1 工程概況
天津市區(qū)至濱海新區(qū)快速軌道交通工程K15 +23115～K16 + 316.5 段為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁長主要為3 ×25 m ，梁寬819 m。箱梁橫截面為單箱單室結(jié)構(gòu)，梁高1.5 m ，頂板厚25 cm ，底板厚20 cm ，標(biāo)準(zhǔn)腹板厚40 cm。梁體混凝土強(qiáng)度為C50。本作業(yè)段位于古河床上，地基由原排水溝回填雜土形成，承載力較差。施工區(qū)域人口密度較大，主橋需跨越三條繁忙的交通路口。
2 跨路施工支架構(gòu)造
工程中三處過路口地段，居住人口密集，來往車輛較多，為方便群眾出行，必須保證道路通暢。根據(jù)交通部門要求，路口設(shè)計(jì)寬度為5 m ，高度≮4.5 m。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，決定在路口處搭設(shè)“龍門”，其余部分采用碗扣滿堂支架。支立支架前需對(duì)原地面進(jìn)行硬化處理，處理方法分龍門立柱基礎(chǔ)和普通支撐基礎(chǔ)兩部分。龍門立柱采用獨(dú)立基礎(chǔ)，挖深550 mm，就地拌制灰土夯實(shí)，施作C10 混凝土墊層，墊層上施作C20 混凝土基礎(chǔ)，并安放好預(yù)埋件。普通支撐基礎(chǔ)處理采用換填工業(yè)廢渣、碎石和灰土并墊放方木?；A(chǔ)處理完成后，分別搭設(shè)龍門和碗扣支架。龍門寬5 m ，高4.5 m ，垂直主橋軸線方向分為兩跨，每跨4 m。龍門立柱采用薄壁鋼管，立柱上用工字鋼作為橫梁，橫梁與立柱、立柱與基礎(chǔ)預(yù)埋件之間均以焊接形式連接。橫梁上等距離架設(shè)10 根工字鋼作為縱梁，縱梁上安放縱橫兩層方木。碗扣支架采用φ48 鋼管，按市政工程施工規(guī)范中有關(guān)腳手架施工的要求搭設(shè)，豎向步距1.2 m ，平面步距60/90 cm×60/90 cm。跨路口處施工支架布置見圖1。
跨路施工支架布置圖
此方案能夠滿足交通部門關(guān)于路口通行的要求，施工簡便，支架易裝易卸。但由于地基承載力差，必須先對(duì)地基進(jìn)行硬化處理，一次性投入費(fèi)用較高，因此只在三處跨路施工時(shí)采用。
3 施工支架檢算
3.1 檢算荷載取值
支架所受恒載為鋼筋混凝土梁體的自重，活載(包括支架與模板自重) 按恒載的25 %考慮，設(shè)計(jì)安全系數(shù)按1.2 計(jì)。每聯(lián)三跨梁體C50 混凝土用量368.42m3 ，鋼筋混凝土重度26.0 kN/m3 。由此得每聯(lián)支架承受鋼筋混凝土梁體恒載為368.42 m3 ×26.0 kN/m3 = 9 578.92 kN ：
每跨支架計(jì)算荷載為(9 578.92 kN ×1.25) ÷3 ×1.2 = 4 789.46 kN。
3.2 順橋向5 m跨鋼梁設(shè)計(jì)及檢算
龍門支架沿主橋軸線方向共等距布置10 根鋼梁，與垂直軸線方向的鋼梁焊接在一起，梁上均布單向荷載，在檢算時(shí)按簡支梁計(jì)算。為確保施工安全，考慮荷載由中間8 根鋼梁承擔(dān)，則每根鋼梁承受的線荷載設(shè)計(jì)值q = (4 789.46 kN ÷25 m) ÷8 = 23.95 kN/m ，由此計(jì)算鋼梁截面彎矩和截面抵抗矩為：
Mmax = ql2/8 = 23195 ×52 ÷8 = 74184 kN·m：
W = Mmax /f= 74.84 ×106 N·mm/(215 N/mm2 ) =348.09 cm3 。
與工字鋼截面特性表中所列標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，初步確定選用I25a 型工字鋼，WI25a = 401.9 cm3 。雖然鋼梁強(qiáng)度滿足要求，但鋼梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比l1/b1 = 43.10 ，大于不需計(jì)算整體穩(wěn)定性的最大l1/b1 值(13) ，因此需檢算鋼梁的整體穩(wěn)定性。根據(jù)鋼梁的跨度和選型情況，查鋼梁穩(wěn)定系數(shù)表并經(jīng)轉(zhuǎn)換計(jì)算求得該I25a 鋼梁的整體穩(wěn)定系數(shù)φ′= 0.643。考慮此系數(shù)后，鋼梁受壓截面抵抗矩為：
W = Mmax/φ′f = 74.84 ×106/(0..643 ×215) =541.36 cm3 > 401.9 cm3 = WI25a 。
因此，鋼梁的整體穩(wěn)定性不能滿足要求，需重新考慮鋼梁選型。對(duì)照截面特性表中所列標(biāo)準(zhǔn)值，確定選用I32a 型工字鋼，此時(shí)鋼梁整體穩(wěn)定性經(jīng)計(jì)算可以滿足要求。
計(jì)算鋼梁的撓度為：
ωmax = 5 ql4/384 EI = 5 ×23.95 kN/m ×( 5 m) 4 ÷(384 ×2.06 ×105 N/mm2 ×11 076 cm4 = 0.85 cm < [ω]= 500 cm/250 = 2 cm ，剛度滿足要求。
鋼梁受壓翼緣自由外伸寬度與其厚度之比l2/h= 3.13 ， 小于需計(jì)算局部穩(wěn)定的最小l2/h 值( 13 = 13) ，滿足鋼梁的局部穩(wěn)定要求。
由此可見，沿橋軸線方向5 m 跨鋼梁選用I32a 型工字鋼，其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均可滿足要求。
3.3 橫橋向4 m跨鋼梁設(shè)計(jì)及檢算
龍門支架垂直主橋軸線方向的鋼梁所受荷載由上部鋼梁傳遞下來，受力點(diǎn)較多(10 個(gè)) 且均勻分布在上翼緣，故可按簡支梁均布單向荷載考慮。鋼梁承受的線荷載設(shè)計(jì)值q = [ (4 789.46 kN ÷25 m ×5 m)/2 ] ÷8m = 59.87 kN/m。
按3.2 節(jié)方法計(jì)算，垂直主橋軸線方向4 m 跨鋼梁選用I36a 型工字鋼，其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿足要求。
3.4 鋼管柱設(shè)計(jì)及檢算
龍門由6 根立柱支撐，此時(shí)每根立柱實(shí)際承受上部鋼梁傳遞的荷載力為：
N = (4 789.46 kN ÷25 m ×5 m) ÷6 = 159.65 kN。
在材料選用時(shí)需同時(shí)考慮鋼管柱符合軸心受壓穩(wěn)定條件和強(qiáng)度要求，初步確定選用φ245 ×8 熱軋無縫鋼管，則有：
A =π×122.52 - π×(122.5-8) 2 = 5 956.46 mm2 ，
Ix =π/64 ×(2454 - 84 ) = 176 861 879.60 mm4 ，
ix = = 172.31 mm ，
λ= l0/ix = 4 500/172.30 = 26.12 < 150 = [λ] 。
因此該鋼管柱不是長細(xì)桿，符合軸心壓桿穩(wěn)定條件。由長細(xì)比λ的取值查表求得軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)φ≈0.970 ， f = 235 N/mm2 ， 則鋼管柱承受臨界荷載力Nmax = fφA = 1 357.96 kN。
鋼管柱可承受的臨界荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上部傳遞來的荷載要求，因此考慮重新選型，經(jīng)試算可選用<159 ×4熱軋無縫鋼管，柱的長細(xì)比λ= 35146 ，符合軸心壓桿穩(wěn)定條件：臨界荷載Nmax = 435130 kN ，滿足強(qiáng)度要求，因此決定選用此型鋼管柱。
3.5 鋼管柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
鋼管柱基礎(chǔ)采用C20 混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，下設(shè)100mm 厚C10 混凝土墊層。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和有關(guān)勘察設(shè)計(jì)資料，地耐力P 取0.1 MPa ，C20 混凝土基礎(chǔ)軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f 取1.1 M/a 。
由公式P = N/A 計(jì)算鋼管柱基礎(chǔ)所需最小底面積Amin = N/[ P ] = [ (4 789146 kN ÷25 m ×5 m)P6 ] ÷0.1 MP = 1.60 m2 。為確保安全，采用邊長為1.4 m 的正方形，實(shí)際基礎(chǔ)底面積A = 1196 m2 ，大于要求的最小基礎(chǔ)底面積，滿足安全要求。
根據(jù)C20 混凝土基礎(chǔ)可承受的沖切承載力大于其實(shí)際承受上部傳遞下來的壓力，即：
N1 = 0.6f 1μm ho = 0.6 ×1.1 MPa ×(159 mm + ho )ho > N = 159.65 kN ，計(jì)算得ho > 419.64 mm ，因此選用基礎(chǔ)厚度為450 mm可以滿足要求。
4 結(jié)束語
本工程根據(jù)實(shí)際情況，在跨路施工中采用了“龍門”加碗扣滿堂支架方案，在確保繁忙路口正常通行的同時(shí)，通過對(duì)龍門各組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力檢算，既保證了施工安全的要求，又充分考慮了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的因素，為同類工程施工支架設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。
