超高桥墩盖梁施工支架体系设计计算研究

超高桥墩盖梁施工支架体系设计计算研究

郝张鹏

中设科欣设计集团有限公司 311100

摘要：随着城市化进程的不断加快，工程建设项目逐步增多，其中桥梁工程承担着交通运输的重要使命，是城市基础设施建设的重要部分。在桥梁工程施工中，超高桥墩盖梁施工法是在桥梁工程设计与施工理念不断优化的过程中诞生的，是建筑机械技术革新与进步的结果，在条件允许的情况下实施超高桥墩盖梁施工法可实现对周边环境影响最小、工地整洁通透、人们出行方便、交通来往无阻等效果，在城市交通日益拥堵的今天，是桥梁及施工的重要发展方向。基于此，文章主要针对超高桥墩盖梁施工支架体系设计计算进行了详细研究，以供参考。

关键词：超高桥墩；盖梁施工；支架体系；设计计算

前言：依据普通的桥梁结构，桥台位于桥头的“引道”处，在岸坡与路基直接相连；桥墩往往设置于桥梁的中间区域，负责支撑桥梁整体结构产生的内部压应力；盖梁位于桥墩顶部，用于连接桥梁上部的构造。以双圆柱墩身超高桥墩为例，桥墩底部开始向上约有四分之三的高度均为桩基，与盖梁共同构成承重体系。

1某超高桥墩盖梁施工工程概况

本文选择的超高桥墩桥梁整体类型为悬索式桥梁，主跨长度近700m，主要形式为“单跨钢箱”。其中，北向引桥全长超过1200m，属于连续的T梁桥，结构形式为预应力混凝土“先简支后连续”形式。跨径布置的相关参数为4×48mT梁（3联）+5×33mT梁（3联）+4×33mT梁（2联）。北引桥作为本研究主要引用部分，桥墩墩身的建设情况如下：

S1-S10段桥墩墩身属于单箱双室形桥墩，桥墩内保持空心状态，墩壁厚度不高（该段承重压力不大，故经过严谨计算，按照上述桥墩设置足以承受该段及整体分摊的压力）。S11-S24段桥墩墩身全部为实心，且整体呈现出长方体形状；S25-S32段桥墩墩身为单圆柱体形态。从S11段开始直到S32段的所有桥墩主要负责承载桥梁的整体的应力，均为实心。

北引桥S1-S24段桥墩的盖梁使用强度达到C50的预应力钢筋混凝土进行浇筑；S25-S32段桥墩的盖梁使用强度达到C40的钢筋混凝土浇筑。经过统计测算，北引桥超高桥墩盖梁中，最大混凝土浇筑方量近140立方米（具体值为139.73m³）。

总体而言，北引桥桥墩、盖梁等承重结构形式多样，经测量，最大悬臂长度近7m（6.96）m，最高墩身长度达到48.31m。

2超高桥墩盖梁施工支架体系设计计算

2.1盖梁支架设计比选

桥墩又称为“帽梁”，主要作用在于支承、分布并传递桥梁上部结构产生的所有荷载（分别承载来自桥面的荷载及压应力，通过桥墩向下传递）。为了保证桥梁整体的施工质量，必须要全面保障盖梁支架的施工质量。目前，可供选择且十分常见的超高桥墩盖梁施工方式主要分为三种。

2.2三种盖梁支架设计方案的综合特性对比

⑴落地支架。此种施工工艺可细分为钢管柱支架、脚手架、钢管满堂支架，主要利用承台或地基承载桥面传递而来的压应力等荷载。此种盖梁支架设计方案的优点共有两项：其一，盖梁支架受力十分明确，搭设过程较为方便，可在极短时间内成功搭建，不会对工期造成任何影响。其二，操作便捷，技术应用十分成熟，安全性可保证。但此种方式也有缺点：其一，杆件较多，结构占用的面积很大，对桥梁工程整体的稳定性要求极高。其二，对桥梁地基的承载力要求较高。

⑵预埋钢板+托架法，业内人士称为“无落地支架牛腿托架法”，主要以桥墩墩身承载压应力等荷载，需在桥墩墩身预埋钢板后，焊接牛腿托架。该方式的优点为：其一，与落地支架相同，受力明确且搭设过程并不复杂；其二，不需要处理地基，可随时开始作业；其三，如果施工期间需要使用大型材料，则周转过程十分便捷，不会出现任何阻碍。缺点在于：其一，预埋钢板会对墩身的外观造成影响，损毁了桥墩美观；其二，支点会承受较大的压力。

例如，高架桥由于条件限制，桥墩位于现状道路中分带内，下部采用T型桥墩结构和门型结构。某大道高架桥共计138个桥墩，其中114个T型盖梁桥墩，24个门型墩。为尽可能减少对交通的影响，本次提出下部结构无落地支架施工方案。

针对该项目实际情况，结合造价、限制条件、桥下道路空间、交通通行影响及施工推出无落地支架现浇。

1.托架形式。本项目桥墩最小高度为6.0m，且盖梁单侧悬臂长度最大为10.8m。托架主要结构位于盖梁下方，针对本项目桥墩尺寸，托架会入侵道路限界，影响交通。并且，托架斜杆主要承受压力和弯矩，为压弯构件。可能会出现构件失稳。

2.挂篮形式。本项目桥墩盖梁单侧悬臂长度最大为10.8m，悬臂长度较长，现浇混凝土施工时支架将承受很大弯矩。若采用分段浇筑，将增大施工难度，增加施工费用。

本项目T型盖梁桥墩数量较多，结构形式基本类似，桥墩高度上有较大区别，主要集中在6.0m-19.0m。为适应桥墩高度的变化，无落地支架方案由最大高度6m竖撑和高度为3m或4m的斜撑组成，可根据墩高调整斜撑高度、竖撑高度和斜撑数量。本工程盖梁悬臂长度集中在6.45m-10.8m，长度不一致导致盖梁底缘斜率不一致。支架方案对盖梁底缘斜率变化的适应主要通过调整分配梁来实现，支架上的分配梁可采用型钢（工字钢、H型钢）等形式，通过调整分配梁的高度来调整盖梁底模板的斜率，以达到调整盖梁底缘斜率的目的。

⑶预埋爬锥+托架法，方法与预埋钢板法大致相同，区别在于墩身保护层内没有铁件，修补容易。缺点为爬锥定位作业的要求较高。

对三种方式进行比对后，结合桥梁工程所在区域的地基情况（软基多，前期处理成本高，耗时长），决定选用预埋爬锥+托架法（无落地支架）。

2.3基于有限元模型的支架体系设计计算

2.3.1支架体系结构整体的荷载与荷载组合计算

本工程桥墩盖梁的施工方式为贝雷法，在墩身预埋爬锥埋件系统。承重结构设置如下：分别在桥墩两侧设置8排贝雷（均为单层）；用于分配梁的钢型号为I20a；在上述基础上，在改良悬臂处安装三角托架（具体数量为4片），并在托架上方安装已经定型的大块钢膜。荷载及组合计算中纳入的具体参数如下：

⑴结构自重直接导入结构具体重量值，无需额外计算。

⑵人群荷载设定为2.7kN/m²。

⑶悬臂段的混凝土压力界定范围（不考虑线性变化情况）为35.8-68.1kN/m²。

⑷墩身悬出段混凝土压力（针对盖梁而言）：13.9kN/m、13.3kN/m（作用区域不同）；侧模的自重区2.0kN。

根据现场实际情况，盖梁荷载组合为：①段-⑤段系数参数均为1.2，⑥段系数参数为1，结果进行相加计算。

采用Midas有限元程序进行计算。对支架整体结构进行三维空间建模，并对各种杆件赋予各自材料特性(见图1)。

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图1南引桥盖梁支架Midas计算模型

支架结构体系各构件的计算结果汇总如表1所示。

表1盖梁支架各构件计算结果汇总表

2.3.2砂筒计算相关内容梳理

砂筒计算采用适用极限状态法，计算涉及的具体内容为：考虑砂预压情况下的砂容许的支承压应力。其他组成构件为：砂筒外壁的无缝钢管型号为φ325mm×16mm；砂内筒的无缝钢管型号为φ273mm×10mm，上下顶板的钢板厚度均为20mm；在内筒壁应足量浇筑混凝土。经过计算，承重梁（规格为2I54a）底的最大竖向荷载P达到400kN。

在计算过程中，考虑到砂筒会出现非弹性变形情况（一旦出现便会增加砂的承载能力），故为了减小此种影响，在计算前需进行等荷载预压处理。在此基础上进行计算后，发现砂承载能力、外筒壁侧压力、外筒壁承载应力三项指标均符合相关要求。

通过砂筒计算，为盖梁支架计算带来了诸多有效参考，保障了盖梁支架计算结果的有效性，为盖梁的安全施工提供一种更加简便、新颖、成本较低的施工方法，促进行业内高架桥施工新技术的发展。

结束语：

通过有限元软件Midas和手算的方式结合，正确建立计算模型，分析得当，保证了施工的安全性。总之，深入研究超高桥墩盖梁施工支架体系设计计算，对类似工程具有一定得借鉴意义。

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