装配式悬臂盖梁支架及其施工方法与流程

1.本发明涉及一种装配式悬臂盖梁支架及其施工方法，属于土木工程施工领域，属于一种工业化大型临时措施结构，可作为需高空作业的大体积混凝土结构施工临时支撑，尤其适用于城市快速路高架盖梁施工。


背景技术：

2.快速路高架已成为城市解决交通拥堵的重要手段，我国主要城市均已建有或正在大规模建设城市高架。
3.目前城市快速路以双柱悬臂式盖梁为主，配置8片预制小箱梁，形成双向6 车道的快速路行车路线，桥面宽度约25.5m，盖梁宽度约25～26.5m，如所示；同时，与匝道拼接的变宽段，上部结构拓宽至10～12片预制小箱梁，其下部结构相应调整为四柱式连续盖梁，桥面宽度，盖梁长度约36～45m。此外，城市快速路高架的匝道通常宽7.5m，满足单向2车道要求，盖梁宽度约8.5m。
4.国内不同专业设计院关于城市快速路高架盖梁结构形式略有不同，其中对支架体系影响较大的主要为盖梁断面构造(形式&宽度)、混凝土方量(自重)这两个关键参数。目前城市快速路以双柱悬臂式盖梁为主，盖梁最大总长度33.5m，最小总长度15.6m；最大悬臂长度15m，最小悬臂长度4.5m；最大柱外侧间距 12m，最小柱外侧间距2.8m。其中常见盖梁总长度约21.98m～27.6m，悬臂长度 7～10m，柱外侧间距6m～10m。其设计标准差异较小，故盖梁支架预制装配化可行性较高，能够实现通用化。
5.目前，常用的支架体系，主要有：满堂支架体系、贝雷桁架体系以及悬臂支架体系。其中：
6.满堂支架体系无法适应城市高架架设，主要体现在2个方面：
7.1)占地作业，挤压临时保通道路及施工作业通道空间；
8.城市快速路建设通常滞后于城市的扩张与发展，导致项目建设用地范围有限，往往施工场地非常狭小。对于新建项目，常规满堂支架体系需要占据盖梁投影范围施工场地，会对场地内车辆通造成严重的影响，在投影范围外填筑便道，将造成地材的重复开挖和浪费，不仅加大成本且不符合绿色环保要求。对于既有道路的快速化改造项目，盖梁支架体系所占据的空间越多，则交通导改的工作量越大，尤其是主干道的占用，将对城市交通造成严重影响。
9.2)新旧工艺交替，成本大幅增长
10.过去，国内常规满堂支架体系均采用碗扣式支架，且工艺水平及成本控制方面已达到各方平衡。近几年，为配合建筑业的升级改造，各地政府逐渐推行盘扣式支架体系替代碗扣式支架。盘扣式支架主要在“竖向杆件连接节点构造”与“横向杆件节点构造”两方面对碗扣式支架体系进行升级改造。与之前普遍采用的碗扣式支架体系相比，盘扣式支架体系成本大幅增加，约为碗扣支架的1.8-2.0倍。
11.贝雷桁架体系难以肩负“悬臂、大跨”结构的临时支承，原因在于：
12.1)抗弯承载力与抗剪承载力不匹配
13.贝雷桁架早期作为军用渡河设备，强调一定载荷状态下的跨径需求。考虑到军用渡河期间主要承担移动荷载(人、车辆、坦克等)，且为避免临时结构的振动问题，贝雷桁架采用菱形腹杆体系，使其抗弯承载力很高但抗剪承载力很差，作为临时支承结构时，抗剪承载力成为控制性因素，通常仅限于单位集度较小的结构(混凝土厚度不超过1m)。
14.2)贝雷桁架间的销栓连接与弦杆轴向承载力不匹配
15.依据《公路钢结构桥梁设计规范》(jtg d64-2015)，销栓连接的破坏形式主要包括“受拉破坏”、“受剪破坏”、“局部承压破坏”等3类。
16.通常地，销栓承载力取最小值420kn，其仅为弦杆轴向承载力的60％——意味着，贝雷桁架间的连接承载力远低于贝雷桁架自身承载力，使贝雷桁架体系的挠度与经典结构力学存在较大的差异，限制了其在大跨结构、悬臂结构、荷载集度较大结构中的应用。
17.3)贝雷桁架以“通用性能”要求对结构性能予以让步
18.一方面，以贝雷桁架为主的支承结构，存在着承载上限。以目前占绝对主导地位的321型贝雷桁架为例，其梁高为1.5m，峰值抗剪承载力及抗弯承载力确定，且连接强度低于构件强度；另一方面，支承体系的内力分布通常存在峰谷区，各区域的结构规格相同，其应力状态差距甚大。各截面的构件规格相同，使约 40％区段构件的应力状态低于平均状态以下，限制了材料的利用效率。
19.现有悬臂支架体系，主要有4类，对应为：
20.第1类(采用周转能力较高的贝雷桁架及大钢管体系组装成的悬臂支架体系) 仍需占用额外的支承空间(最外侧支承桩)，且软土地区临时基础费用较高(钢管桩基础需要投入大量钢管且插打/拔除所需机械费用高、工期长；rc混凝土基础需要额外的地基处理，费用不菲)；
21.第2类(采用贝雷桁架、位于贝雷桁架下方的钢桁架以及位于钢桁架下方的大钢管体系组装成的盖梁支架体系)、第3类(采用大跨径型钢焊接刚架组成的盖梁支架体系)解决了软弱地基及施工作业空间的困扰，但结构传力体系不佳(杆件同时承担弯矩与轴力作用，同一根杆件应力分布不均匀)，用钢指标较高(因杆件应力分布不均匀，为满足最不利截面的应力状态，杆件截面尺寸过大，使单个支架重量不低于45吨)，经济效益较差；
22.第4类悬臂盖梁式盖梁支架体系，如图1所示，在单一盖梁支架体系上实现了经济效益的最大化(一方面，所有杆件仅承受轴力作用，杆件应力均匀；另一方面，桁架仅设置1道现场螺栓拼接缝，其余节点均采用焊缝连接，减少了连接材料重量)，但依旧存在2个关键问题：
23.1)构件的整体化增加了重复使用的难度，尤其在多个工程中的重复使用：
①
单体桁架尺寸过大，在施工场地内的短驳运输难度较小，但无法满足公路运输的尺寸要求；
②
单体桁架呈空间状态，在承担竖向作用时具备良好的承载力及刚度，但运输过程中不确定的外荷载(如碰撞、冲击等)在其他方向(非竖向载荷方向)的作用，使单体桁架出现损伤、变形，影响其后续适用功能；
24.2)仅适用于双悬臂式盖梁，不适用于城市快速路高架的变宽段——即四柱式连续式盖梁。桁架体系的构造特征决定了其在跨径方向仅适用于悬臂体系，而无法接长成为连续体系。
25.综上所述，研发一款能够适用于国内绝大多数快速路高架盖梁施工，同时具备较大净空，能够减少施工周边环境影响，并且成本低，具有较强经济性的工业化预制装配式悬臂盖梁支架体系，是行业发展的必然趋势，也是社会进步对建筑行业的要求。


技术实现要素：

26.本发明针对现有技术的不足，提供了一种装配式悬臂盖梁支架。该装配式悬臂盖梁支架能够适用于国内绝大多数快速路高架盖梁施工，同时具备较大净空，能够减少施工周边环境影响，并且成本低，具有较强经济性的工业化预制装配式悬臂盖梁支架体系。
27.为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
28.一种装配式悬臂盖梁支架，包括上部结构、支垫砂箱和下部结构；所述的上部结构包括两片并联布置的桁架式梁体，桁架式梁体之间通过支撑架连接；所述的下部结构包括中支点，所述的桁架式梁体为拼装式结构，通过若干节预制模块式节段沿着桁架式梁体的长度延伸方向在现场拼接而成；
29.所述的预制模块式节段包括主桁架梁以及变高桁架梁；其中：
30.所述的桁架式梁体在中支点所在位置布置有两节主桁架梁，对应为第一、第二主桁架梁；第一、第二主桁架梁之间通过第一连接组件拼接成一体；
31.第一、第二主桁架梁的外侧均通过第二连接组件分别与一节变高桁架梁的扩张端拼接，该节变高桁架梁为第一变高桁架梁。
32.优选地，所述预制模块式节段还包括副桁架梁；
33.所述的第一变高桁架梁的收缩端通过第三连接组件与所述副桁架梁拼接成一体。
34.优选地，所述的下部结构还包括有一个以上的边支点；
35.所述的桁架式梁体在每一个边支点所在位置处均布置有一节主桁架梁，对应为第三主桁架梁；
36.第三主桁架梁的内侧通过第二连接组件与一节变高桁架梁拼接，该节变高桁架梁为第二变高桁架梁；
37.所述第一、第二变高桁架梁之间通过第四连接组件拼接成一体。
38.优选地，所述的主桁架梁包括主桁架上弦杆、主桁架下弦杆、主桁架直腹杆以及主桁架斜腹杆，其中：
39.主桁架上弦杆、主桁架下弦杆相互平行设置且主桁架上弦杆位于主桁架下弦杆的上方；
40.主桁架斜腹杆具有4根，对应为第一至第四主桁架斜腹杆；各主桁架斜腹杆呈w形布置在主桁架上弦杆、主桁架下弦杆之间；
41.所述的主桁架直腹杆具有4根，对应为第一至第四主桁架直腹杆；各主桁架直腹杆竖直地布置在主桁架上弦杆、主桁架下弦杆之间；
42.主桁架上弦杆上焊接固定有三块间隔布置的节点板a，对应为第一、第二、第三节点板a，所述第一节点板a布置在主桁架上弦杆的中部位置处，第二、第三节点板a对称布置在第一节点板a的两侧并紧靠着主桁架上弦杆的端部设置；
43.主桁架下弦杆上焊接固定有两块间隔布置的节点板b，对应为第一、第二节点板b；
44.第二、第三主桁架斜腹杆的上端分别与第一节点板a的外侧板面固定，而第二主桁
架斜腹杆的下端则与第一节点板b的外侧板面固定，第三主桁架斜腹杆的下端则与第二节点板b的外侧板面固定；第一主桁架斜腹杆的上端与第二节点板 a的外侧板面固定，下端则与第一节点板b的外侧板面固定；第四主桁架斜腹杆的上端与第三节点板a的外侧板面固定，下端则与第二节点板b的外侧板面固定；
45.第一主桁架直腹杆的上端与主桁架上弦杆连接，下端则与第二节点板b的内侧板面固定；第二主桁架直腹杆的上端与第三节点板a的内侧板面固定，下端则与主桁架下弦杆的内侧板面固定；第三主桁架直腹杆的上端与主桁架上弦杆连接，下端则与第二节点板b的内侧板面固定；第四主桁架直腹杆的上端与第二节点板 a的内侧板面固定，下端则与主桁架下弦杆的内侧板面固定。
46.优选地，所述的第一连接组件包括两块连接板以及若干螺栓组件；所述的两块连接板a，均为矩形状设置，对应为第一、第二连接板a；
47.第一连接板a的一端通过螺栓组件固定在第一主桁架梁的主桁架上弦杆端部，另一端则通过螺栓组件与第二主桁架梁的主桁架上弦杆端部固定连接；
48.第二连接板a的一端通过螺栓组件固定在第一主桁架梁的主桁架下弦杆端部，另一端则通过螺栓组件与第二主桁架梁的主桁架上弦杆端部固定连接。
49.优选地，所述的变高桁架梁，包括变高桁架上弦杆、变高桁架直腹杆、变高桁架斜腹杆以及变高桁架下弦杆；
50.所述的变高桁架上弦杆呈水平状设置，由第一、第二变高桁架上弦杆拼接而成；
51.所述的变高桁架下弦杆位于变高桁架上弦杆的下方并倾斜于变高桁架上弦杆设置；
52.所述的变高桁架直腹杆、变高桁架斜腹杆均布置在变高桁架上弦杆、变高桁架下弦杆之间，且变高桁架直腹杆呈竖直状，而变高桁架斜腹杆则呈倾斜状；所述的变高桁架直腹杆共有三根，对应为第一、第二、第三变高桁架直腹杆；所述的变高桁架斜腹杆共有三根，对应为第一、第二、第三变高桁架斜腹杆；
53.所述的变高桁架上弦杆上设置有两块节点板c，对应为第一、第二节点板c，
54.所述的变高桁架下弦杆上设置有两块节点板d，对应为第一、第二节点板d；
55.第一变高桁架直腹杆的上端与变高桁架上弦杆的端部所安装的第一节点板c 固定，下端则与变高桁架下弦杆的下降端固定；第二变高桁架直腹杆的上端与第二变高桁架上弦杆的中部位置连接，下端则与变高桁架下弦杆对应位置处所安装的第二节点板d固定；第三变高桁架直腹杆的上端与变高桁架上弦杆的另一端固定，下端则与变高桁架下弦杆的上升端所安装的第一节点板d固定；
56.第一变高桁架斜腹杆的上端与第一节点板c的外侧板面固定，下端则与变高桁架下弦杆的内侧板面固定；第二变高桁架斜腹杆的上端与第二节点板c的外侧板面固定，下端则与第二节点板d的外侧板面固定，所述第二节点板c布置在第一、第二变高桁架上弦杆的拼接位置处；第三变高桁架斜腹杆的上端与第二节点板c的外侧板面固定，下端则与第一节点板d的外侧板面固定。
57.优选地，所述的第二连接组件包括两块连接板b，对应为第一、第二连接板 b以及若干螺栓组件；
58.第一连接板b为平直板，且第一连接板b的一端通过螺栓组件与第一变高桁架梁的
变高桁架上弦杆连接固定，另一端则通过螺栓组件与主桁架梁的主桁架上弦杆连接固定；
59.第二连接板b为弯折板，且第二连接板b的一端通过螺栓组件与第一变高桁架梁的变高桁架下弦杆连接固定，另一端则通过螺栓组件与主桁架梁的主桁架下弦杆连接固定。
60.优选地，所述副桁架梁包括副桁架上弦杆、副桁架下弦杆、副桁架直腹杆以及副桁架斜腹杆，其中：
61.副桁架上弦杆、副桁架下弦杆均呈水平状设置，副桁架直腹杆以及副桁架斜腹杆均设置在副桁架上弦杆、副桁架下弦杆之间，且副桁架直腹杆呈竖直状，而副桁架斜腹杆呈倾斜状；
62.所述的副桁架直腹杆一共有三根，对应为第一、第二、第三副桁架直腹杆；
63.所述的副桁架斜腹杆一共有四根，对应为第一至第四副桁架斜腹杆；
64.第一副桁架直腹杆布置在副桁架梁的中部位置，而第二、第三副桁架直腹杆布置在副桁架梁的两侧；
65.第一、第三副桁架斜腹杆对称布置在第一副桁架直腹杆的两侧，第二、第四副桁架斜腹杆对称布置，且第二副桁架斜腹杆布置在第一副桁架斜腹杆的外侧，第四副桁架斜腹杆布置在第三副桁架斜腹杆的外侧；且第一至第四副桁架斜腹杆整体呈m形设置。
66.优选地，所述的第三连接组件包括耳板以及销栓接头；所述耳板、销栓接头的数量均为两个；
67.所述的两块耳板分别安装在副桁架上弦杆、副桁架下弦杆的端部，而所述的两个销栓接头则安装在变高桁架梁的收缩端并固定在第三变高桁架直腹杆的上、下两端，或者所述的两块耳板设置在变高桁架梁的收缩端并分别安装在变高桁架上弦杆、变高桁架下弦杆的端部，而所述销栓接头则安装在副桁架梁的端部并分别安装在第三副桁架直腹杆的上、下两端。
68.本发明的另一种技术目的是提供一种装配式悬臂盖梁支架的施工方法，包括如下步骤：
69.a、在承台施工时，根据支架尺寸横梁位置，预埋好固定铁板；
70.b、承台施工完毕，混凝土到达设计强度后，吊放安装60a工字钢横梁；
71.c、根据实际支架高度需要，在地面逐段安装好钢管桩及支撑架，整段进行吊装，逐段安装好法兰螺栓；
72.d、测定顶部一段钢管桩桩顶标高，计算支垫砂箱调节高度，进行支垫砂箱安装；
73.c、支架的上部结构在地面进行整体安装，对主桁架梁、变高桁架梁、副桁架梁和支撑架全部进行安装完毕后再吊装至支垫砂箱支承点位置，吊装前做好桁架安装的检查和验收工作；
74.d、桁架安装好后再次确认桁架位置和标高是否满足设计施工要求；
75.e、在支架的上部结构上安装盖梁工字钢底模横梁，用u型卡将工字钢翼缘板与上部结构的上弦杆加强铁板进行固定；
76.f、在工字钢横梁上安装盖梁底模，绑扎盖梁钢筋，浇筑盖梁混凝土，在盖梁施工过程中对支架进行严密监测，支架变形不得超过5mm；
77.g、盖梁养护至设计强度后，利用支垫砂箱降低支架标高，使上部结构脱离盖梁底部，将底模系统拆除；
78.h、利用手动葫芦将上部结构悬挂于盖梁下方，将桁架式梁体之间的拼接螺栓拆除后，将桁架式梁体连同支撑架一并从盖梁一侧吊出，吊至地面后再进行支撑架拆除；桁架式梁体吊除顺序为先副桁架梁，后变高桁架梁，再主桁架梁；
79.i、桁架式梁体拆除完毕后，由上至下先拆除支垫砂箱，再解除钢管桩间法兰连接，分段整体吊出钢管桩体系；
80.j、最后割除60a工字钢与承台预埋铁板的连接，完成支架所有构件拆除。
81.基于上述的技术目的，相对于现有技术，本发明具有如下的优势：
82.单个支架体系上部结构的桁架式梁体选用不同的模块式节段自由组合拼装而成，形成多种结构规格，可以满足不同长度尺寸盖梁的施工需求。模块式节段主要分为主桁架梁、变高桁架梁和两种规格的副桁架梁(两种规格的副桁架梁仅端部的销栓接头不同)。
83.仅在主桁架梁设置支承点，因此在各种工况中将两片主桁架拼接形成的梁体作为基础梁体，再根据盖梁的长度构造往两片主桁架拼接形成的基础梁体上再拼接变高桁架梁、副桁架梁等以满足施工需求。
84.因此，本发明具有如下优点：
85.1)较好的通用性：单个构件需采用类似于贝雷桁架的平面构造而非三维构造，同时装配式构件具备良好的规格模数，能够适应多种盖梁尺寸的需求；
86.2)卓越的承载力及刚度：支架体系具备足够的承载力与刚度，满足各类规格重量盖梁的需求，同时具备附加杆件加强措施，以适应个别大体积混凝土盖梁的需求；
87.3)可靠、边界的连接措施：主体构件间的连接，既需与主体构件匹配，又需具备便捷地安装；
88.4)卓越的经济效益：支架体系具备较轻的自重，制作成本较低，具有良好的经济性。
89.此外，该支架体系还需具备以下功能：
90.1)较低的现场拼装要求：一次安装、拆除所需要人工不超过6人
·
时，70 吨汽车起重机台班不超过2个台班，单次安装时间不超过8小时，单次拆除、转运时间不超过8小时；
91.2)具有较好的耐久性：确保100次以上循环使用的周转能力。
附图说明
92.图1为既有的一种悬臂盖梁式盖梁支架体系的结构示意图；
93.图2为本发明所述的第一种装配式悬臂盖梁支架(用于标准断面的双悬臂盖梁的临时支承)的结构示意图；
94.图3为本发明所述的第二种装配式悬臂盖梁支架(用于匝道断面的双悬臂盖梁的临时支承)的结构示意图；
95.图4为本发明所述的第三种装配式悬臂盖梁支架(用于三支点盖梁体系的临时支承)的结构示意图；
96.图5为本发明所述的第四种装配式悬臂盖梁支架(用于四支点盖梁体系的临时支承)的结构示意图；
97.图6是本发明所述装配式悬臂盖梁支架中，副桁架梁的结构示意图；
98.图7是本发明所述装配式悬臂盖梁支架中，变高桁架梁的结构示意图；
99.图8是本发明所述装配式悬臂盖梁支架中，主桁架梁的结构示意图；
100.图2-8中：1-副桁架梁；2-变高桁架梁；3-主桁架梁；
101.101-第一副桁架梁；102-第二副桁架梁；103-第三副桁架梁；
102.201-第一变高桁架梁；202-第二变高桁架梁；203-第三变高桁架梁；204-第四变高桁架梁；
103.301-第一主桁架梁；302-第二主桁架梁；303-第三主桁架梁；304-第四主桁架梁。
104.1-1、副桁架上弦杆；1-2、副桁架下弦杆；1-3、副桁架直腹杆；1-4、第一副桁架斜腹杆；1-5、第二副桁架斜腹杆；1-6、耳板；1-7、销栓接头；
105.2-1、第一变高桁架上弦杆；2-2、第二变高桁架上弦杆；2-3、第一连接板b； 2-4、第一变高桁架直腹杆；2-5、第二连接板b；2-6、第一变高桁架斜腹杆；2-7、第二变高桁架直腹杆；2-8、第二变高桁架斜腹杆；2-9、第三变高桁架斜腹杆； 2-10、第三变高桁架连接接头；2-11、第三变高桁架直腹杆；
106.3-1、主桁架上弦杆；3-2、第一主桁架直腹杆；3-3、连接板a；3-4、第一主桁架斜腹杆；3-5、主桁架下弦杆；3-6、第二主桁架斜腹杆；3-7、第二主桁架连接接头；3-8、第二主桁架直腹杆。
具体实施方式
107.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
108.本发明所述的支架，如图2-8所示，主要分为上部结构，支垫砂箱和下部结构。
109.单个支架的上部结构由两片桁架式梁体组成，两片梁体之间采用支撑架进行连接固定，以保证架体的整体稳定性。
110.为满足支架装配式施工，单片桁架式梁体靠模块式节段自由组合拼装而成，模块式节段主要分为主桁架梁(参加附图8)、变高桁架梁(参加附图7)和副桁架梁(参加附图6)。其中单片主桁架梁的长度规格设定为5.0m，单片变高桁架梁长度规格设定为3.75m，单片副桁架梁长度规格设定为5.0m。
111.注：梁体节段最大为5.0m，呈片状结构，便于交通运输。
112.主桁架梁与主桁架梁可各自进行拼装，主桁架梁和副桁架梁之间可通过变高桁架进行拼装，副桁架梁与副桁架梁可各自进行拼装。通过对多片桁架梁进行拼装组合，可以满足不同长度尺寸以及多种墩柱形式盖梁的施工需求。
113.构成桁架梁的杆件包含上、下弦杆，直腹杆和斜腹杆。单个杆件均由两根槽钢对称
设置而成，弦杆为“][”(肢背相向)形式，直腹杆为“[]”(肢背相对) 形式。斜腹杆在主桁架梁和变高桁架梁中为“][”(肢背相向)形式，在副桁架梁为“[]”(肢背相对)形式。
[0114]
注：采用“[]”(肢背相对)形式的腹杆在翼缘端通过焊接形成封闭的柱形结构，该结构在平面内外均具有较大的稳定性。
[0115]
单片主桁架梁上、下弦杆采用25#槽钢，上、下弦杆中心间距3.0m。加设腹杆后形成强大的矩形框架结构，能够抵抗盖梁标准截面段的荷载作用。弦杆两端共设置直径为33.0mm的螺栓孔，适配8.8级的m30螺栓，用以桁架梁之间的装配拼接。
[0116]
单片主桁架梁腹杆由4根直腹杆和4根斜腹杆组成，直腹杆采用10#槽钢，桁架两端各设置1根直腹杆，中间2根直腹杆分别设置于弦杆长度1/4和3/4处。 4根斜腹杆采用20#槽钢，以“w字型”设置于中间2根直腹杆两侧。斜腹杆与弦杆相交位置采用2cm厚铁板进行焊接固定，腹杆与下弦杆相交处作为节点与下部结构支承点连接，该处铁板采用2cm厚肋板进行焊接加劲处理，节点下方附加4cm厚铁板与节点板及加劲板焊接，用以支承点受力使用。以该形式进行杆件设置和节点处理，不仅能够有效减少上弦杆的弯曲作用，同时能够有效地将荷载向下部支承结构传递。
[0117]
单片副桁架梁上、下弦杆采用14#槽钢，上、下弦杆中心间距1.5m，架设腹杆后形成矩形框架结构，能够抵抗盖梁悬臂端变截面段的荷载作用。弦杆两端设置销栓接头，与过度桁架梁拼接端的销栓接头为“阳头”形式，另一端设置阴头或阳头(分为两种副桁架梁，这两种副桁架梁仅存在一端销栓接头是阴头或阳一种区别，这两种桁架梁均可以与变高桁架梁栓接)。
[0118]
单片副桁架梁腹杆由3根直腹杆和4根斜腹杆组成，直腹杆和斜腹杆均采用 10#槽钢，桁架两端各设置1根直腹杆，另1根直腹杆设置于弦杆长度1/2处。4 根斜腹杆以“m字型”设置于中间直腹杆两侧，呈上弦杆5个节点，下弦杆3 个节点的受力形式。腹杆与弦杆相交位置采用焊接固定，腹杆伸入弦杆的长度与弦杆高度一致。
[0119]
单片变高桁架梁上、下弦杆两端中心间距分别设置为1.5m和3.0m。上弦杆的单根槽钢由14#槽钢和25#槽钢通过一块2cm厚的转接钢板焊接连接，该节点钢板设置在槽钢背部，靠近1.5m端的三分之一段采用14#槽钢、上弦杆靠近3.0m 端的三分之二段采用25#槽钢。转接板下端外侧设置一块2cm厚的节点钢板，转接板与该节点板焊接固定。该节点板上均匀设置6个直径2cm的塞焊孔，塞焊孔的焊接高度略高于节点板厚度，在打磨至与节点板外表面齐平。
[0120]
变高桁架梁下弦杆采用20#槽钢，设置腹杆后呈梯形框架结构，在抵抗盖梁变截面段荷载的同时，以该几何形式可将主、幅桁架梁进行连接拼装。
[0121]
单片变高桁架梁腹杆由3根直腹杆和3根斜腹杆组成，直腹杆采用10#槽钢，桁架两端各设置1根直腹杆，另1根直腹杆设置于弦杆长度1/3处，靠近长直腹杆位置。3根斜腹杆靠近1.5m端的1根斜腹杆采用14#槽钢、靠近3.0m端的2 根斜腹杆采用20#槽钢。3根斜腹杆以“n字型”布置于框架内，形成上弦杆4 个节点，下弦杆3个节点的受力形式。斜腹杆与弦杆相交位置同样采用2cm厚铁板进行焊接固定。
[0122]
桁架梁上方节点搁置22a工字钢作为盖梁底模横梁，工字钢顺桥向布置，与桁架梁腹杆与上弦杆交点位置重合，工字钢与铁板采用钢质u型卡进行固定，使底模系统同样具备装配式性能，且工字钢的稳定性得到了有效保证。
[0123]
形成支架结构的两片桁架梁之间采用支撑架形式进行连接固定，支撑架主要由10#槽钢和2cm铁板制作而成，构件主要分为横杆，竖杆，斜杆，小横杆和连接板。
[0124]
支撑架横杆由2根槽钢以“][形式”对称设置，在端部设置1个直径22.0mm 的螺栓孔。端部螺栓附近设置一块2.0cm厚连接板，与2根横杆槽钢进行焊接。在横杆中部设置一块2.0cm厚节点板，与2根横杆槽钢进行焊接。支撑架竖杆同样由2根槽钢以“][形式”对称设置，并与连接板焊接牢固。在竖杆中部设置一块2.0cm厚节点板，与2根竖杆槽钢进行焊接。斜杆由4根槽钢以“][形式”对称设置，并与分别与横杆和竖杆上的节点板焊接牢固。小横杆同样由2根槽钢以“][形式”对称设置，并竖杆中部的连接板焊接牢固。
[0125]
在支撑架连接位置的桁架梁直腹杆节点焊接铁板翼缘端需加焊螺栓孔的连接铁板，连接铁板与直腹杆的腹板垂直，并附焊三角加劲铁板。
[0126]
支撑架仅提供支架上部结构的横向稳定作用，不作为主荷载的传递结构。
[0127]
支撑架的构件尺寸与相应的主、副桁架梁高度匹配。支撑架长度设置为 2.66m即能够满足绝大多数立柱尺寸以及盖梁宽度尺寸的施工要求。
[0128]
单个支架体系共有4个支垫砂箱，支垫砂箱布置于上部结构与下部结构之间支承点位置(主桁架梁支承铁板下方)。砂箱与桁架梁支撑点采用螺栓连接，与下部结构采用法兰连接，支垫砂箱可起到支架标高调节和支架卸落作用。
[0129]
单个支架体系下部结构由4根钢管桩和2到型钢横梁组成，钢管桩之间设置纵横向支撑架进行连接固定，确保下部结构的整体稳定性。
[0130]
钢管桩同样采用装配式结构，钢管桩之间采用法兰连接，钢管桩设置长度为 6.0m，5.0m，4.0m，3.0m和0.5m共5种规格，可以进行相应的组合以满足工程现场施工需求。
[0131]
钢管桩底部设置2根60a工字钢，在钢管桩支承点处，工字钢上附加2cm 后铁板，可与底部首节钢管桩进行螺栓连接。附加铁板与工字钢下翼板设加劲钢板。
[0132]
钢管桩间支撑架与桁架梁支撑架结构形式相同，横向支撑架高度规格设置为 3.78m和2.78m两种，纵向支撑架高度规格设置为1.78m和2.78m两种，不同规格支撑架组合使用，可以满足不同高度钢管桩立柱的连接需求。
[0133]
综上所述，模数化的构造处理确保该套支架体系具有良好的通用性，满足预期目标要求。
[0134]
1.1组合拼装式功能
[0135]
单个支架体系上部结构的桁架式梁体选用不同的模块式节段自由组合拼装而成，形成多种结构规格，可以满足不同长度尺寸盖梁的施工需求。模块式节段主要分为主桁架梁、变高桁架梁和两种规格的副桁架梁(两种规格的副桁架梁仅端部的销栓接头不同)。
[0136]
仅在主桁架梁设置支承点，因此在各种工况中将两片主桁架拼接形成的梁体作为基础梁体，再根据盖梁的长度构造往两片主桁架拼接形成的基础梁体上再拼接变高桁架梁、副桁架梁等以满足施工需求。
[0137]
1)标准断面的双悬臂盖梁
[0138]
对于标准断面的双悬臂盖梁，如图2所示，支架上部结构梁体选用“副桁架梁+变高桁架梁+主桁架梁+主桁架梁+变高桁架梁+副桁架梁”节段拼接。
[0139]
2)匝道断面的双悬臂盖梁
[0140]
对于匝道断面的双悬臂盖梁，如图3所示，支架上部结构梁体选用“变高桁架梁+主
桁架梁+主桁架梁+变高桁架梁”节段拼接。
[0141]
注：匝道盖梁长度不超过8.5m时，可选用“主桁架梁+主桁架梁”节段拼接作为支架的上部结构使用。
[0142]
3)三支点盖梁体系
[0143]
对于三支点盖梁体系，如图4所示，支架上部结构梁体选用“副桁架梁+变高桁架梁+主桁架梁+主桁架梁+变高桁架梁+副桁架梁+副桁架梁+变高桁架梁+主桁架梁”节段拼接。
[0144]
注：连续段的两节“副桁架梁”节段的实际数量根据具体跨径选用。
[0145]
4)四支点盖梁体系
[0146]
对于四支点盖梁体系，如图5所示，支架上部结构梁体选用“主桁架梁+变高桁架梁+副桁架梁+变高桁架梁+主桁架梁+主桁架梁+变高桁架梁+副桁架梁+副桁架梁+变高桁架梁+主桁架梁”节段拼接。
[0147]
注：连续段的两节“副桁架梁”节段的实际数量根据具体跨径选用。
[0148]
1.2多元化的节点拼装体系
[0149]
各单元间的连接设计遵循2个原则：
①
拼接接头承载力与弦杆轴向承载力相匹配；
②
拼接接头的安装、拆卸宜简便、快捷。
[0150]
(1)销栓接头
[0151]
结合目前应用广泛的321型贝雷片，平面桁架间连接采用“销栓接头”具有显著的安装、拆除便捷性。同时，销栓接头的承载力因其构造要求存在显著的“天花板”——销栓接头的耳板尺寸受连接型钢规格限制，10#槽钢、20#槽钢的最大匹配销栓接头耳板构造如图6所示。
[0152]
以最大规格销栓接头耳板为准，评估其承载力，如表1所示。
[0153]
表1不同规格销栓结构耳板承载力评估表
[0154][0155][0156]
注：当拼接接头两端弦杆规格不同时，以较小弦杆为基准。
[0157]
由表1可知，销栓连接尚能与14#槽钢匹配，但无法适用于20#槽钢。故将其作为1.5m桁架(副桁架梁)与变高桁架间(变高桁架梁)的连接。
[0158]
(2)“连接板+螺栓”的节点拼装体系
[0159]
当弦杆规格超过14#槽钢时，销栓接头的承载力显著下滑，20#槽钢的弦杆承载力高于销栓接头近40％，故3.0m桁架与变高桁架间的连接，不选用销栓连接，采用“连接板+螺栓”构造。
[0160]
螺栓在连接接头的数量按照所连接的杆件强度设置，即螺栓总强度和连接板强度大于被连接杆件强度。因此为满足快速拆装的要求，螺栓数量再满足强度要求后，需提高螺栓强度和直径来达到减少螺栓的总数，加快支架安拆进度。
[0161]
1)上弦
[0162]
上弦，变高桁架与3.0m桁架(主桁架梁)均采用双拼25#槽钢，弦杆轴向承载力为：
[0163]
n＝fy·
a＝190mpa
×
3490mm2＝663.1kn
[0164]
拼接区域采用8.8级普通螺栓，依据《公路钢结构桥梁设计规范》(jtgd64-2015)，单枚螺栓抗剪强度设计值f
vdb
为280mpa，选用4枚m30，螺栓呈两排、每排两个布置，单个弦杆设置1个剪切面，故螺栓抗剪承载力为：
[0165][0166]
选用t＝25mm连接板，其节点板承压承载力为：
[0167][0168]
连接板受拉承载力为：
[0169]
n＝fy·
(a
0-n
·d·
tw)＝190mpa
×
3500mm2＝665kn
[0170]
因此，上弦采用4枚m30的8.8级螺栓满足节点承载力要求。
[0171]
同理，3.0m桁架(主桁架梁)与3.0m桁架(主桁架梁)上弦25#槽钢之间采用4枚m30的8.8级螺栓。
[0172]
2)下弦
[0173]
变高桁架梁的下弦，采用双拼20#槽钢，3.0m桁架(主桁架梁)采用双拼25#槽钢，节点承载力按较小构件控制。双拼20#槽钢的轴向承载力为：
[0174]
n＝fy·
a＝190mpa
×
2880mm2＝574.2kn
[0175]
变高桁架与3.0m桁架下弦杆存在一定的夹角，采用“连接板+螺栓”连接时，核心问题在于，连接板也存在夹角，该节点设计遵循下述2点原则：
[0176]
a)变高桁架与3.0m桁架的弦杆中心线，在拼缝处位于同一高度，为设置转角连接板提供基础——避免节点附加弯矩对节点板的影响；
[0177]
注：若采用顶缘对齐或底缘对齐，变高弦杆的轴线与主桁架弦杆的轴线交于连接节点中心处，会产生较大的附加弯矩。附加弯矩会使该节点的连接板承受较大的集中应力，造成节点板不稳定，从而屈曲破坏。
[0178]
b)连接板夹角与其所连接弦杆角度一直，呈顺直布置，将变高桁架下弦杆的轴力传递到主桁架。
[0179]
拼接区域采用8.8级普通螺栓，依据《公路钢结构桥梁设计规范》(jtgd64-2015)，单枚螺栓抗剪强度设计值f
vdb
为280mpa，选用3枚m30，单个弦杆设置1个剪切面，故螺栓抗剪
承载力为：
[0180][0181]
选用t＝30mm连接板，其节点板承压承载力为：
[0182][0183]
连接板受拉承载力为：
[0184]
n＝fy·
(a
0-n
·d·
tw)＝190mpa
×
3600mm2＝684kn
[0185]
因此，下弦变高桁架与主桁架之间采用3枚m30的8.8级螺栓满足节点承载力要求。
[0186]
连接板上螺栓孔关于间距要求的布置满足《公路钢结构桥梁设计规范》(jtgd64-2015)规定：螺栓中心容许间距最小为3d0(d0为螺栓孔直径)；螺栓中心至边缘的最小距离为1.5d0(d0为螺栓孔直径)。连接板上螺栓孔在沿连接板高度方向布置两颗，则连接板高度最小为(1.5+3+1.5)d0＝198mm。且连接板的高度因符合构造要求，即连接板的高度不大于槽钢腹板内侧平直段长度，20# 槽钢腹板内侧平直段长度为156mm，且在保证加工误差的前提下连接板的高度取150mm。
[0187]
注：槽钢腹板内侧平直段长度＝腹板高度-2
×
(翼缘厚+圆弧段)，连接板高度超过槽钢腹板内侧平直段长度会造成连接板无法与槽钢腹板发生有效接触，在螺栓作业过程会使连接板严重变形进而导致螺栓连接失效。
[0188]
因此连接板的最大高度为150mm，且螺栓孔需在连接板高度方向为单颗布置，总体螺栓孔呈“δ”形式布置。
[0189]
综上，下弦变高桁架与主桁架之间采用“δ”形式布置满足节构造要求要求。
[0190]
3.0m桁架(主桁架梁)与3.0m桁架(主桁架梁)下弦25#槽钢之间的连接同上弦25#槽钢，采用4枚m30的8.8级螺栓可满足承载力要求。
[0191]
1.3节点拼接区域设置
[0192]
节点区域除考虑连接构件的承载力外，还应重视“拼接区域设置”。
[0193]
节点两侧直腹杆之间的弦杆承担较大的弯矩作用，峰值位于弦杆与直腹杆的交点处，且弯矩绝对值大小随直腹杆间距增加而明显提高，并相应提高了整根弦杆的最大应力值，使该截面成为了最不利截面。为满足此处的最不利截面的应力状态，需提高杆件截面尺寸，大幅增加单个支架的重量。因此，按照减少节点两侧直腹杆的间距。
[0194]
(1)“连接板+螺栓”接头
[0195]“连接板+螺栓”接头布置于主桁架梁与主桁架梁拼接处、主桁架梁与变高桁架梁拼接处。“连接板+螺栓”接头拼接处直腹杆边缘距离弦杆端部2cm，作为直腹杆与弦杆的焊接固定区域，减少弦杆在腹杆交点外的悬臂长度。为了使螺栓孔避免直腹杆与弦杆连接处的焊接区，将螺栓孔布置于直腹杆轴线外侧。
[0196]
(2)销栓接头
[0197]
销栓接头布置于副桁架梁与副桁架梁拼接处、副桁架梁与变高桁架梁拼接处。销栓接头拼接处直腹杆边缘距离弦杆端部5cm，作为销栓阳头与弦杆的焊接固定区域。
[0198]
销栓的两个阴头部件分别与弦杆的两个槽钢腹板内侧(槽钢翼缘悬挑侧)焊接固定。销栓阴头与弦杆槽钢的固定不与其他杆件发生冲突，销栓阴头与弦杆槽钢可设置足够的焊接长度来满足强度要求。
[0199]
销栓的阳头部件分别与弦杆的两个槽钢腹板外侧焊接固定(阳头固定在弦杆的两根槽钢中间)，阳头厚度与弦杆两根槽钢间距一直。弦杆槽钢悬挑端可以和销栓阳头焊接固定的长度为5cm。销栓阳头与弦杆槽钢接触区域，在该区域对应的槽钢腹板均匀设置三个1cm直径的塞焊孔。塞焊孔的焊接高度略高于槽钢腹板厚度，在打磨至与槽钢腹板齐平。塞焊孔可增强销栓阳头与弦杆槽钢的连接强度，满足接头拼接的强度要求。
[0200]
1.4节点区域的杆件加强措施
[0201]
节点区域的加强设计主要包含2个方面：1)、直腹杆内嵌于弦杆两根槽钢之间；2)、变高桁架梁、主桁架梁的斜腹杆通过节点板与弦杆焊接固定。
[0202]
直腹杆内嵌布置
[0203]
直腹杆内嵌于弦杆两根槽钢之间，并焊接固定。弦杆的两根槽钢与直腹杆焊接固定，使弦杆连根槽钢连接成整体，大量减少使用缀板来连接弦杆的两根槽钢。直腹杆与弦杆的内嵌式焊接固定后强化桁架体系。
[0204]
对于变高桁架梁和主桁架梁，直腹杆内嵌于弦杆后，斜腹杆与直腹杆可错位布置。斜腹杆布置在直腹杆外侧，整个节点构造紧凑，荷载传递路径明显。斜腹杆与直腹杆错位布置可明显减小斜腹杆端部与交点的距离，增强节点板的刚度。
[0205]
设置节点板
[0206]
变高桁架梁、主桁架梁的斜腹杆通过2cm厚的节点板与弦杆焊接固定。节点板焊接于弦杆槽钢翼缘，节点板外边缘于槽钢腹板外侧齐平。调整节点板尺寸可控制斜腹杆的焊接长度，提高连接节点的稳定性。斜腹杆与弦杆通过节点板连接可增强连接节点的疲劳抗性，增加桁架的使用次数。
[0207]
2实施方法
[0208]
a、在承台施工时，根据支架尺寸横梁位置，预埋好固定铁板；
[0209]
b、承台施工完毕，混凝土到达设计强度后，吊放安装60a工字钢横梁；
[0210]
c、根据实际支架高度需要，在地面逐段安装好钢管桩及支撑架，整段进行吊装，逐段安装好法兰螺栓；
[0211]
d、测定顶部一段钢管桩桩顶标高，计算支垫砂箱调节高度，进行砂箱安装；
[0212]
c、桁架梁在地面进行整体安装，对主桁架梁、变高桁架梁、副桁架梁和支撑架全部进行安装完毕后再吊装至支垫砂箱支承点位置，吊装前做好桁架安装的检查和验收工作；
[0213]
d、桁架安装好后再次确认桁架位置和标高是否满足设计施工要求；
[0214]
e、在桁架梁上安装盖梁工字钢底模横梁，用u型卡将工字钢翼缘板与桁架梁上弦杆加强铁板进行固定。
[0215]
f、在工字钢横梁上安装盖梁底模，绑扎盖梁钢筋，浇筑盖梁混凝土，在盖梁施工过程中对支架进行严密监测，支架变形不得超过5mm。
[0216]
g、盖梁养护至设计强度后，利用支垫砂箱降低支架标高，使桁架梁脱离盖梁底部，将底模系统拆除；
[0217]
h、利用手动葫芦将桁架悬挂于盖梁下放，将桁架梁之间的拼接螺栓拆除后，将桁架梁连同支撑架一并从盖梁一侧吊出，吊至地面后再进行支撑架拆除。桁架梁吊除顺序为先副桁架梁，后变高桁架梁，再主桁架梁。
[0218]
i、桁架梁拆除完毕后，由上至下先拆除支垫砂箱，再解除钢管桩间法兰连接，分段
整体吊出钢管桩体系。
[0219]
j、最后割除60a工字钢与承台预埋铁板的连接，完成支架所有构件拆除。