0 引言

　　随着桥梁施工技术的迅速发展，各种桥梁支架体系相继涌现。近年来，桥梁施工环境越来越复杂，跨河、沿海、跨路施工已成常态，梁柱式支架体系由于能满足复杂施工环境下桥梁支架的施工要求，而被广泛采用。但在桥梁施工中，梁柱式支架体系坍塌事故时有发生，支架的失稳破坏常常是导致事故发生的主要原因^[1]。这就要求在支架结构设计时，须考虑结构受力性能满足强度、刚度和稳定性的要求，同时也要满足各种施工工况要求^[2]。本文以具体工程为依托，设计了2种梁柱式支架体系搭设方案，并运用MIDAS Civil软件对2种搭设方案进行数值模拟，通过对比得出最优方案，并介绍最优方案在实际工程中的应用效果。

　　1 工程概况

　　洛阳市轨道交通1号线红山车辆段出入线特大桥采用高架结构，跨越涧河、既有陇海铁路、规划汉宫路等，线路基本平行于洛阳西南环绕城高速公路，高架长1 506m，下部结构为桩基础、承台、Y形实体墩、圆柱实心墩，上部结构为简支箱梁、连续梁。本工程桥梁均采用支架法施工，由于跨越河流、村道、市政道路，因此简支箱梁采用梁柱式支架(贝雷梁+钢管柱)进行施工。本文将对上部结构双线35m简支箱梁2种支架搭设方案进行综合分析与比选。

　　2 简支梁概况

　　双线35m简支梁采用单箱单室斜腹板形式，跨中段顶板厚25cm，底板厚26cm，腹板厚度为30cm，顶板厚度渐变至端部40cm，底板厚度渐变至55cm，腹板厚度渐变至60cm。顶板宽10.6m，底板4.7m，梁高2.0m。各梁内外侧悬臂长皆为2.55m。35m简支梁跨中断面如图1所示。

　　

　　图1 35m简支梁跨中断面(单位:cm)  

　　 

　　3 支架体系设计方案

　　针对双线35m简支梁设计了2种梁柱式支架搭设方案。方案1适用于跨越涧河、跨中无法设置支墩的情形，采用双层贝雷梁支架;方案2适用于桥下无障碍物，可在跨中设置双排支墩的情形，采用单层贝雷梁支架。

　　两种方案中模板系统的布置均一致:底模系统中面板采用15mm厚竹胶板，其下为100mm×100mm方木，方木在底板倒角及腹板下间距20cm布置，底板下间距30cm布置;外模系统采用定型钢模;内模系统采用木模及碗扣式脚手架。

　　3.1 方案1

　　跨中不设立支墩，支架自上而下布置为I10、双层贝雷梁、3I50b横向分配梁、可调整活络头、609mm×16mm钢管，如图2,3所示。

　　

　　图2 方案1支架布置横向断面(单位:cm)  

　　 

　　

　　图3 方案1支架布置纵向断面(单位:cm)  

　　 

　　支架设计特点如下。

　　1) I10在梁端腹板变化段范围布置间距≤0.6m，其余位置布置间距≤0.8m。

　　2)位于承台之外的钢管立柱下设置扩大基础，尺寸为2.6m×2.6m×1.0m。

　　3)墩身与钢管间采用抱箍及2[25b连接固定。

　　4)每排4根钢管立柱间采用抱箍及[16进行连接固定，每隔一定高度设置剪刀撑。

　　3.2 方案2

　　跨中设立支墩，支架自上而下布置为I10、单层贝雷梁、2I50b横向分配梁、可调整活络头、609mm×16mm钢管。方案2支架布置如图4,5所示。

　　

　　图4 方案2支架布置横向断面(单位:cm)  

　　 

　　

　　图5 方案2支架布置纵向断面(单位:cm)  

　　 

　　支架设计特点如下。

　　1) I10布置间距≤0.8m。

　　2)跨中支墩处采用条形基础，尺寸为2.6m×11.4m×1.0m。

　　3)位于承台之外的钢管立柱下设置扩大基础，尺寸为1.5m×1.5m×0.5m。

　　4)墩身与钢管间采用抱箍及2[20b连接固定。

　　5)每排4根钢管立柱间采用抱箍及[16进行连接固定，跨中支墩的钢管间联结系采用2[12连接，每隔一定高度设置剪刀撑。

　　4 方案稳定性分析

　　采用以概率理论为基础的极限状态设计法对支架进行分析，内容包括底模系统的强度、刚度，支架结构的强度、刚度及稳定性。由于篇幅有限，支架结构分析仅介绍其整体稳定性。荷载取值如表1所示。

　　  

　　表1 荷载取值 

　　 

　　 

　　

　　表1 荷载取值

　　4.1 底模系统分析

　　根据TB 10110—2011《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》对底模系统进行强度和刚度验算，其中荷载分项系数根据GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》^[3]取用，即恒载分项系数取1.3，活载分项系数取1.5。则计算强度时荷载组合为:1.3×((2)+(3))+1.5×((4)+(5)+(6))，计算刚度时荷载组合:(2)+(3)。

　　底模系统分析要点如下。

　　1) 35m双线简支梁腹板位置垂直厚度按2.0m计，梁端顶、底板厚度最厚按0.95m计。

　　2)竹胶板截面参数取单位宽度(1.0m)指标。

　　3)腹板位置竹胶板搁置于间距0.2m的方木小楞上，偏安全考虑按简支梁计算，其稳定性分析如表2所示。

　　4)梁端顶、底板位置竹胶板搁置于间距0.3m的方木小楞上，按3跨连续梁考虑，计算模型如图6所示，图中l为方木小楞间距。其稳定性分析如表3所示。

　　

　　图6 竹胶板计算模型简图  

　　 

　　5)腹板位置100mm×100mm方木小楞搁置于间距0.8m的I10上，按3跨连续梁考虑，计算模型如图7所示，图中l为I10间距。其稳定性分析如表4所示。

　　

　　图7 方木小楞计算模型简图  

　　 

　　  

　　表2 竹胶板(腹板位置)稳定性分析 

　　 

　　 

　　

　　表2 竹胶板(腹板位置)稳定性分析

　　  

　　表3 竹胶板(梁端顶、底板位置)稳定性分析 

　　 

　　 

　　

　　表3 竹胶板(梁端顶、底板位置)稳定性分析

　　6)梁端顶、底板位置100mm×100mm方木小楞搁置于间距0.8m的I10上，按3跨连续梁考虑，计算模型如图7所示，图中l为I10间距。其稳定性分析如表5所示。

　　4.2 支架体系分析

　　采用MIDAS Civil 2017软件对2种支架体系进行建模计算。建模前基本假定:(1)支架构件均采用梁单元模拟;(2)贝雷片释放梁端约束;(3)钢管立柱底部采用铰约束;(4)扶臂与墩身连接处仅约束水平位移;(5)桩顶分配梁与钢管立柱、贝雷片与桩顶分配梁、横向I10与贝雷片等均采用弹性连接中的刚性约束。

　　根据JTG/T D65—01—2007《公路斜拉桥设计细则》，弹性屈曲的结构稳定安全系数应≥4^[4]，故利用MIDAS Civil 2017软件计算支架整体稳定性时要求屈曲稳定系数≥4。

　　4.2.1 方案1支架体系分析

　　方案1支架分析结果如图8所示。整体稳定性分析时，支架按本模型布置横向支撑架和水平支撑架，其一阶屈曲系数为8.07>4，满足设计要求。

　　4.2.2 方案2支架体系分析

　　方案2支架分析结果如图9所示。整体稳定性分析时，支架按本模型布置横向支撑架和水平支撑架，其一阶屈曲系数为10.1>4，满足设计要求。

　　  

　　表4 方木小楞(腹板位置)稳定性分析 

　　 

　　 

　　

　　表4 方木小楞(腹板位置)稳定性分析

　　  

　　表5 方木小楞(梁端顶、底板位置)稳定性分析 

　　 

　　 

　　

　　表5 方木小楞(梁端顶、底板位置)稳定性分析

　　

　　图8 方案1支架体系分析结果  

　　 

　　

　　图9 方案2支架体系分析结果  

　　 

　　5 方案比选

　　对上述两种方案进行稳定性分析。

　　1)底模系统中竹胶板及方木小楞的各项力学指标均满足设计要求。由此可知，底模系统的布置合理可行。

　　2)两种方案支架体系的数值模拟分析结果中强度、刚度及稳定性均满足设计要求。由此可知，两种方案的支架体系布置均合理可行。

　　3)通过对比两种支架体系求解的一阶屈曲系数可知，方案1的一阶屈曲系数小于方案2的一阶屈曲系数。

　　为保证施工安全，建议施工现场有条件时尽量选择方案2。

　　6 结语

　　本工程施工时结合现场施工条件，同时考虑施工安全因素，选用方案2梁柱式支架设计体系进行施工，且严格按设计方案进行搭设。施工过程中支架结构体系稳固，证明方案2的支架体系布置是合理可行的。结合整个施工过程，在合理选择支架体系方案的同时，还应高度重视支架基础的处理及基础的排水措施，只有各环节都达到相关技术规范标准，才能确保支架安全。

　　综上所述，本文结合实际工程对两种梁柱式支架搭设方案分别进行了稳定性验算，并将计算结果进行了对比分析，可为今后类似工程的支架设计与施工提供有益的工程经验。