丹江特大桥高墩独柱大盖梁施工支架方案比选
【摘要】本文介绍陕西丹界1标丹江特大桥在独柱大盖梁施工前方案比选时的支架计算原理及过程，对类似工程方案确定具有一定的指导意义。
【关健词】：独柱大盖梁施工支架方案比选
1 工程概况：
西(安)合(肥)西部大通道陕西境商州至陕豫界高速公路丹界段第DJN1标段。起止桩号为〔K145+321.873——K150+650〕，路线全长5.328米。主要工程为路基、桥涵工程，设计为双向6车道，路基宽度为33.5米：含特大桥一座1190.5米、大桥一座146米、中桥一座46米，合计桥梁长度1382.5米。其中丹江特大桥处于丹江河道内，18#--32#墩柱为独柱上设一个盖梁，墩柱最高达到41米，最大盖梁是18#墩，有112m3混凝土。其余盖梁有102 m3混凝土。并且，18#--32#墩位于平曲线超高段上，最大横坡为6%，施工难度很大。丹江特大桥18#-33#盖梁示意图如下：
19#-33#最大墩高：41.1m
18#盖梁混凝土方量为：112.8方，横坡2%
19#-33#盖梁混凝土方量为：102.5，最大横坡6%
2 初选施工方案简述：
丹江特大桥18#-33#盖梁支架初选方案示意图及实际施工图如下：
2.1抱箍受力面板为1.8cm厚钢板，每个抱箍依靠24个M30高强螺栓连接。
2.2 盖梁支架为全钢结构。支架高6.5m，上弦杆采用56b工字钢，弦杆长15.2273m并考虑6%单向横坡；斜杆采用350×175H型钢，由于横坡影响，两侧斜杆分别长8.6721m和9.7791m；其它各连接杆件为对抱14槽钢。盖梁支架与抱箍之间用高强螺栓连接。
2.3盖梁支架上的横耽用350×175H型钢，间距1.5m。
2.4荷载数据：按最不利工况考虑：
（最不利工况指：103方混凝土，盖梁钢筋，模板全部作用在盖梁支架及抱箍上，实际上墩柱之上的盖梁混凝土和盖梁钢筋重量大部分被墩柱本身承受。）
（1）、配套设施：1 T
（2）、砼重：103*2.4=248T
（3）、钢筋重：5T
（4）、模板重：5T
合计：259T 验算荷载按照300吨计算。荷载安全系数为300/259=1.16
2.5荷载传递路径：
2.6验算重点：
2.6.1 抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求；
2.6.2 盖梁支架的强度及空间稳定；
3 抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求验算：
3.1螺栓个数确定（反算）
竖直压力（最不利工况下的荷载总和）—－静摩擦力（抱箍）－－正压力（螺栓）－－螺栓数
计算得24个M30高强螺栓连接的抱箍能够承受荷载计算如下:
抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即F=f×N
而正压力N与螺栓的预紧力是对平衡力，根据抱箍的结构形式，每排螺栓个数为3，左右共8排，则螺栓总数为24个，若每个M30螺栓预紧力为F1取300KN（参考《桥梁施工常用数据手册》522页，人民交通出版社出版），则抱箍与墩柱间的总正压力为N＝24×300=7200 KN。钢板加橡胶垫后与混凝土间的
摩擦系数为0.3～0.4，取f＝0.4，则一个抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为F＝f×N ＝7200*0.4＝2880KN (288吨)
根据上面的结构形式,两个抱箍共同承受300吨的荷载,每个抱箍平均承受150吨,抱箍安全系数为:288/150=1.86 考虑到荷载安全系数为300/259=1.16
在最不利工况下抱箍的综合安全系数为：1.86*1.16=2.15
3.2抱箍尺寸验算：
3.2.1 抱箍钢板高度
根据螺栓中心间距的允许值和螺栓中心至边缘距离的允许值确定：抱箍钢板高度取50 cm。
3.2.2 抱箍钢板厚度
根据抱箍钢板的抗弯、抗剪强度反算钢板厚度（拟取3号钢板），计算得钢板厚度t≥5.1mm。
现取钢板厚度t=18mm。
4 盖梁支架结构强度及稳定性验算：
支架施工方案立面图如下：
4.1计算参数
为确保盖梁支架在施工中的安全，采用大型商用有限元分析软件MIDAS Civil对此结构进行计算，计算结果中以考虑支架本身的自重。各计算参数取值如下：
表1 支架各类杆件截面特性表
钢的弹性模量Es=2.1×105MPa .钢密度=7850kg/m3. 计算荷载按300t
4.2计算模型
4.3计算结果：
4.3.1 静力计算
在计算荷载作用下，支架的最大变形为9.1mm。满足施工要求。
在计算荷载作用下，弦杆的最大拉应力为108MPa，出现在弦杆与抱箍牛腿相接处；最大压应力为81.8MPa，出现在弦杆与短斜杆相接处。以上应力均满足钢材容许应力。
在计算荷载作用下，斜杆全截面受压，最大压应力出现在短斜杆与弦杆相接处，应力大小为125MPa〈140 Mpa。满足钢材容许应力。
根据图5支架轴里力图：大斜杆的最大压力为60吨，四个大斜杆在竖直方向上的分力为170吨，此重量被下抱箍所承受，则上抱箍承受130吨重量。根据预压及理论计算结果，抱箍可以承受。
4.3.2稳定计算
在计算荷载作用下，支架的第一阶失稳模态为结构整体面外失稳，稳定安全系数为2.521。满足施工要求。
5初选方案结论
在我们实际施工时，第一次荷载试压失败，出现的主要问题是上抱箍下滑2cm,下抱箍下滑4cm，支架斜杆变形。分析原因为：
5．1抱箍摩擦力不足，但我们在计算过程中抱箍的摩擦力是足够的，实际施工时的偏差太大，没能测出实际加在抱箍螺栓上的预紧力是否达到300KN。我们要考虑在加大抱箍的尺寸基础上加强抱箍螺栓的预紧力监控。
5．2支架横向连接无法恢复计算模型。支架计算模型为一个整体刚结构，但实际操作时，由于横向连接是在空中进行的，很难达到计算模型的要求。必须加强横向连接。
5．3预压材料应选择可流动的水。在实施预压过程中出现了较危险的场面，需要及时卸载，由于使用卵石子加载，不能及时卸载，如果改用水来加载，情况会好很多。
