連續梁0號節段三角托架設計

魏 強

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概況

新建準朔鐵路下土寨跨引黃干渠特大橋橋長1 325.03 m，其中心里程為DK67+887.42。大橋跨越偏關河及引黃干渠，該橋跨越引黃干渠部分為連續梁，其主跨28號，29號墩采用圓端形實體橋墩，墩身橫橋、縱橋向均變坡，坡比為50∶1，墩身高均為25m，其承臺厚度為3.50 m，分兩層布置即2.50 m+1.00 m，基礎采用12根直徑為1.25 m鉆孔灌注樁基礎。上部結構采用(40+64+40)m的變截面連續箱梁形式。箱梁采用單箱單室截面，箱梁頂板寬7.20m，厚度0.32 m，底板寬3.80 m(0號節段4 m箱長處為4.80 m)，按二次拋物線y=800x/5 1502m變化，厚度由0.70m漸變至0.40 m，腹板厚度由0.80 m 漸變至0.60 m。

2 設計

2.1 托架

0號現澆段的施工方法為:1)搭設碗口式支架;2)安裝托架。由于該懸臂連續梁0號段設計長度為9 m，墩高25 m。搭設碗口式腳手架，涉及到地基處理、搭設和拆除比較麻煩;采用萬能桿件、貝雷桁架、六四軍用桁架搭設托架，所需材料不方便。因此從工期、經濟方便等因素，連續梁0號節段采用三角托架，三角托架具有受力明確、便于運輸安裝等優點，三角托架采用型鋼焊接而成，桿件截面為［28b雙槽鋼，雙槽鋼用綴板連接，材料為普通A3鋼。其結構尺寸如圖1所示，三角托架施工示意圖見圖2。

圖1 三角托架結構尺寸圖

2.2 預埋件

預埋件由型鋼牛腿及精軋螺紋鋼組成，其作用是將托架承受的施工荷載傳遞到墩身，是整個承重結構的關鍵部位。經受力分析可知，三角托架承受的施工荷載包括水平力和豎向力。豎向力主要由型鋼牛腿承擔，水平力靠精軋螺紋鋼預施加的壓力承擔。

型鋼牛腿先在加工場制作好，在墩身混凝土澆筑時，測定出預埋牛腿的位置，預埋在墩身混凝土中。每個牛腿采用2根28b的工字鋼，預埋長度185 cm，外露35 cm。

墩身混凝土澆筑前，還需沿橋向埋置4根φ40 mm的PVC管，以便對穿精軋螺紋鋼。待三角托架安裝完畢后，應對PSB930精軋螺紋鋼進行張拉，以此來抵消三角托架承受的水平力。

2.3 分擔梁

分擔梁是以分配荷載為目的，為保證各片托架均勻受力，分擔梁要求具有較大的剛度，本設計采用4根32b工字鋼(間距0.675 m)作為分擔梁。

2.4 底模支架

根據0號節段箱梁底部線位高程設置底模支架，支架利用Ⅰ10工字鋼焊接而成(間距0.4 m)，并設置8個砂桶，以調整高程和方便拆除模板及支架。

3 結構受力分析與計算

3.1 荷載分析

托架是承擔0號節段支架、模板、混凝土和施工荷載的重要受力構件，其荷載有:混凝土自重、模板支架重量、人群機具重量、風荷載、沖擊荷載等。由設計圖紙可知0號節段橫橋向(即底板寬度)全部作用在墩身上，縱橋向除墩身上連續梁由墩身承擔外，其余每側2.7 m長度的連續梁作用在托架上。每側三角托架上共布置的4根分擔梁主要承受墩身外側2.7 m的連續梁重量。

0號節段施工的荷載(橋墩一側荷載):混凝土重G1=90.72 t。模板自重G2=(5.8 ×2.7 ×2+3.8 ×2.7)×0.8=3.3 t(模板自重按0.8 kN/m2)。其他施工附加荷載:施工人員、機具荷載取:2.5 kN/m2。混凝土沖擊荷載取:2.0 kN/m2。G3=(2.5+2)×7.2×2.7=8.7 t。不可預計荷載取恒載的 0.2 倍。G4=(G1+G2)×20%=18.8 t。共重 G=(G1+G2+G3+G4)=121.52 t。橋墩每側共2片三角托架，每片受力約62 t。

3.2 受力計算

1)三角托架受力計算。

根據托架尺寸建立計算模型如圖3所示。根據對稱性，模型僅考慮了單片托架。因三角托架受力復雜，計算采用ANSYS軟件，因為各個桿件之間用節點板焊接連接，單元類型采用Beam189。

圖2 三角托架施工示意圖

圖3 托架計算模型圖

通過ANSYS軟件計算可知:三角托架最大豎向位移為3.0 mm，最大拉應力為121 MPa，最大壓應力發生在長斜桿上，為91.5 MPa。發生最大壓應力的桿計算長度為1.85 m，截面為雙槽28b，穩定也沒有問題。三角架與橋墩上連接點的水平拉力為48 t，豎向反力為18 t，下連接點豎向反力為48 t。

2)支架受力計算。

Ⅰ10 工字鋼的力學性能:ix=0.041 4m，iy=0.015 2 m，Wm=0.000 049 m3，A=0.001 43 cm2。

三角支架橫向間距為 0.4 m，q1=5 ×0.4 ×26+4.5 ×0.4=53.8 kN/m。

跨中彎矩 M=q1×L2/8=3.06 kN·m(L=0.675 m)。

支點剪力:

3)分擔梁計算。

32b 工字鋼的力學性能:ix=0.125 8 m，iy=0.026 41 m，Wm=0.000 726 33 cm3，A=0.007 345 m2。

分擔梁縱向間距為0.675 m。

分擔梁荷載分布圖見圖4。

圖4 分擔梁荷載分布圖

彎矩 M=35.7 kN·m。M/W=49.2 MPa＜［σ］=145 MPa。分擔梁彎矩圖見圖5。

圖5 分擔梁彎矩圖

支點剪力:

分擔梁剪力圖見圖6。

4)牛腿計算。

豎向力V=62 t。牛腿截面積A=61.05×2=122 cm2。

因此預埋件強度滿足要求。

5)混凝土局部抗壓驗算按下式計算:

圖6 分擔梁剪力圖

其中，V為豎向力;Fa為型鋼端部由預制混凝土梁傳來的下部水平力;L為型鋼埋入混凝土柱中的長度;H為型鋼截面的高度;a為剪跨;b為型鋼截面的寬度;fc為混凝土抗壓強度;η為折減系數，η實際上在數值上就是柱子的軸壓比，其范圍為0.3～0.5，并考慮高軸壓比時的柱箍筋對核心混凝土約束的加強作用，可取η=0.3進行計算。當η＞0.3時按0.3取用。

4 托架安裝

在墩身施工時根據計算好的高度、間距，準確的預埋精軋螺紋鋼和型鋼牛腿。墩身施工完畢后吊裝托架，吊裝時用吊車的大鉤和小鉤同時起吊保持托架的水平，并緩緩對準預埋精軋螺紋鋼，入孔后上上墊片、擰上螺母，用鋼絲繩臨時固定托架，再按同樣步驟安裝對側托架。安裝完畢后為了減小托架的彈性形變，根據托架受水平力、計算游標讀數對精軋螺紋鋼進行張拉，為了提高托架的穩定性和剛度用Ⅰ16托架進行橫向連接，在尾部和斜面上連接。在安放分擔梁前測量托架頂面標高，從而確定砂桶高度(砂桶高度比設計高8 mm)。先安放砂桶，再安放分擔梁，分擔梁安放后用φ16制作成的門形把分擔梁固定在托架上。在分擔梁上鋪設楔形三腳架再鋪設底模。

5 結語

本文所設計的三角托架已成功用于工程實際，在經濟方面優于用諸如貝雷梁或萬能桿件拼裝的托架節省材料，節省了成本投入。在施工周期方面，從支架搭設至0號節段澆筑結束，施工周期較其他施工方法提前7 d～10 d，因此具有一定的借鑒、推廣意義。

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