力因为压杆效应需要折减，由于压杆连接了许多缀条减小了自由长度，可得压应力也是可以满足要求。规范规定支架结构最大变形小于L/400，桁架54mm的挠度值同样满足要求。钢立柱、抱箍等构件计算钢立柱采用格构式结构，一个墩台处由12根立柱相互连接形成空间刚架结构，用以承受桁架梁两端支座传递的施工荷载。计算时可简化为底部简支的平面门式刚架(见左图)。形成此种结构可以有效地抵抗施工中出现的意外水平荷载，保证施工的安全。另外还需要对钢立柱进行压杆稳定检算，经过计算，最长的立柱压应力达到55MPa，考虑计算长度和纵向弯曲系数，仍然小于规定的容许应力，是满足要求的。抱箍是自身支承在墩台系梁上，用于墩台支承面积不足，需要抱箍扩大面积，以满足支承钢立柱要求。抱箍根据计算结果选用钢板制作成箱型结构，分为两个半圆形，用高强螺栓连接，支撑在墩台系梁或桩基扩大部分，用以支撑箱梁载。3、在38米箱梁支架设计的处理 在20米和30米箱梁施工中，军用梁组成的桁架梁可以满足一跨跨越施工的要求，但在38米箱梁支架设计时，桁架梁做成一跨结构，如果仍然采用8片，跨中上弦杆和下弦杆出现最大压和拉应力，其中上弦杆超出25%，下弦杆超出30%，并且挠度也相当大，单纯地增加桁架梁片数不仅耗费材料，并且效果并不好，结构的变形控制和受力仍然难以保证，因此必须减小桁架梁的跨度以满足设计要求。决定利用现有人员设备在38米箱梁的跨中施工2根临时桩作为支架基础。根据设计提供的地质承载力资料，最后桩基础采用长度10米的1.2米摩擦桩，38米箱梁施工时利用临时桩基础拼装为2孔支架，由于支架跨度仅为18米，可节省大量材料，综合比较临时桩方案从实际施工效果、受力分析、经济分析比较都更为合理。四、支架方案在施工中的实施1、支架的拼拆作业具体施工时需要根据设计结果制造和调集相应的钢立柱、抱箍、各型六四式军用梁等材料。拼装作业时首先在地面将六四式军用梁组拼成整片的桁架梁，然后利用吊机安装抱箍、钢立柱结构，最后整体吊装桁架梁，形成支架结构，注意在桁架梁和钢立柱之间加入砂箱或楔块用于施工后拆模。桁架梁上布置横向小分配梁（10），上面支撑模板和施工荷载。在箱梁砼达到80%强度或者预应力箱梁张拉完成后进行支架的拆除作业。拆除时遵循对称落架的原则，由两侧向中间依次放掉砂箱中砂子或拆除楔块，使桁架梁脱离箱梁底板。依次拆除外侧模、底模和小分配梁，然后在箱梁顶面安装2台卷扬机(5T)，利用转向滑轮横向拖拽箱梁底板的桁架梁，使其滑出底板，再由地面吊机整体吊离，最后拆除钢立柱、抱箍，倒用至下一跨箱梁施工。2、支架在施工中的变形控制 桁架梁在砼箱梁施工中由于结构特点形成各点变形不一致，同时砼箱梁自身在施工中、张拉前后也会产生一定的变形值，因此在施工前必须准确计算出各项变形数值，以便在施工中精确控制，使箱梁在施工完毕后满足设计线型。 以30米预应力箱梁为例进行变形控制计算：支架变形计算支架变形仅需考虑桁架梁的变形，钢立柱及抱箍在受力前后的变形量非常小。桁架梁的变形包括弹性挠度变形、连接销转角产生变形(错孔挠度)、楔块压缩产生非弹性变形等。 弹性挠度变形可利用结构力学公式计算：，得到54mm；错孔挠度可先根据销子与孔的尺寸公差计算截面转角，然后应用虚功原理确定错孔引起的挠度。即以转角为弹性荷载，作出其荷载弯矩图得到挠度曲线，计算得错孔挠度为6.2mm； 在实际施工中，桁架梁与钢立柱之间采用木楔块抄垫，由于木材的力学性质差异很大，非弹性压缩数值靠原来的施工经验确定为1020mm，具体根据抄垫的高度确定。左图中13为非弹性压缩变形、错孔挠度和弹性变形挠度的跨中最大数值，其中非弹性压缩变形整体按直线设置，错孔挠度和弹性变形挠度采用三次抛物线方程近似替代，三者叠加起来用以对支架各截面变形量进行控制。预应力箱梁张拉前后的变形量控制支架变形分析完毕后，还应考虑预应力箱梁张拉前后的变形量，用来取得基准变形线，即支架变形全部在基准变形线上叠加形成最终的砼灌注前支架变形控制曲线。预应力砼箱梁的挠度是由荷载产生的下挠度荷偏心预加力引起的下拱度组成。在一期恒载的作用下，应用材料力学变形原理计算得到张拉后起拱度为12mm左右，在计算中应根据施工现场的砼养护条件、龄期、强度等指标进行综合修正。这样支架变形控制的基准线应设置为跨中向下12mm的挠曲线，然后在其上叠加非弹性压缩变形、错孔挠度和弹性变形挠度形成最终的变形控制曲线，利用曲线计算结果对测量控制进行指导、修正。3、施工结果 实际施工中支架的拼拆均极其快捷、便利，有效保证了施工计划的顺利实现。 变形分析也比较贴切实际情况，经过对已完成桥梁桥面进行标高测量，桥梁线型均能满足设计要求。五、结束语随着城市快速道路建设的蓬勃发展，桥梁结构施工需要越来越多的新思路来适应多种情况，本工程采用的六四式军用梁墩台自承式支架可有效避免满堂支架施工中的地基处理问题，军用梁架设技术简单, 施工方便, 速度快捷, 既能有效地避免现浇箱梁处理软弱地基的困难, 又能有效地解决跨沟、跨道、跨路等问题, 同