290 m 空腹式剛構橋三角區箱梁施工支架受力分析

韓洪舉

(貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001)

290 m 空腹式剛構橋三角區箱梁施工支架受力分析

韓洪舉

(貴州路橋集團有限公司，貴州貴陽 550001)

針對貴州北盤江大橋三角區特殊的構造，提出了下弦采用掛籃施工并輔以扣索張拉，上弦采用支撐于下弦頂面的施工支架現澆施工方法。建立了三角區箱梁、扣索和施工支架于一體的有限元模型，開展了3種不同工況下的施工支架力學分析。計算結果表明:施工支架立柱內力受下弦梁段澆筑、扣索張拉和預應力張拉等影響較大，會出現內力集中現象。

空腹式剛構橋;施工支架;受力分析;內力集中

預應力混凝土連續剛構橋是山區高速公路常用的結構形式，由于受到地形、地質條件限制，某些連續剛構橋跨度很大，目前國內最大跨徑已經達到330 m［1］。為減輕結構自重，重慶石板坡長江大橋跨中段采用鋼箱梁取代混凝土箱梁，而貴州北盤江大橋則采取在根部箱梁挖空，做成空腹式(斜腿)剛構橋。這種空腹式剛構橋在國內外建造很少，有關三角區梁段施工方法和施工計算的介紹也很少。

施工支架是橋梁施工中重要的臨時結構，常用的有滿堂式支架、大鋼管柱支架和貝雷架支架［2-5］，這些支架的共同特點是底模系統都為固定形式，支架不能移動。文獻［6］采用固定式支架(墩頂、邊跨現澆段)和落地移動式支架(其余梁段)，應用于一座45 m+75 m+45 m預應力混凝土連續梁橋施工中;文獻［7］采用支架平移技術應用于南昌新八一大橋的施工中;文獻［8］介紹了一種支承在橋墩上的非落地移動支架，并成功應用于一座多跨連續梁橋的施工中。這3種移動支架受力明確，而北盤江特大橋是一座290 m空腹式(斜腿)剛構橋，該橋難點在于三角區施工。根據三角區上弦相對較柔、下弦剛度較大的特點，提出了下弦采用掛籃澆筑，上弦采用支架法施工的方法。為克服過大支架自重對下弦桿產生的不利變形，提出了移動式支架，同時在下弦桿上設置了臨時預應力扣索。受到上下弦桿變形、上下弦桿預應力張拉和臨時扣索張拉的影響，支架受力復雜，部分支架桿件會出現內力集中現象，因此有必要開展詳細的力學分析。

1 工程概況

北盤江特大橋位于水盤高速公路水城縣發耳鄉與營盤鄉交界處。主橋為82.5 m+220 m+290 m+220 m+82.5 m預應力混凝土懸澆空腹式(斜腿)剛構橋(圖1)。大橋分左右兩幅，采用單箱單室的截面形式，橋面寬10.5 m，箱梁底寬6.5 m，頂板懸臂長2 m，懸臂端部厚0.2 m，根部厚0.65 m，箱梁頂設有2%的橫坡。三角區上下弦箱梁懸臂長為44 m，懸臂根部高35 m，分為11個現澆梁段(圖2)。

圖1 北盤江特大橋主橋總體布置(單位:m)Fig.1 General layout of main bridge of Beipanjiang Bridge

2 施工支架構造

三角區鋼管支架系統由預埋件、鋼管支架、底模系統構成。鋼管采用φ630×10 mm鋼管，在高度方向上每間隔6.5 m設置縱、橫向聯系，柱間縱梁采用I 40a的型鋼，柱間橫梁采用32a槽鋼箱，柱間撐桿采用I 20a的型鋼。底模設計為可行走式支撐系統，采用液壓同步千斤頂進行底模安裝與脫模。底模橫向分配梁采用3段分離式設置，以滿足縱向移動需求。在模板脫離混凝土后，靠兩側底模及分配梁內收后借助縱梁整體前移至下一節段位置，再重新安裝外側底模，頂升后形成下一節段的底模系統。其總體布置圖如圖2。

圖2 三角區鋼管支架總體布置(單位:m)Fig.2 General layout of steel bracket in triangular area

3 三角區施工步驟

針對三角區域構造特點，下弦(斜腿)段采用掛籃澆筑并配以施工扣索，上弦段采用施工支架法施工，支架搭設于已完成的下弦上，總體施工步驟如下:

1)施工上下弦0#段箱梁，在上弦0#塊拼裝上弦掛籃并加載試驗。

2)施工上弦1#段箱梁，并在該梁段上利用永久索的孔道設置臨時預應力索。

3)將上弦掛籃的底籃下放至下弦1#段底面，利用上弦掛籃，完成下弦1#段箱梁施工;上弦掛籃前移，澆筑下弦2#節段，并張拉1#扣索。

4)在下弦1#和2#梁段上拼裝下弦掛籃主桁，并將上弦掛籃的底籃和下弦掛籃的主桁重新進行連接，形成下弦施工掛籃，將下弦掛籃移動到下弦2#段的梁端，準備施工下弦3#梁段;同時在下弦1#梁段的前端支撐1#鋼管立柱，用1#鋼管立柱支頂上弦的1#梁段，并解除上弦的臨時預應力索。

5)澆筑下弦3#梁段，并張拉2#扣索。

6)將下弦掛籃移動到下弦3#梁段的前端，準備澆筑下弦4#梁段;同時搭設2#鋼管立柱，并鋪設上弦箱梁2#梁段的底模，利用上弦掛籃剩下的內外模系統，作為上弦箱梁2#梁段的內外模。

7)澆筑下弦4#梁段和上弦2#梁段，并張拉3#扣索。

8)將下弦掛籃移動到下弦4#梁段的前端，準備澆筑下弦5#梁段;同時搭設3#鋼管立柱，上弦2#梁段的底模下降后，滑移到上弦3#梁段的底部，頂升底模托架，調整底模標高后，將上弦的內外模系統隨著上弦的主桁向前推移至上弦的3#梁段，準備澆筑上弦3#梁段。

9)澆筑下弦5#梁段和上弦的3#梁段;并張拉4#扣索。

10)循環8)～9)步驟澆筑下弦的6～11#梁段和上弦的4～9#梁段，并拆除下弦掛籃的主桁，把底籃扣掛在下弦11#梁段的底板上;但澆筑完成下弦11#梁段后，10#扣索暫時不張拉。

11)搭設上弦10#梁段鋼管立柱和鋪設底模，并澆筑混凝土，待上弦10#梁段達到設計強度后先張拉下弦11#梁段對應的10#扣索，再張拉上弦第10節段預應力索。

12)搭設上弦11#梁段鋼管立柱和鋪設底模，并澆筑混凝土，張拉上弦第11節段預應力，完成三角區匯合前的全部施工。

13)將上下掛籃的主桁和下弦掛籃的底籃又重新進行組合，形成包括匯合段在內的以后梁段的施工掛籃。匯合梁段為12#梁段，分2層澆筑，第1層混凝土澆筑至距上弦頂面7 m處，當混凝土達到80%設計強度等級后張拉11#和12#扣索;澆筑第2層混凝土。

14)三角區施工完成。

4 施工支架受力分析

4.1 計算工況與分析模型

根據三角區段的施工步驟，共分為20個施工計算階段。應用Madis/civil程序，將上下弦桿和施工支架劃分為梁單元，扣索劃分為索單元，相應的計算模型如圖3。

圖3 三角區結構模型Fig.3 Structural model of triangular area

計算時考慮了以下3種工況:

工況1:不考慮下弦桿變形、扣索和上弦預應力張拉影響;

工況2:不考慮下弦桿變形及扣索張拉影響，計入上弦預應力張拉影響;

工況3:考慮下弦變形、扣索和上弦預應力張拉的影響。

相應的計算荷載取值如下:混凝土自重取26 kN/m3，振搗荷載取 2.0 kN/m2，施工機具荷載取1.5 kN/m2，底模板取 1.0 kN/m2，掛籃自重 76 t。

4.2 計算結果分析

表1～表3給出了3種工況在不同施工階段的施工支架柱1～柱11的軸力值，表4列出了各柱在不同工況中的軸力最大值。

表1 不考慮扣索、下弦變形、上弦預應力張拉影響各階段上弦支架軸力Tab.1 Axial force of bracket in the upper chord without taking deformation of cable and the lower chord and pretension of the upper chord into account /kN

表2 不考慮扣索、下弦變形影響各階段上弦支架軸力Tab.2 Axial force of bracket in the upper chord without taking deformation of cable and the lower chord into account /kN

(續表2)

表3 考慮扣索、下弦變形、上弦預應力張拉影響各階段上弦支架軸力Tab.3 Axial force of bracket in the upper chord with taking deformation of cable and the lower chord and pretension of the upper chord into account /kN

表4 3種工況下不同施工階段各柱軸力最大值比較Tab.4 Comparison among maximal axial force under three different working condition /kN

從表1～表4可以看出:

1)按工況1計算時，由于不考慮下弦變形、扣索張拉和上弦桿預應力張拉的影響，施工支架受力比較均勻，但當上弦11#、12#梁段采用上弦掛籃澆筑時，因受到掛籃荷載的影響，支架軸力有所增大;

2)工況2不考慮扣索、下弦變形影響，當上弦頂板預應力張拉將使上弦產生向上位移，減小了支架的軸力，因此柱1～柱8軸力較工況1要小。而柱9～柱11較工況1大，是因為上弦箱梁9#、10#梁段預應力布置為底板預應力筋，預應力張拉后上弦向下變形，從而增大了支架軸力，且增幅顯著;

3)工況3綜合考慮施工過程中下弦變形、扣索(預應力)張拉各工序影響，支架受力總體上介于工況1和工況2之間，符合實際受力狀態。當下弦澆注、上弦頂板預應力張拉時，下弦向下變形，上弦向上變形，支架軸力減小;當扣索張拉后下弦上撓，支架軸力增大。與工況2相同，因上弦箱梁9#、10#梁段預應力布置為底板預應力筋，預應力張拉后上弦向下變形，引起前端支架軸力顯著增大，而后端支架力有所減少。由于三角區支架和扣索是在全橋合龍后拆除，因此在三角區匯合后的后續懸臂梁段的澆筑將使支架受力發生不斷變化，最大懸臂狀態下1～8支架基本處于不受力狀態，但第10排支架最大軸力達5 013 kN，出現內力集中現象，與常規落地式現澆支架受力差異顯著。

4.3 施工支架驗算

根據上述計算結果，選取最不利工況對施工支架進行強度、剛度、穩定性驗算，均滿足相關要求。

5 結語

針對北盤江大橋構造特點，結合三角區段上下弦桿施工步驟和支架構造，提出了下弦采用掛籃施工并輔以扣索張拉，上弦采用支撐于下弦頂面的施工支架現澆施工方法。通過對支架施工的全過程計算分析發現，支架部分桿件有內力集中現象，因此，在開展支架受力分析時必須考慮弦桿構造、上下弦變形以及預應力束筋與扣索張拉的影響。實踐表明:文中提出的施工方法是合理可行的，確保了大橋按期完工。

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Mechanics Analysis of Construction Bracket for 290m Spandrel Rigid Frame Bridge

HAN Hong-ju
(Guizhou Road ＆ Bridge Group Co.，Ltd.，Guiyang 550001，Guizhou，China)

Based on the special construction details at spandrel zone of Beipanjiang Bridge，the construction with cantilevered segmental method in the lower chords and on-site construction of bracket in the upper chords were conducted.A finite element model including box girders，cables and brackets was built;the mechanics analysis of the bracket in three different cases was performed.The results demonstrated that lower chords girder concrete casting，cables and pre-stress bars tensioning exerted great influence on internal forces of bracket columns;internal forces concentration would occur.

spandrel rigid frame bridge;construction bracket;mechanics analysis;internal force concentration

U448.21

A

1674-0696(2001)03-0361-05

2010-11-15;

2011-03-10

韓洪舉(1970-)，男，貴州遵義人，高級工程師，主要從事橋梁施工方面的研究。E-mail:hanhongju@126.com。