亚环三期大桥大钢管贝雷支架的设计与施工

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Tｉｎishu　Akaki高架桥大钢管贝雷支架的设计中交一局海外公司：鲁洪波【摘　要】将钢管桩做成排架形式，作为箱梁支架的支撑墩，上部用贝雷片拼装成连续梁式桁架,形成梁式支架，利用在其上面搭设的一层碗扣支架来作为调整标高及拆卸支架构件,该方法受力明确、安全可靠、操作简单，有效的解决了现浇箱梁施工时跨越河沟或支架较高时的情况.【关键词】高架桥　支架贝雷钢管１、工程概况TinisｈuAkakｉ高架桥位于埃塞俄比首都亚的斯亚贝巴环城线上，桥梁中心桩号为Ｋ10+7１5，全长31０m。桥梁上部构造形式为8孔（3５m+6×40m+35m)预应力砼连续箱梁，桥梁全宽20。6ｍ,分成左、右两幅,两幅桥梁间设置5㎝缝隙,每幅箱梁均由独立的单箱单室斜腹板断面组成。箱梁顶面宽１0。2７5m，底面宽4。4m，翼缘板悬臂长2。2５m,翼缘板厚度为２0ｃｍ~40ｃｍ，箱梁高度为２。2５ｍ,箱梁顶板厚度为24cm,底板厚度24～50cm,腹板厚度为５0cm。箱梁除在各支点处设置横隔梁外。且在各跨的施工缝处亦设置横隔梁。箱梁施工采用从第一跨开始搭设支架逐跨推进的方式,各跨箱梁的施工缝设在距墩顶７.２５m的设置，纵向预应力束通过锚具连接器连成整体,最终形成预应力砼连续箱梁。2、支架方案简介桥梁在中部跨越一河沟,且箱梁距地面较高(静高度达18m左右）,考虑现浇箱梁施工跨越雨季(亚的斯市的降雨主要集中在每年的7～９月份，年降雨量达１185mm),故决定现浇箱梁的第4孔、第5孔、第6孔搭设大钢管贝雷支架，其余各孔采用普通的碗口支架（因碗扣支架施工设计相对简单,故在这里不做介绍），下面就箱梁的中部搭设的大钢管贝雷支架的设计进行论述。箱梁支架采用大钢管桩立柱与贝雷桁架纵梁作为承担箱梁荷载主要构件，每孔箱梁的支架按两跨连续梁形式设计,支架跨径为1７。５ｍ，支架具体布置详见布置图.采用Φ1000(壁厚δ＝８mm）大钢管作为竖向支墩,每排均设置3根，靠近墩边的钢管桩直接依托在墩下的承台上、其余则支撑在临时设置的C２5砼扩大基础上,砼扩大基础的尺寸为长（９。4ｍ)×宽（２．8ｍ)×高(０．5m)，在其内设置两层Φ12@2０钢筋网片，每排钢管桩之间在中部用８×12　(壁厚δ=4mm）方形钢管设置联系杆,靠近桥梁墩身的钢管桩按钢管桩的自由长度≤６m间距与桥梁墩身形成稳固连接.在钢管桩顶部、底部浇筑各浇筑50cｍ高的砼,以改善接触面的局部承压问题。钢管桩在底部与承台或与砼扩大基础伸出的预埋粗钢筋进行连接,并在外面浇筑一层５０cm厚包裹砼,以增强钢管桩的稳定性。在钢管桩顶部设置横向分配梁(边横梁：3Ｉ36,中横梁：４I50)，其上设置贝雷桁架纵梁,贝雷纵梁采取两排为一组,中间每隔3m用支撑架连接，平面布置

1好顺桥向每6m用[10槽钢将１4排贝雷桁架再度连成整体。为考虑箱梁施工便于调整标高及箱梁施工完成后便于拆卸支架，故在贝雷桁架上搭设一层2.6m～3。６m高的碗口支架,其上敷设分配梁、模板,已形成现浇箱梁的承重系统。3、支架的布置图见下页TiｎisｈuAkakｉ　高架桥现浇箱梁支架布置图４、受力验算箱梁施工分为两个阶段浇筑箱梁砼，两次浇筑砼的施工缝设在腹板与翼缘板的交界处,但支架验算方案按一次性加载进行验算。4.1碗口支架的受力计算碗扣支架横桥向布距可详见支架横断面图，纵桥向布距根据所在位置划分为两种情况，情况Ⅰ：箱梁中部标准断面下方排距为90㎝;情况Ⅱ：底腹板变化段及横隔梁下方排距６0㎝。４。1．1荷载计算(１)、模板及支架自重模板为纲木组合结构，经计算自重均布荷载顺桥向每延米为:１9.２8Kn/m；支架自重均布荷载顺桥向每延米为:11。52Ｋｎ／m,两者共计q1＝30.8Ｋn/m。(2）、新浇筑砼自重均布荷载分析从箱梁中心线对称取①～⑦杆分析计算情况Ⅰ：碗扣支架立柱受力计算情况Ⅰ(纵桥向排距@９0cm)1#杆N1=0(起到稳定支架及承担本身自重,不予考虑参与受力2#杆Ｎ2=（0。4２×2５＋1。６1）×0．9＋0.96=11。86ｋn／根3#杆N3=(０．29×25＋１。6１)×0.9＋０.96＝8.93kn/根4#杆Ｎ４=(0。75×２5＋１.６1)×0.9＋0。96＝１９．2８kn/根(Max）5#杆N５=(0.５7×25＋1。61)×0.9＋0。96=１5。23ｋn/根6#杆Ｎ6=（０。４2×25＋１。61)×０．9＋０.96=11。８６kn／根7＃杆N7＝(0。43×25+１.６１）×０。9＋0。9６=1２.１kｎ/根

2则立杆承担最大荷载为ｑ2=　N4=1９.28kn情况Ⅱ:碗扣支架立柱受力计算情况Ⅱ（纵桥向排距@6０ｃm)1#杆N1=０(起到稳定支架及承担本身自重,不予考虑参与受力2#杆N２=(0。４2×２５+1．６1）×0。６＋0.9６=８。22kｎ／根3#杆N3=（0．29×２5+1。６1)×０。６+0。９６=６。28ｋn/根４#杆Ｎ4=(0。8１×25＋1。６１)×0。6＋0。９６=14。０８kn/根5#杆N5=(１.35×25+１.６1)×0．6+0。96=22。18kｎ／根６＃杆Ｎ6=（1.６１×25+1。６1）×0。6＋0.96＝26。08ｋn/根(Max)７#杆N７=(0。96×2５＋1.6１)×0。６＋０．９６＝16.33kn/根则立杆承担最大荷载为ｑ２=Ｎ6＝26。08kn（3）、施工人员、施工材料机具运输、堆放荷载取:ｑ3=3　Kn／m2(４）、振捣砼产生的荷载取:q４＝2Kｎ／m24.1．2支架的强度计算N＝q1×0.９/１2+ｑ2＋q３×0。9×０。6+ｑ4×0。９×０。6N＝３0．８×0。9／1２+19。２８+（3+2）×0.９×0。6=2４.2９Ｋn(情况一)N＝３0。8×0。6/12+２6。0８+(３+２)　×0。6×0。6=２9。４2Kｎ（情况二）故NＭaｘ=29.42　Kｎ,查《公路施工手册：桥涵》,碗口支架在横杆布距为１.2ｍ时,每根立杆的允许荷载为3０　Ｋn，故碗扣支架的强度满足要求!４。2贝雷桁架纵梁的受力计算

3４。2.1材料性能321标准军用贝雷桁架及其组件自重G=2.75Ｋｎ／片;力学性能：弹性模量Ｅ=2。1×10５Mpa;惯性矩Ｉ＝25０500cm４（不加强)；容许剪力〔Ｑ〕＝2４5．2kn;容许弯矩：〔M〕=78８。2ｋn·m（不加强)4.2.2荷载计算(自碗扣支架立杆传递到贝雷桁架上)(1）、模板及支架自重贝雷桁架上箱梁模板系统顺桥向重量为:30。8kｎ/m,顺桥向贝雷桁架自重为：q２=2。75Ｋｎ/片/3m×12片=11ｋn／m,两者共计3０。８＋11=41。8Kn/m(2）、新浇筑砼自重均布荷载分析箱梁中部一般断面面积Ｓ1=1３。0983-7。4580＝5.64０3㎡，箱梁自重沿顺桥向荷载分布为:S1×26　Kn/m3=14６.６5Kn/m箱梁加厚段断面面积S２=13.0983—５。９０４2=7。１９41㎡，箱梁自重沿顺桥向荷载分布为:S2×26Kｎ/m3=18７。0５　Kn/m箱梁横隔梁处断面面积S3=1３。０983－4．4３7=8。661３㎡，箱梁自重沿顺桥向荷载分布为：S3×26Ｋn/ｍ3＝2２5。19Kｎ/m（3)、施工人员、施工材料机具运输、堆放荷载取3Kｎ/ｍ2(4）、振捣砼产生的荷载取2　Kn/m2根据箱梁支架布置图可知,贝雷桁架纵梁为17。5m×2两跨连续梁，横桥向共计设置1４片贝雷桁架纵梁,边上的两片贝雷桁架考虑不参与受力,故计算时只考虑上部现浇箱梁的砼荷载由中部的１２片贝雷纵梁共同承担。并将钢管桩与横梁的接触面设为铰支座，其力学简化模式如下图所示:贝雷片受力荷载简图：其中：q1=(41。８+1８7.05+3×10.275＋２×10。275)/12=２３.352　Kn/ｍq2=(４1.8+14６.6５+3×１0.2７5＋2×1０。275）/１2=19。９85Kn/ｍq３=(41.８+225．19+3×１0.275+2×10。275)/12=26.530Kn/ｍ由受力简图可知，此结构为一次超静定结构，可应用立法方程解之：R１=Ｒ1＇=KnR２＝　Kn注:计算比较繁琐，限于篇幅，这里只给出计算结果.弯矩图及剪力图M图MMax＝Q图QMax=跨中最大弯矩M１=489.1×6。５6－6９。25×(6．56+0。5)2/2=148２．６

4kn·m支点最大负弯矩Mmａx=(１7．５+0.5）×69．25×９－4８9.1×1７。５＝2659。3kn·m容许弯矩［Ｍ]=788×4=315２kn·m≥Mmaｘ＝26５9.3ｋn·m弯矩富余系数μ=［M］／　Mmax=1.18最大剪力Ｑmax=Ｐb/２＝７57。4kn容许剪力［M]=245。2×4＝980。8kn≥Ｑmax=７57。4ｋｎ根据两跨均布荷载连续梁跨中最大挠度计算公式:fmax＝　0。５21ｑL4/１00EＩ=0．5２１×６9。２５×103×(１7。５）4/(4×１００×2.10×1０11×250500×１0-８)=0.０16m＝16㎜;贝雷桁架纵梁受力符合要求!4.3工字钢横梁的受力计算每排钢管桩顶承托一根横梁，边横梁为:3Ｉ３6,中横梁:4I５0,其力学性能为：３I36:E=２。１×１05Mpa　I=cm4Wx＝　　ｃm3Ix：Sx=cmd＝　mm4I56：E=2。1×105ＭpａI=cm4Wｘ=　cm３Ix：Ｓx=cmd=　mm下面以中横梁为例，对其受力进行计算,其力学简化模式如下图所示:受力简图:由受力简图可知，此结构为一次超静定结构,可应用立法方程解之：(1)、内力计算:弯曲正应力σMax=Mmａx／Ｗx=　　　　=Ｍpa＜[σ]＝１4５Mpa剪应力τMax＝QMax·Ｓm/（Ix·ｄ)=　　Ｍpa<[τ]=８５　Mpa(2)、变形计算：　ｆMax＝　ｍm<Ｌ/４0０=mm　4。4钢管桩立柱的受力计算4。1。1材料性能钢管桩规格:外直径φ=１00㎝、管壁厚度δ=8㎜力学性能：弹性模量E=2．1×105Ｍｐa惯性矩：Ｉx=Л/６4(D4－ｄ4)=Л/64(1004-98.4４）=306699。5cｍ4截面面积Aｓ=Л/４(D２—d２）＝Л/4(1０02-98.4２）=249.3cm2回转半径ix=ｓｑrt(）=35．07cm4.1。2荷载计算(承担自贝雷桁架横梁传递荷载）由贝雷横梁计算结果可知，在贝雷桁架17．5m×2连续梁中支墩部位荷载最大,则直接取该处钢管桩进行验算承载力（N＝1５９7。７kn)。钢管桩自重按15ｍ长度取值，则g１＝15×19５。7/10０=29。４kn;钢管桩立柱自由长度均≤６ｍ。1)钢管桩立柱承载力验算

5强度：σ=稳定性:钢管桩承担最大竖向荷载Ｎmax=159７。7＋29。4=１627。1kn由[　Ｎ］=ψ×［σ］×A长细比λ=L/r＝600÷35.1=１7,查的弯曲系数ψ＝0.９78[N］＝Aσψ=0。97８×24９。32×１02×1４0÷1０3＝3413　kn＞N＝１627。1kn为确保钢管桩上下支点受力均匀,在顶底部分别浇筑60㎝高度处C２0钢筋混凝土协助局部荷载均匀扩散,同时基础底部需要与临时基础或承台面进行有效固结以限制活动（详见相关钢管桩立柱细部设计图)。钢管桩立柱承载力满足要求!4。5临时墩基础的受力计算1)材料性能中支墩基础Ｃ20钢筋混凝土浇筑,顶底板分别分布一层φ12@200㎝钢筋网片；混凝土强度标准值fcｋ=13。4N/㎜2;钢筋强度标准值ｆｙk＝335N/㎜2；连续梁中支墩基础尺寸：　９×2．8×0.5m；简支梁中支墩基础尺寸:9×1。６×0．5m;地基基础承载力Fa≥１８0Kpa。钢管桩立柱立面构造示意图

61)承担荷载(承担自钢管桩立柱传递荷载）由贝雷横梁与钢管桩承载力计算结果可知:贝雷桁架17.5m×2连续梁中支墩部位竖向荷载F1=N=1５97。7×2＋110８。3+2９.４×３＝４391.9ｋn贝雷桁架2０。4m简支梁支墩部位竖向荷载F２=N=766.8×2＋5３2+29.4×3=2１53。8kn2)临时钢筋混凝土基础承载力验算1７.５ｍ×2连续梁中支墩基础受力计算:由地基容许荷载ｆ容=Ｆa×A1=18０×９×2。8=4536kn≥F1＝４391。9ｋn20。4m简支梁支墩基础受力计算:由地基容许荷载f容=Ｆａ×Ａ１=180×9×1。６＝2592ｋｎ≥F2=2153。8kn．临时中支墩钢筋混凝土浇筑前基础原地面需要处理并确保大于１8０kpa承载力,同时基础底部高程应该低于附近地表不小于20㎝。临时钢筋混凝土基础承载力满足要求！结束语（体会)优点不足