钢管贝雷梁拱架计算

钢管贝雷梁柱式支架在城市立交施工中的运用

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臵

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，单幅设臵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，搁臵在沥青路面、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臵[10b槽钢连接。支墩顶面用2Ⅰ32工字钢做横梁，贝雷纵梁顶面设臵 [16b槽钢做分配梁，分配梁上设臵楔木，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=40.60 t/m

b．墩侧9.5米范围内箱梁自重（变截面段）：8.028×2.6=20.87 t/m c．跨中箱梁自重：7.262×2.6 =18.88 t/m 取均值：

q′=(40.6×0.5+20.87×9.5+18.88×3.33)÷13.33=21.11t/m ②.模板自重

外模自重：0.405t/m（底模自重）+0.802t/m（侧模自重）=1.21 t/m 内模自重：0.56 t/m，楔木自重：0.11 t/m，分配梁自重: 0.33 t/m 模板自重合计：2.21 t/m

③.纵梁贝雷片自重：0.275÷3×12=0.92t/m

④.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=1.33 t/m ⑤.振捣砼时产生的荷载:13.25×0.2=2.66t/m ⑥.钢管顶工字钢自重: 1.16 t

⑦.钢管立柱自重（立柱长6.0m）:0.6×3.14×0.006×7.85×6×5=2.66t 2.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/m

2.2验算挠度荷载时: q2= ①+②+③+④= 25.57t/m 2.3验算基础荷载时：q3= q1×13.3÷2+⑥+⑦=191.55t 3.贝雷纵梁验算

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， [ ]= L/400。 ②.由表查得贝雷片 [Q]=245.2KN [M]=788.2KN.m

Ι=250497cm4=250497×104mm4

③.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。

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 =1.80 t/m Mmax= qL2/8=1.8×1.5×1.5/8=0.5t.m＜[M]= 2.215t.m Qmax= 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=1.0 L—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=2.1×105 N/mm2

I=3.14×（D4-d4）/64=0.049×（6004-5924）=3.32×108mm4 Pk =3.142 EI/（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：200 cm（长）×80cm宽。则最大基底压力为：

p=49.8×10/2m×0.8m =311.25 Kpa，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 =194.5 Kpa，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）=401.2KPa a、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=108.16

F=75.08+5.78+108.16=188.92t=1889KN

b、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=1150KN

G2=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 =172 KPa＜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.预拱度设臵

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值设臵如下： 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=2.8 cm

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

卸架后箱梁只有两个承载点，产生的跨中（5123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：

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臵的依据， 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臵加高挡水板，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，每个断面设臵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；支墩处设臵交通警示灯，警示灯夜间连续亮灯；在远离支架100m处设臵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臵反光水马；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。

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