盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁施工方法研究

盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁施工方法研究

相彦武、陶秋、王鹏川、艾俊丞、袁杰

            中国建筑一局（集团）有限公司 四川省  100000

摘要：盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁是采用焊接法制作的构件，在实际施工过程中需要采取一定的加固措施，以免影响工程建设的质量，为此本文就盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁设计，结合国家标准研究了工字钢支撑横梁的变形、截面、正应力以及截面扭转刚度等参数，并总结工字钢支撑横梁施工要点，以便发挥工字钢支撑横梁作用，提升工程建设的总体质量。

关键词：盘扣式外架预留洞口；工字钢支撑横梁；施工方法

引言：随着我国科学技术的不断发展，当前工字钢支撑横梁在路桥工程建设中的应用愈加广泛，且该项施工技术的应用不仅缩短了工程建设的工期，还凭借优越的力学性能以及结构性能，解决了钢结构跨度增加、挠度增加以及结构变形的问题，尤其是在全焊接结构工字钢支撑横梁中，其对桥路工程结构的安全性起到了保障作用，对于路桥工程建设具有重要意义。

1. 盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁设计

对盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁进行设计，要明确横梁的支撑节点，并基于曲线双工字钢翘曲变形以及结构扭转等物理现象，探究工字钢支撑横梁现有框架模型分布，然后利用有限元分析验证方法总结工字钢支撑横梁的正应力分布规律。

1.1现有框架模型

工字钢支撑横梁的基本功能是传递侧向水平荷载。如在受到风力荷载时，跨内的横梁能够将风荷载传递给桥面板，而在支点处横梁则能够将跨内桥面板传递而来的风荷载转移给支座。在受到曲线桥曲率作用时，桥面主截面轴向力会产生径向分力作用，并将分力作用直接作用在桥面板和钢梁上，直至钢主梁下翼缘的径向作用力传递给横梁框架模型，并作用于桥面板[1]。待至横梁框架模型受到扭转屈曲约束力时，为了保证支点受压力的均匀性，横梁会产生水平方向力，并直接作用在横梁框架模型上。另外，当横梁框架结构只能承受竖向集中荷载时，横梁框架会在曲率作用下传递截面正应力。但是在主梁下翼缘正应力不均衡的情况下，横梁会产生框架面内竖向弯曲变形和轴向变形。

1.2横梁纵桥向变形

基于前文所述，桥梁框架变形主要是受到不均衡的正应力，在工字钢支撑横梁开口截面厚度小于其框架长度和宽度时，工字钢支撑横梁在一定尺寸范围内会被视为薄壁杆件，且框架长宽厚并未满足桥梁混凝土和钢的弹性模量。为此，在设计过程中，需要保证工字钢支撑横梁结构的最大宽度为支点截面支座间距，当开口截面发生约束扭转时，一是要具备与直梁相同的绕截面，二是要基于特有的截面桡度，考虑到曲线梁沿梁长方向外荷载轴力为0，曲线开口截面约束扭转量为Ｅ１，截面主扇性惯性矩和自由惯性矩为s和t，计算出横梁弯矩耦合作用为，基于整个求解结果，现有简易支梁两端都约束了横梁的扭转力，因此在实际结构中，选择采用横梁刚度连续化方法处理横梁纵桥向变形。

1.3横梁的开口截面

考虑到横梁纵桥向变形，在设计横梁开口截面的过程中，要在圣维南扭转刚度增大的条件下，减少横梁数量。在算例中，工字钢横梁的约束扭转规律与组合梁的约束扭转规律进行类比，表明横梁是在偏载作用下截面的效应由竖向弯曲作用和约束扭转作用组成。在竖向弯曲作用下，内外侧主梁会沿着纵桥向产生相同的纵向变形。而在约束扭转作用下，截面发生了翘曲变形，为此在设计时更改了内外侧主梁腹板的应力分布，根据T1和T2表示腹板变形的力学效应可知，内外梁腹板沿纵桥向的总变形力为

1.4横梁截面正应力

基于横梁的开口截面和变形应力，在设计时需要更改横梁在竖向的反对称弯曲变形，假设内梁侧为正弯矩，外梁为负弯矩，在同一翼缘处，当内梁侧应力大于外梁侧应力时，横梁会受到竖向弯曲效应和腹板变形效应叠加。原因是当横梁截面靠近加载点时，下翼缘拉应力水平远远大于横梁截面，而随着曲率产生的径向分力增加，横梁框架效应也会相应增加。横梁不同点的的对角线应力具有一定差异性，当横梁在加载点另一侧时，横梁加载点截面两侧会由于扭率而出现正负相反的关系，导致横梁的翘曲变形也呈现相反的方向[2]。为此，在设计过程中，基于横梁正应力的分布规律，对横梁应力值进行解析，以便求得横梁结构变形所产生的正应力。根据横梁弯曲变形与竖向变形之间的应力值之比，将各效应解析值进行拟合，得出横梁纵桥向弯曲变形应力与扭率分布规律相似。

1.5截面抗扭刚度

通过上述探究发现，工字钢横梁开口截面抗扭刚度小，越靠近支座截面位置，横梁的纵桥向变形越明显，为此在设计时更改了横梁截面的抗扭刚度。通过限制横梁变形，降低横梁支座截面的应力程度。而在横梁靠近支点截面位置时，则采用增强梁弱轴抗弯强度的方法改变横梁截面形式。另外，在曲线桥适当增加横梁下平联，确保横梁的截面转变成“拟封闭”截面，以便提升横梁的抗扭刚度。

2. 盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁施工应用

基于上述对盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁的设计，将其应用于本次施工建设中，在施工中采用了工字钢－混凝土组合梁，主梁位置设置了4道横梁，在横梁中间还架设了2道横向端梁。

2.1更换支座

首先，在工程建设时，如果出现钢板被破坏的现象，则要对整个钢板进行替换，并利用整体顶升方法与串联油泵进行配合，更换横梁支座。同时，在建设时选用楔形钢板，将千斤顶水平放置，并保证横梁在复位时能够受力不动，利用千斤顶替换四氟板衬垫。将千斤顶布置在桥墩两侧的梁板位置，并严格把控千斤顶的最大行程，确保每次千斤顶的上升高度为5mm。在千斤顶顶升过程中，确保油泵平稳运行，而在其上升过程中，要按照工程建设标准准备安装新的支座，同时观察千斤顶的上身情况，待至安装完新的支座后即可完成施工[3]。

2.2横梁变形复位

在更换完支座后，要利用事先准备好的钢丝绳，利用手拉葫芦张拉方法校正变形的工字钢支撑横梁。在钢横梁中心和拱肋之间安装钢丝绳，确保手拉葫芦能够向工字钢支撑横梁施加反向作用力，使横梁出现反向回弹，顺利矫正工字钢支撑横梁的变形问题。而施工人员还要将钢丝绳设置在工字钢横梁两侧，并向其交替施加力，对钢丝绳进行缓慢张拉，重复放松收紧过程，保证钢丝绳每次的伸缩长度不小于5mm，以免造成工字钢支撑横梁变形的情况。待至千斤顶抬升桥面板厚，收紧手拉葫芦，使得工字钢支撑横梁在外力作用下的变形问题能够得到迅速地修复。并在此过程中，复位好横梁，完成对工字钢横梁支撑的加固。

2.3横梁加固

工字钢横梁支撑在应用施工过程中会不可避免地出现刚度不足的问题，虽然在设计过程中提升了横梁的扭转刚度，但是还要结合工程建设的实际特点，选择加固措施。在实际施工过程中，增加纵向连接结构，提升工字钢支撑横梁的额外刚度，并在纵向连接过程中增加小型纵梁，确保墩横梁与两侧相邻梁体能够有效连接，且上下纵梁的平面位置能够一一对应，两肢之间采用轻型热轧槽钢背靠背，并利用高强螺栓对其进行固定，确保两个槽钢的连接板能够穿过横梁。

结语：总而言之，通过对盘扣式外架预留洞口工字钢支撑横梁的设计，解决工字钢支撑横梁变形的问题，并在实际施工应用过程中采取必要的加固措施，降低横梁发生位移、变形的可能，并且规避横梁因约束扭转和截面应力而产生的变形，解决工字钢支撑横梁不稳固的问题，起到加固工程建设的效果，发挥工字钢支撑横梁的优势，满足桥梁工程的功能和使用要求，保证桥梁工程的建设质量和建设安全性。

参考文献：

[1]赵一飞.桥梁混凝土施工技术与裂缝预防措施[J].黑龙江交通科技,2023,46(09):120-122.

[2]赵亚,张建祥.双拼45~#C工字钢腰梁+钢管支撑在深基坑工程中的应用[J].四川建筑,2021,41(04):106-107.

[3]李文督, 铝合金模板支撑体系中悬挑工字钢部位配模施工技术. 天津市,中建二局第四建筑工程有限公司,2022-06-28.