摘要 在高速公路橋梁施工時(shí)，經(jīng)常遇見跨線施工的工況，箱梁施工法憑借其效率較高、承載能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。文章以廣西某高速樞紐工程為例，簡(jiǎn)述了跨線橋梁從支架施工、箱梁吊裝的完整施工過程。通過數(shù)值模擬，對(duì)支架荷載進(jìn)行受力分析，確保了施工過程的安全性，也證明了該施工方法的可行性，研究成果可為類似工程提供一種參考。

關(guān)鍵詞 箱梁；支架；有限元計(jì)算；受力分析

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）21-0091-03

0 引言

隨著生活質(zhì)量的提高，高速公路的建設(shè)也在如火如荼地進(jìn)行。在高速公路網(wǎng)的建設(shè)中，受到地理?xiàng)l件等因素的制約，新建高架橋梁橫跨既有線路的案例越來(lái)越多[1-3]。箱梁施工憑借其堅(jiān)固可靠、施工效率高、具有經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)，在橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。

該文以廣西太陽(yáng)高速公路樞紐B、C匝道工程為例，匝道上跨梧柳高速主線時(shí)采用鋼箱梁施工法進(jìn)行建設(shè)。利用橋梁分析軟件Midas Civil對(duì)施工過程中支架的受力特性進(jìn)行模擬，對(duì)施工過程中支架所受到的內(nèi)力進(jìn)行分析。該文的案例分析可以為類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

B匝道鋼箱梁橋跨布置為2×50 m，為兩跨等高變寬連續(xù)結(jié)構(gòu)。梁橫斷面為單箱五室結(jié)構(gòu)，梁高2.2 m，寬度最大15 m，最小9.4 m。C匝道鋼箱梁橋跨布置為2×40 m，為兩跨等高變寬連續(xù)結(jié)構(gòu)。梁橫斷面為單箱五室結(jié)構(gòu)，梁高1.8 m，寬度16.5 m。B、C匝道及支架平面布置圖如圖1所示。

該項(xiàng)目為跨高速施工的鋼箱梁，施工期間要保持高速路一定的暢通性，采用的施工工法為結(jié)合交通導(dǎo)改的半幅封路半幅施工的工法。先進(jìn)行高速左半幅封閉施工，右半幅導(dǎo)改通行。在施工前將橋面分為不同區(qū)域，施工時(shí)先進(jìn)行支架的搭接，搭接完成后進(jìn)行箱梁的吊裝與拼接。一側(cè)的橋面完成后，拆除支架，進(jìn)行另一段橋面的施工。橋面施工完成后，拆除全部支架。

支架材質(zhì)為Q235B，通過焊接錨固在基礎(chǔ)上。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段支架、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段支架由立柱鋼管（φ426×8 mm）與柱間支撐槽鋼（C20a）組成井字結(jié)構(gòu)，支架頂部采用I30a工字鋼雙拼焊接作為承力橫梁。

中央分隔帶位置支架由立柱鋼管（φ630×10 mm）與柱間支撐槽鋼（C20a）焊接成井字結(jié)構(gòu)，支架頂部采用I45a工字鋼雙拼焊接作為承力橫梁，然后在工字鋼上焊接φ273×8 mm螺旋焊管用以控制橋梁安裝高程，如圖2（a）（b）所示。

支架所有連接均采用焊接，焊腳高度8 mm。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段支架、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段支架基礎(chǔ)采用1.5 m×1.5 m×0.6 m與2 m×1.5 m×0.6 mC30鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，中央分隔帶支架基礎(chǔ)采用26.16 m×2.5 m×0.6 mC30鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，如圖2（c）所示。

在修筑路面時(shí)，荷載傳遞至φ273×8 mm螺旋焊管，再傳遞至45a工字鋼梁，再傳遞至四周立柱鋼管，并作用于地基。

2 數(shù)值模擬

Midas civil作為一種有限元計(jì)算軟件，有著計(jì)算精準(zhǔn)，建模便捷的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程的計(jì)算中得到了廣泛應(yīng)用[4-5]。

2.1 荷載計(jì)算

支架自身承擔(dān)的荷載主要分為恒荷載與活荷載兩種。恒荷載主要包括上部橋面及支架自身的重量，活荷載主要包括施工時(shí)上部堆荷、機(jī)械運(yùn)行及風(fēng)力帶來(lái)的荷載。

支架荷載自重，軟件在計(jì)算過程中會(huì)根據(jù)材料參數(shù)自動(dòng)導(dǎo)入。橋段的質(zhì)量按照截面積與長(zhǎng)度求出，并加至支架頂端。施工人員荷載與機(jī)械影響荷載按照2.5 kN/m取值，其他動(dòng)荷載按照2.0 kN/m取值。

2.2 工況計(jì)算

2.2.1 B匝道施工工況

B匝道施工時(shí)，節(jié)段2的吊裝施工是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段吊裝重量最大的最不利工況。該工況下受力最大的一組支架為節(jié)段2接節(jié)段3環(huán)口的支架BP2。支架受力情況為先吊裝支撐節(jié)段2，再吊裝支撐節(jié)段3。

鋼梁在吊裝完高速路單側(cè)節(jié)段后拆除除了中支點(diǎn)支架外所有支架。中支點(diǎn)支架以拆除后中支點(diǎn)受力對(duì)中支點(diǎn)支架受力情況進(jìn)行驗(yàn)算。

B匝道施工時(shí)，先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)支架的工況荷載計(jì)算。工況1：吊裝節(jié)段2；[包含載荷：1.大鋼梁自重（BKT2～BKT6），2.施工載荷]單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（1 353.88+15×16.8×2.5）/16=100.5 kN。工況2：吊裝節(jié)段3；[包含載荷：1.大鋼梁自重（BKT7～BKT11），2.施工載荷]單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（1 269.56+18×15×2.5）/16=121.5 kN。

在進(jìn)行中支點(diǎn)支架的工況荷載計(jì)算。工況1：吊裝小

里程側(cè)（拆除其他支架后）；（包含載荷：1.大鋼梁自重，

2.施工載荷）單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（4 257.21/2+50×15×2.5）/8=500.45kN。工況2：吊裝大里程側(cè)；（包含載荷：1.大鋼梁自重，2.施工載荷）單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（1 808.2/2+13×13×2.5）/9=147.4 kN。

2.2.2 C匝道施工工況

C匝道施工時(shí)，節(jié)段8的吊裝施工是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段吊裝重量最大的最不利工況。該工況下受力最大的一組支架為節(jié)段8接節(jié)段7環(huán)口的支架BP15。支架受力情況為先吊裝支撐節(jié)段8，再吊裝支撐節(jié)段7。

鋼梁在吊裝完高速路單側(cè)節(jié)段后拆除除了中支點(diǎn)支架外所有支架。中支點(diǎn)支架以拆除后中支點(diǎn)受力對(duì)中支點(diǎn)支架受力情況進(jìn)行驗(yàn)算。

C匝道施工時(shí)，工況1：吊裝節(jié)段8；[包含載荷：1.大鋼梁自重（CKT31～CKT35），2.施工載荷]單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（1 008.75+13×16.5×2.5）/20=77.25 kN；工況2：吊裝節(jié)段7；[包含載荷：1.大鋼梁自重（CKT26～CKT30），2.施工載荷]單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（1 145.8+17.5×16.5×2.5）/20=93.38 kN。

在進(jìn)行中支點(diǎn)支架的工況荷載計(jì)算。工況1：吊裝大里程側(cè)（拆除其他支架后）；（包含載荷：1.大鋼梁自重，2.施工載荷）單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（4 035.75+41×16.5×2.5）/26=220.27kN。工況2：吊裝小里程側(cè)；（包含載荷：1.大鋼梁自重，2.施工載荷）單個(gè)調(diào)節(jié)管受力為（313.57+3.4×10.5×2.5+2.9×7.1×2.5）/4=113.57 kN。

2.3 建立數(shù)值模型

依據(jù)實(shí)際工況，在截面庫(kù)內(nèi)選取相對(duì)應(yīng)的截面類型，Q235抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取35 MPa、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取1.5 MPa。在屬性輸入時(shí)，除承力梁及立柱采用梁?jiǎn)卧猓溆鄻?gòu)件采用桁架單元輸入。各節(jié)點(diǎn)之間的連接按照剛性連接處理。計(jì)算模型如圖3所示。

3 計(jì)算結(jié)果

已知材料為Q235B鋼材，Q235B鋼材允許正應(yīng)力167 MPa，容許內(nèi)力96 MPa。最大撓度允許值為L(zhǎng)/400，L為受彎構(gòu)件的跨度（m）。

研究提取了不同工況下不同支架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖及整體位移圖進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果見表1～4。

分析表1、2計(jì)算結(jié)果可知，B匝道標(biāo)準(zhǔn)鋼支架最大位移要求為11 879/400=29.7 mm，B匝道中支點(diǎn)支架最大位移要求為26 710/400=66.775 mm。最大位移均滿足要求。最大應(yīng)力為82.81<167 MPa，最大應(yīng)力滿足要求。最大內(nèi)力85.55<96 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。抗傾覆系數(shù)均大于4，滿足抗傾覆安全要求。標(biāo)準(zhǔn)鋼支架柱腳最大支柱反力190 kN，中支點(diǎn)鋼支柱最大反力為591.040 kN。

分析表3、4計(jì)算結(jié)果可知，C匝道標(biāo)準(zhǔn)鋼支架最大位移要求為11 879/400=29.7 mm，C匝道中支點(diǎn)支架最大位移要求為26 064/400=65.16 mm。最大位移均滿足要求。最大應(yīng)力為59.21<167 MPa，最大應(yīng)力滿足要求。最大內(nèi)力49.92<96 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。抗傾覆系數(shù)均大于4，滿足抗傾覆安全要求。標(biāo)準(zhǔn)鋼支架柱腳最大支柱反力179.01 kN，中支點(diǎn)鋼支柱最大反力為278.07 kN。

計(jì)算結(jié)果表明，支架的受力和位移值處于允許范圍內(nèi)，證明該施工方法安全性較高。

4 結(jié)論

該文以廣西高速太陽(yáng)高速公路樞紐為案例，通過數(shù)值模擬，對(duì)不同施工階段中鋼支架的受力進(jìn)行分析。結(jié)果表明施工過程中鋼支架的受力滿足要求，證明了該施工方法的安全性，該數(shù)值計(jì)算及施工方法可以為類似工程提供借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣燾.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁支架懸澆施工工藝研究[J].混凝土世界，2024（7）：57-60.

[2]任梓綺.大半徑曲線鋼箱梁頂推施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].交通科技與管理，2024（14）：71-73.

[3]張慧玉.高架橋梁鋼箱梁節(jié)段吊裝施工技術(shù)分析[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2024（3）：85-90.

[4]申鐵軍，張智聰，李毓麒.三向預(yù)應(yīng)力箱梁連續(xù)剛構(gòu)橋托架施工方法研究[J].黑龍江交通科技，2024（6）：104-107+112.

[5]張超，鄭舜元.跨既有高速大跨度鋼箱梁頂推施工技術(shù)[J].交通科技與管理，2024（12）：73-75.