贝雷梁在城市桥梁中的应用

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钢管贝雷梁柱式支架在城市立交施工中的运用陈建平（福建省厦门兴海湾监理咨询公司）关键词：钢管贝雷梁支架城市立交施工运用摘要：随着城市交通车辆的快速增长，城市立交桥随之大量修建。传统的满堂支架无法满足桥跨以下交通需要，为确保施工的同时维持交通，采用钢管贝雷梁柱式支架进行上部砼现浇，是解决交通矛盾的有效方法。支架设计及预压方案是否合理，直接关系到现浇箱梁能否安全、保质施工，并确保交通安全。本桥支架设计根据现场通车需要，进行专项目设计、全面验算，梁体竣工线形、标高与设计相当吻合，并且没有出现一起安全事故，被推荐参与“省优”工程及“省安全文明标化工地”评比，对于城市立交建设具有一定的参考借鉴。一、工程概况：该桥为厦门市仙岳路上跨县黄路立交桥，处于厦门岛东部县黄路与仙岳路交叉口，设计标准为城市快速路。桥梁采用钻孔灌注桩基础、花瓶式墩柱，上部设计为现浇斜腹式连续箱梁，箱梁断面为等截面单箱双室构造，梁顶宽度13.25m、梁高1.8m，顶、底板厚度均为0.25m，腹板宽度0.4m，墩顶各设一道1.0m宽的横梁。该桥分左右两幅，每幅分3联各13跨，跨径除主跨为40m外，其余均为30m。地勘报告显示，该项目地层分布，由上至下主要为：人工填土、砂质粘土、坡积粘土、残积砂质粘性及花岗岩。二、钢管贝雷支架计算及预拱度设置为确保维持车辆通行，本桥主跨采用钢管贝雷梁支架，纵梁跨度13.33米，按3孔简支梁布设，单幅设置12排贝雷梁，每两排贝雷梁连成一组，每组贝雷片对应端头采用贝雷框进行连接，各排纵梁间通过槽钢连接加固，使纵梁整体受力。支墩采用Ф600mm×4mm钢管立柱，搁置在沥青路面、土基或承台顶面,立柱顶、底部均与80cm×80cm×6mm钢板焊接，为提高支墩的稳定性，在各排支墩钢管之间设置[10b槽钢连接。支墩顶面用2Ⅰ32工字钢做横梁，贝雷纵梁顶面设置[16b槽钢做分配梁，分配梁上设置楔木，用来调整标高和落架。该桥侧模采用定型钢模，底模则采用高强度防水竹胶板制作，箱室内模采用2.5cm厚松木板制作。1.竖向荷载计算（取边跨13.3m最不利荷载组合进行计算）①.新浇筑钢筋砼箱梁自重（钢筋砼密度采用2.6t/m3）a．墩顶横梁自重（横梁宽1m）：15.614×2.6=40.60t/m b．墩侧9.5米范围内箱梁自重（变截面段）：8.028×2.6=20.87t/mc．跨中箱梁自重：7.262×2.6=18.88t/m取均值：q′=(40.6×0.5+20.87×9.5+18.88×3.33)÷13.33=21.11t/m②.模板自重外模自重：0.405t/m（底模自重）+0.802t/m（侧模自重）=1.21t/m内模自重：0.56t/m，楔木自重：0.11t/m，分配梁自重:0.33t/m模板自重合计：2.21t/m③.纵梁贝雷片自重：0.275÷3×12=0.92t/m④.施工人员和施工材料机具等行走运输或堆放荷载：13.25×0.1=1.33t/m⑤.振捣砼时产生的荷载:13.25×0.2=2.66t/m⑥.钢管顶工字钢自重:1.16t⑦.钢管立柱自重（立柱长6.0m）:0.6×3.14×0.006×7.85×6×5=2.66t2.竖向荷载组合验算2.1验算强度荷载时:q1=①+②+③+④+⑤=28.23t/m2.2验算挠度荷载时:q2=①+②+③+④=25.57t/m2.3验算基础荷载时：q3=q1×13.3÷2+⑥+⑦=191.55t3.贝雷纵梁验算40.6t/m（墩顶100cm范围）基座中线28.23t/m12011102001330受力简图(单位:cm)采用12排贝雷片做纵梁的强度、刚度验算:①.已知材料的E=2.1×105N/mm2，[ƒ]=L/400。②.由表查得贝雷片[Q]=245.2KN[M]=788.2KN.m Ι=250497cm4=250497×104mm4③.单片贝雷片所受荷载:q1′=28.23×10×1.3÷12=30.58KN/m(考虑1.3安全系数)④纵梁最大弯矩与最大剪力:Qmax=30.58×13.3÷2=203.4KN＜[Q]=245.2KN满足要求⑤纵梁最大挠度:计算挠度时单片贝雷片的强度q2′=25.57×10×1.3÷12=27.7KN/m(考虑1.3安全系数)4.分配梁强度验算:选用[16b槽钢作为分配梁，[M]=2.215t.m，[Q]=125KN。该支架设计贝雷梁最大间距为1.5米，即：分配梁跨径为1.5米、间距为0.66米。1.80t/m150受力简图(单位:cm)则横桥向作用在分配梁上的荷载分布为：q=（①+②+④+⑤）×0.66×1.3（安全系数）/13.25=1.80t/mMmax=qL2/8=1.8×1.5×1.5/8=0.5t.m＜[M]=2.215t.mQmax=1.8×1.5÷2=13.5KN＜[Q]=125KN可见槽钢强度符合要求5.立柱荷载验算:钢管立柱上下端均与80cm×80cm×6mm钢板连接。①.立柱的刚度计算：回转半径：r=0.35（d+D）/2=0.35（60+59.2）/2=20.86cm式中：D—钢管外径d—钢管内径长细比λ=uL/r=1×600/20.86=28.76＜[λ]=100，刚度满足要求。 式中：u—杆件长度系数取u=1.0L—杆件几何长度取L=600cm[λ]—压杆件允许长细比。②.立柱临界应力验算：一排5根：P1=191.55t*1.3/5=49.8t(考虑1.3安全系数)钢管临界应力验算：E=2.1×105N/mm2I=3.14×（D4-d4）/64=0.049×（6004-5924）=3.32×108mm4Pk=3.142EI/（μL）2=3.142×2.1×105×3.32×108/（1.0×6000）2=1909.5t>P=49.8t满足要求式中μ取1.0，L取6000mm（钢管立柱最大长度）。6.验算立柱基础强度：①.中跨支墩位于沥青砼路面上，采用铺填30cm碎石后，满铺20cm×15cm的枕木，枕木尺寸为：200cm（长）×80cm宽。则最大基底压力为：p=49.8×10/2m×0.8m=311.25Kpa，远小于沥青路面允许的承载力，满足要求。②.边跨各有两根支墩位于墩侧粘土层上，采用C25混凝土作临时基础，基底尺寸为:1.6m×1.6m×0.3m，最大基底压力p=49.8×10/1.6m×1.6m=194.5Kpa，而该地基土是密实状态下的砂质粘土，允许压力为200～250Kpa，符合要求。③.边跨支墩各有三根立于承台上，钢管离墩壁10cm（墩壁厚180cm），如右图示G1、G（图中单位为厘米），分别对偏心受压及承台基底承载力验算如下：根据地勘设计图纸提供，墩下承台最大竖向力设计值13000KN，则承台基底应力设计值：f=13000/（6×5.4）=401.2KPaa、计算轴心力F墩柱承受竖向静载：40.6×1.8=73.08t施工临时荷载：1.8×13.25×0.3=5.78t 墩自重：41.6×2.6=108.16F=75.08+5.78+108.16=188.92t=1889KNb、钢管立柱所传压力（在此考虑承台上,前后各设两根钢管立柱）G1=191.55×3/5=115t=1150KNG2=20.87×7.5÷2×3/5=46.9t=469KN（悬臂端浇筑长度为7.5m）承台底力距M=（G1-G2）×1.3=681KN.m偏心距e=M/（F+G1+G2）=681/（1889+1150+469）=0.194m＜L/4=5.4/4=1.35m，满足要求。基底最大压力：Pmax=1.3×（1+6e/L）×（F+G1+G2）/A=1.3×（1+6×0.194/5.4）×（1889+1150+469）/32.4=172KPa＜f=401.2Kpa（考虑1.3的安全系数）故：施工时承台基底应力符合要求7.预拱度设置预拱度值主要考虑因素有：支架变形沉降、箱梁自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土收缩和徐变等，包括：卸架后一期恒载产生的绕度f1；卸架后二期恒载产生的绕度f2；成桥后3年内砼收缩和徐变产生的绕度f3；支架在一期恒载作用下的弹性变形、非弹性变形和基底沉降f4，其中f4值设置如下：①贝雷支架承受施工荷载引起的弹性变形δ1=f挠=1.0cm。②.基础、钢管墩与工字钢在荷载作用下的非弹性压缩δ2取1.5cm。③.模板在荷载作用下的非弹性压缩δ3为砼下沉量及各接触面变形量总和：Δ1为砼下沉量，取0.2cm；Δ2为贝雷片与分配梁接触面变形量，取0.2cm；Δ3为分配梁与木楔接触面变形量，取0.2cm；Δ4为木楔与木楔接触面变形量，取0.2cm；Δ5为木楔与小方木接触面变形量，取0.3cm。δ3=Δ1+Δ2+Δ3+Δ4+Δ5=0.2+0.2+0.2+0.2+0.3=1.3cm则非弹性变形值为：δ4=δ3+δ2=1.5+1.3=2.8cm卸架前跨中弹性变形δ1=1.0cm从中间（11.1m跨）向两边按二次抛物线进行分配，两支点处预拱度值为零，抛物线方程为： Y=-0.0331x2+0.3669xy1.0cm011.1x（m）卸架后箱梁只有两个承载点，产生的跨中（40m跨）绕度f5=f1+f2+f3，按经验取值为3.0cm（其中f1=2.0cm，f2+f3=1cm），应在40m跨径范围内按二次抛物线进行分配，两端墩顶处预拱度值为零，抛物线方程为：Y=-0.0075x2+0.3xy2.4cm3.0cm则累加预拱度计算见下表：011.140X（m）Xy01.553.555.557.559.5511.1δ2+δ32.82.82.82.82.82.82.8卸架前δ1分布值00.50.91.00.90.50卸架后f5分布值00.50.971.41.82.22.4合计2.83.84.675.25.75.55.2四、支架预压方案及成果支架预压主要是收集支架、地基的变形数据，作为检验和调整预拱度设置的依据，本项目安排在南幅主跨6#~7#处，采用水压法配合砂袋进行预压，预压荷载按照设计要求取1.2倍的梁体自重。做法如下：在预压段两端头，按计算荷载摆放砂袋，砂袋密度按1.7t/m3，经计算翼缘板顶面砂袋堆放高度为1.0m～1.2m（自边缘向中间递增），而墩顶横梁处砂袋堆放高度为1.2+1.8=3m，该端头砂袋直接作为预压加水时的端头板。沿桥梁纵向翼缘端设置加高挡水板，挡水板通过钢管对拉，确保牢固不暴模。为确保预压荷载与现浇砼时加载型式一致，先在腹板处堆叠砂袋，而后再向梁体内加灌1.5m深的水荷载。为确保不漏水，在模板内侧采用沥青油布作为止水布进行防漏，止水布接头采用热烫接处理。观测：预压前每隔5米 设一个观测断面，每个断面设置3个测点（均位于腹板底下部位），每个测点吊挂一个垂球。在支架未施加预压荷载前实施第一次观测，记为D1，而后匀速加载；当全部加载完成后，每12小时观测一次，直至沉降稳定后进行卸载，并记录卸载之前的最后一次观测值记为D2；卸载后进行第三次观测，记为D3；砼浇筑完成并进行预应力张拉后，开始卸架，卸架后进行第四次观测，记为D4。观测成果及预拱度调整：通过（D3-D2）观测值计算，可求的卸架前支架、基础的弹性及非弹性变形值，即：支架在一期恒载作用下的弹性变形、非弹性变形和基底沉降f4；通过（D4-D2）观测值计算，可求的卸架后梁体自身的绕度值，并进行相应预拱度调整。该桥卸架后，跨中实测标高较设计梁体标高高出1.0cm，主要是由于f2+f3绕度值属于后期影响，因为预拱度考虑全面，特别是考虑卸架后梁体自身绕度（包括结构体系转换及预应力上拱值等）的影响，卸架后实测梁体标高与设计相当吻合。五、交通安全保障措施为防止坠物伤人，在钢管贝雷梁底部及侧面张挂安全网；支墩处设置交通警示灯，警示灯夜间连续亮灯；在远离支架100m处设置施工警示牌及限速标志；在跨中悬挂限高标志牌，本项目中跨支架净空为5.5m；为避免车辆碰撞支墩，在各排支墩靠行车道一侧设置反光水马；为避免支架拆装过程中坠物伤人，采用专人指挥并临时封闭对应车道措施。六、结束语鉴于城市立交的美观需要，桥梁工程的竣工线形要求与设计图纸相当吻合，为此根据设计图纸及现场实际，进行详细的支架设计验算是十分必要的。为确保方案科学、经济、可行，应于方案实施前，通过组织参建各方进行专题论证，施工过程应严格按照批准的设计方案组织实施。该桥的支架设计、实施，在确保梁体标高、线形及城市交通安全方面，取得了较好的成果，希望能对类似工程起到一定的借鉴作用。