关键词：圆柱墩盖梁；“穿心钢棒托架法”；荷载分析计算；安全控制措施
1.引言
双达公路建设项目位于地势陡峭的山岭区，公路建设地形复杂，桥梁下部结构多为圆柱墩，受施工场地及桥墩高度影响，盖梁的施工工艺的选择关系到项目施工效率与经济利益，盖梁支架施工形式较多，通常采用的工艺有：落地支架法、抱箍法、焊接牛腿支架法、穿心棒支架法等。而“穿心钢棒支架法”施工，支架结构简便、易于拆装，可调节性高，大大降低了施工难度和安全风险，提高了工作效率。本文结合“穿心棒支架法”结构设计计算、施工工序及控制要点进行了提炼总结，可对类似项目提供借鉴和参考。
2.工程概况
本项目大桥位于山岭地区，为跨越山间沟谷而设，桥位处地势起伏较大，本标段引桥墩身均采用圆柱墩施工，上部盖梁尺寸为11.95m×1.8m×2.2m，设计方量为47.322m3，圆柱墩及盖梁设计如下图1：
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图1 圆柱墩盖梁设计图
3.“穿心棒盖梁支架”结构简介
圆柱墩盖梁采用横穿钢棒法施工，是利用在圆柱墩身上提前设置预留孔道，然后穿入钢棒作为承重基础，钢棒上设置高程调节及卸荷装置，然后横桥向铺设工字钢横梁，顺桥向铺设小工字钢分配梁，形成整体承重于施工平台，最后在平台上安装模板、绑扎钢筋并浇筑混凝土的施工方法。这种体系的特点是：支架、模板及整个盖梁的重量通过型钢、卸荷块、穿心棒传至墩柱，传力途径简单明确，安拆简便，可靠性强，避免了其他工艺带来的支架失稳、传力失效、地基下沉等问题。
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图2 盖梁施工示意图
3.穿心钢棒托架法结构设计及计算
3.1结构设计
左右两墩柱上各穿入一根φ80mm钢棒（材质为45#钢），钢棒两端需悬挑出墩柱20-30cm，在钢棒悬臂根部设置卸荷装置，为了方便调整底模高程、横坡和脱模，采用砂箱作为卸荷装置，卸荷块底部与钢棒之间架设一根I14工字钢，保证卸荷装置不出现滑动及位移。卸荷块上方墩柱两侧各设置一根工45b工字钢横向主梁，主梁长度一般较盖梁长度长出1m。主梁上设置I14工字钢作为分配梁，间距为30-50cm，分布梁上铺设盖梁底模及施工平台。如图3所示。
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图3 穿心棒托架结构示意图
4、“穿心钢棒托架法”结构计算
此方法的传力途径为：盖梁荷载→盖梁底模→纵向分配梁（I14工字钢）→横向主梁（45b工字钢）→卸荷块→横向I14工字钢→φ80mm钢棒→墩柱。
4.1 各材料截面特性
（1）I14工字钢
纵向分配梁采用4.5m工14工字钢，间距为50cm：
截面面积为：A=2151.6mm2
X轴惯性矩为：IX=7120×104mm4
X轴抗弯截面模量为：WX=102×103mm3，
抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。
（2）45b工字钢
主横梁采用2根45b工字钢：
截面面积为：A=11140mm2；
X轴惯性矩为：IX=33759×104mm4
X轴抗弯截面模量为：WX=1500.4×103mm3，
抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。
（3）钢棒
钢棒采用φ80mm高强钢棒(A45)：
截面面积为：A=3.14×402=5024mm2，
惯性矩为：I=πd4/32=3.14×804/32=401.92×104 mm4
截面模量为：W=πd3/32=5.240×104 mm3
抗剪强度设计值［τ］=178Mpa
4.2 设计荷载计算
（1）钢筋混凝土荷载
q1=V*g/L=106.92kN/m
V——盖梁混凝土方量，V=2.2m×1.8m×11.95m=47.322m3；
g——钢筋混凝土容重，取27KN/m3计算；
L——盖梁长11.95m
（2）模板荷载
q2=5.13kN/m，组合钢模板及连接件0.95kN/m2
（3）分配梁荷载
q3=Lf×gf×2=1.5507kN/m
Lf——4.5m长I14工字钢间距0.5m，每延米2根；
gf——I14容重，0.17237kN/m
（4）主梁自重荷载
45b工字钢采用2根，单根长14米，总重：2×14m×87.45kg/m=2448.6kg，q4=24.49KN
（5）施工荷载
小型机具、堆放荷载：q5=2.5KPa，
振捣混凝土产生的荷载：q6=2KPa,
（6）荷载组合
荷载组合及施工阶段;盖梁自重及支架自重均按恒载考虑组合系数1.2，施工荷载按活载考虑组合系数1.4。
4.3 I14工字钢分布梁计算模型
I14工字钢分布梁直接承受底模以上的自重，I14工字钢分布在圆柱两侧的45b工字钢上，两工字钢主梁紧贴圆柱，间距按圆柱直径200cm，故I14工字钢分布梁计算跨径为200cm，盖梁底宽为220cm，分布梁两端各悬臂10cm，悬臂有利跨中受力，不计悬臂部分，按简支梁计算，实际偏安全，如下图4
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图4 图5
4.4 工字钢主梁计算模型
工字钢主梁承受由每根I14工字钢分布梁传来的重力，按均布荷载考虑，两根工字钢各承受一半的力，工字钢搭在两圆柱预埋的钢棒上，故工字钢计算跨径为两圆柱中心的间距，取为7.0m，按两端外伸悬臂计算。如图5
4.5钢棒计算模型
钢棒为悬臂结构模型，工字钢紧贴圆柱，故只考虑钢棒受剪，4个支点抗剪截面分担承受上面传来的重力。
5、“穿心棒托架法”结构受力计算及验算
5.1 分布梁I14工字钢计算
总荷载q=1.2×(q1+q2)+1.4×(q5+q6)=140.76KN/m
I14工字钢分布梁布设间距0.5m，单根承受荷载0.5×140.76=70.38KN，
盖梁底宽2.2m，则单根I14工字钢均布荷载q=70.38/2.2=31.99KN/M，
计算跨径2.0m，跨中弯矩：M=1/8ql2=15.995KN.M
σ=M/W=15.995/102MPa=156.8MPa＜215MPa
则挠度：f=5ql4/384EI=0.0044m<[f]=l0/400=0.005m(满足要求)
5.2 45b工字主横梁计算
45工字钢设两根，单根承受q=0.5×142.62=71.31KN/M，计算跨径7.0m
荷载：q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)=142.62KN/m
则跨中弯矩：M=1/2qlx[(1-a/x)(1+2a/l)-x/l]=178.3KN.M
σ=M/W=178.3/1500.4×103mm3=118.M8Pa＜215MPa
则跨中挠度：f=ql4(5-24a2/l2)/384EI=-12mm<[f]=l/400=17.5mm
则悬臂端点挠度：f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI=0.0035m
5.3 钢棒计算
荷载：q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)=142.62KN/m
Q=（q×L+q4）/4=(142.62×11.95+24.49)/4=432.20KN
抗剪强度τ=Q/A=432.20×103/5024=86.03MPa<[τ]=178Mpa
结论：综合以上计算得知，此方案能满足施工受力要求。
6、“穿心棒托架法”施工盖梁工序
（1）穿心棒孔洞预埋：圆柱墩浇筑前先测量放样，准确测出穿心棒预留孔洞的高度位置，以保证盖梁的设计高度；
（2）托架安装：利用吊车或者塔吊借助搭设的Z字型爬梯，将托架结构钢棒、卸荷块、工字主横梁及分布梁按计算结果进行安装铺设牢固，为防止两片主梁工字钢侧向倾斜，两片主梁工字钢用精轧螺纹钢连接使其固定，待验收合格后进行后序施工；
（3）操作平台：底模铺设前用全站仪放出柱顶或墩顶中心位置，要检查盖梁中心线是否准确，底板标高是否符合要求，并在外侧铺设4mm厚花纹钢板，四周搭设防护围栏，降低风险保证操作人员安全；
（4）钢筋、侧模、端模安装：利用吊车或塔吊将钢筋加工厂加工好的盖梁骨架片吊装到底模板，并进行加固校正完成，安装侧模板，并注意保护层厚度；
（5）预埋件确定：预埋件的安装固定，混凝土浇筑前的检查、确认；
（6）混凝土浇筑：对混凝土入模前性能检测，布料、振捣方式要求，浇筑完成的后续养护措施要求；
盖梁施工工序：空心墩实心段内埋设预留孔→孔中穿入圆钢并锁定→安装承重支架→铺设盖梁底模模板→安装盖梁钢筋→安装盖梁侧模模板→浇筑盖梁混凝土。
7、安全质量控制措施
（1）加强操作人员安全教育与安全防护，盖梁“穿心棒托架法”施工在墩柱附近设置成品安全爬梯，成品爬梯与分配梁进行加固，底部与基础预留预埋件进行锚栓连接和焊接，并在盖梁外围分布梁上册设置防护栏杆，高1.2m，并使用加厚防护网围护，降低了安全风险，施工平台见下图6、图7：
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图6 图7
（2）仔细检查横梁的稳定性，工字钢之间的连接牢固性，工字钢下端应支撑平衡稳定，以防止支架承重时发生不均匀的沉降，同时钢板与工字钢之间要紧贴。根据盖梁尺寸、模板结构，分析计算出各承重结构的选型、截面尺寸、预留孔位置等需准确，方便机械、材料配置；
（3）施工过程对于预留孔道位置及时复测，对应临时工程检查表对支架结构各部件定期检查，问题及时发现及时整改。
8、结束语
本项目圆柱墩盖梁选用“穿心钢棒支架法”施工，通过项目实例对盖梁支架系统整体受力进行验算分析，对支架搭设、成品爬梯、临边支护盖梁进行合理组合施工，降低安全风险，提高施工效率，对项目建设起到了良好的促进作用、经济效益、社会效益，对今后同类型的相关结构施工有很好的借鉴作用，具有一定的引导意义。
参考文献：
[1]浅谈盖梁施工的几种支撑体系[D].合肥：《商品与质量 建筑与发展》，2013年12期
[2]简支桥梁现浇盖梁施工支架体系优选《科技与生活》，2011年5期.
论文作者: 高树涛,,, 张闯
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
标签：工字钢论文; 荷载论文; 支架论文; 圆柱论文; 托架论文; 截面论文; 悬臂论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;