摘要：满堂支架法通常适用于整体现浇单跨跨径不大的连续箱梁及连续刚构桥，对于大跨径斜拉桥主梁采用满堂支架法架设不多见。长门特大桥主桥为主跨550m的塔梁固结体系混合梁斜拉桥，边跨与主墩处主梁采用满堂支架和超高、倾斜钢管支架施工。通过支架优化设计、受力检算和施工监测等技术进行施工与控制，确保了主梁施工期间的安全与线形，施工效果良好。
关键词：斜拉桥；混合梁；塔梁固结；超高倾斜支架；有限元计算；监测
0 引言
在桥梁混凝土连续梁及连续刚构施工中，满堂支架法因其适应性强、安装方便、成熟可靠，且形成梁体结构整体性好等优点，应用最为普遍 [1-2]。但采用满堂支架法施工时，施工过程的安全和混凝土结构的质量首先取决于支架系统的整体性、稳定性和承载力。一旦计算分析考虑不恰当、监控安全预警不到位，以致未采取有效处理措施，可能导致混凝土梁开裂、支架体系局部失稳甚至整体垮塌等严重质量安全事故[3]。特别是对于结构形式复杂、现场条件特殊和支架超高的情况，对混凝土结构施工全过程下的满堂支架系统进行计算分析和监测尤为重要[4]。
在另一方面，由于桥梁满堂支架法大多应用于大中跨度现浇连续箱梁施工，在超大跨径斜拉桥主梁架设中并不多见，塔梁固结体系混合梁斜拉桥混凝土主梁和塔梁固结段采用超高、倾斜支架的更是未见报道。因此，已有的满堂支架系统计算分析也基本都是针对混凝土连续箱梁施工，支架系统计算和监测复杂程度有限[5-6]。
本文针对一大跨度塔梁固结体系混合梁斜拉桥边跨与主墩处主梁满堂支架及超高、倾斜钢支架，首先建立有限元模型计算分析其在支架模板自重、混凝土结构自重、施工荷载及风荷载等荷载组合下的变形和应力，再根据计算结果选取测点布置监测，将理论计算值与实际监控测量数据进行对比分析，验证支架系统的合理性，为施工安全提供依据。
1工程概况及支架布置
1.1工程概况
长门特大桥是福州绕城高速公路东南段工程项目中重要的控制性工程，大桥在闽江下游跨越闽江，桥址区频临闽江的入海口，东临东海，北接琯头镇长门村，南接琅岐岛凤窝村。主桥起终点桩号分别为K23+654和K24+502，全长848m，结构形式为（35+44+66）m+550m+（66+44+35）m七跨双塔双索面对称混合梁斜拉桥，塔高185.2m和184.2m，如图1所示。大桥设计行车速度100km/h，公路等级为双向六车道高速公路。
图 1 长门特大桥效果图
1.2支架布置
大桥边跨侧采用混凝土箱梁，施工方法为分阶段支架现浇，钢-混结合段也采用满堂支架施工。主梁按照对称均衡的原则施工，洋门侧近塔跨支架高度从46.7m变化到58.4m，青口侧近塔跨支架从19.3m变化到57.6m，为了控制高支架在浇筑过程中倾覆的风险，自梁端开始箱梁分14个施工段，每个施工段一次浇筑完成，纵向最大现浇段长度为16.45m，最大混凝土方量控制在1100m3以下，近塔第一根索区范围内由于支架较高划分为两个施工段。施工段自岸侧至江侧顺序其长度依次为15.41m、14m、14m、14.5m、14.55m、3.0m、16.45m、15m、15m、8.5m、7.95m、12.6m、12.7m、8.5m，依次为H11→H0→H1’ 结合段，其中H6为边跨合龙段。支架及现浇箱梁分段见下图所示。
图 2主1~主4支架立面布置图（洋门侧）
图 3主5~主7支架立面布置图（青口侧）
洋门侧远塔辅助墩至索塔范围内，青口侧近塔辅助墩至索塔范围内，地面至箱梁底面普遍超过30m，靠近索塔局部区域达到58.4m，因此以辅助墩（主2、主6）为界，江侧区域采用临时钢管支架，岸侧区域采用满堂支架。在箱梁浇筑前，对钢管支架进行110%箱梁自重预压，以绝对消除支架弹性变形，确保支架的零沉降。支架立柱采用φ800×16mm 钢管，平联采用φ400×6mm钢管，交叉杆采用□300×6mm方钢，顶部横梁采用2HN700×300×24×13mm型钢，支架钢材均为Q235。
2.有限元模型建立
本文选取钢管支架为研究对象，根据支架搭设方案，采用 MIDAS/Civil建立有限元分析模型，如图4和图5所示。支架底部、支架与墩身连接处均采用一般支撑进行固结，杆件间连接采用共节点连接。
图 4主1~主4支架有限元模型
图 5主5~主7支架有限元模型
2.1计算荷载
（1）结构自重
结构自重包含安装支架自重、混凝土箱梁和模板自重，其中混凝土容重按26kN/m3，且考虑混凝土湿重，按1.03系数计算。
（2）施工荷载、人群荷载按3.0kN/m2计算。
贝雷上加载荷载如下图所示，横断面以第11组贝雷为对称，在贝雷上施加梁单元荷载，共计31道贝雷。
图 6贝雷上施加的总荷载（kN/m）
（3）桥面吊机自重，按设计图纸上的1600kN考虑。
（4）风荷载，按规范取值计算。
3.计算结果
考虑施工过程，按混凝土浇筑顺序模拟，对支架进行整体计算，分析施工期间的变形和受力情况。
（1）主1~主4墩之间支架（1#~17#）
主1~主4墩之间支架编号为1#~17#，其中主4#墩支架（13#~17#）采用斜立柱，其余支架均为直立柱。施工期间，13#~17#支架变形最大下挠13mm，位于13#和16#支架顶部；支架最大拉应力为89.2MPa，位于支架15#支架与16#支架之间纵桥向平杆；最大压应力-92.4MPa，位于15#支架立柱上部与16#支架立柱上部。1#~12#支架变形最大下挠13mm，位于11#支架顶部；支架最大拉应力46MPa，位于1#支架顶部的平联处；最大压应力为-67MPa，位于6#、11#、12#支架立柱底部。
（2）主5~主7墩之间支架（18#~29#）
主5~主7墩之间支架编号为18#~29#，其中主5#墩靠近跨中侧支架（18#~20#）采用斜立柱，其余支架均为直立柱。施工期间，18#~20#支架最大下挠11mm，位于19#支架顶部；最大拉应力为128.3MPa，位于顶上水平杆；最大压应力-135.3MPa，位于18#支架斜立柱顶部。21#~29#支架最大下挠11mm，位于22#支架顶部；支架最大拉应力61MPa，位于21#和28#支架立柱底部；最大压应力-90MPa，位于21#支架立柱顶部。
结果表明所有拉压应力均不超过支架的强度设计值，所有的结构变形不超过支架的刚度允许值，满堂支架的强度与刚度均满足施工要求。
4.支架施工监测
4.1监测内容
（1）变形监测
根据计算结果，选取边跨现浇段支架变形较大位置进行监测，测点布置同时考虑到测点可视性，以及可操作性。对于主1~主4支架，分别选取11#~13#支架以及16~17#支架顶部进行变形监测；对于主5~主7支架，分别选取18#~22#支架顶部进行变形监测。
（2）应力监测
根据计算结果，选取边跨现浇段支架应力较大位置进行监测，测点布置同时考虑到测点设置的可操作性以及代表性。对于主1~主4支架，分别选取12#、13#、16#、17#支架立柱底部，17#支架立柱上部等位置进行应力监测。对于主5~主7支架，分别选取18#、19#、22#、23#支架立柱底部，18#支架立柱上部等位置进行应力监测。对于17#和18#支架，1~9立柱均设置应力测点，其余支架选择1、3、5、7、9立柱设置应力监测点，全桥共计66个应力监测点。
4.2监测工况
在压载试验时开始监测支架变形与应力，以检验支架的强度和安全性，及质量是否满足设计要求，减少支架的非弹性变形，获取弹性变形参数，得出压重与支架本身的变形关系，为主梁施工提供一定的参考数据。
主梁浇筑施工期间，按照以下工况监测：
（1）墩旁H1、H1’浇筑；
（2）墩旁H2、H2’浇筑；
（3）墩旁H3~H5浇筑；
（4）其他梁段浇筑。
每个工况均对支架变形与应力进行监测。
4.3监测结果
（1）浇筑H1’梁段
考虑到施工过程中温度荷载对支架变形影响很大，根据每次测量时的温度对有限元分析模型中进行温度荷载修正。浇筑前及每个阶段浇筑完成时洋门侧（北岸）16#、17#和青口侧（南岸）18#、19#支架顶部竖向变形最大值的实测与理论计算数据对比如表1所示，均值对比见图7~图10，其中负值表示向下变形。
表 1支架顶部竖向最大变形对比（单位：mm）
图 7 16#支架顶部测点竖向变形均值对比
图 8 17#支架顶部测点竖向变形均值对比
图 9 18#支架顶部测点竖向变形均值对比
图 10 19#支架顶部测点竖向变形均值对比
可以看到，北岸H1’梁段施工过程中，支架竖向变形最大值为-12.8mm，南岸-15.8mm。支架顶部变形测点实测值与理论值吻合较好，且变化趋势基本一致。
两侧H1’梁段施工过程中各阶段支架应力实测与理论数据对比见表2，其中负值表示压应力。
表 2支架最大应力对比（单位：MPa）
由表可见，实测值同理论值同样吻合较好。北岸H1’梁段施工过程中最大应力为-70.4MPa，南岸-50.2MPa。
对于其它工况，实测值和理论值的对比情况类似，限于篇幅，不详细列出，仅给出实测变形和应力峰值。北岸H1～H3梁段施工过程中，支架
竖向变形最大值为-11.8mm，应力峰值为-104.1MPa；南岸H1～H3梁段施工过程中，支架竖向变形最大值为-14.8mm。应力峰值为-90.4MPa。北岸钢混结合段施工过程中，支架竖向变形最大值为-18.8mm，应力峰值为-78.2MPa；南岸钢混结合段施工过程中，支架竖向变形最大值为-16.2mm；应力峰值为-61.4MPa。通过对比支架变形、应力实测值与理论值比较一致，支架竖向变形和应力峰值均满足规范要求，支架结构受力安全。
5结论
满堂支架法施工支架系统采用了多杆件构成的空间结构，体系受力复杂。通过采用MIDAS/Civil 软件对满堂支架系统的应力和位移分析，并针对分析结果制定可行的监测方案，将理论计算值与实际监控测量数据进行对比分析，验证了支架系统满足规范与施工要求，为施工安全提供了依据，可为今后同类型工程的临时结构设计、计算与监测提供一定参考。
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作者简介：
黄玉凡，男，出生于1986年06月，大学本科毕业，工程师
陈康，男，出生于1985年06月，大学本科毕业，工程师
论文作者:黄玉凡,陈康
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
标签：支架论文; 应力论文; 满堂论文; 立柱论文; 荷载论文; 斜拉桥论文; 混凝土论文; 《基层建设》2019年第10期论文;