“一體式三角桁架”在斜底板現澆箱梁中的設計與應用

劉統一 （中鐵四局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

“一體式三角桁架”在斜底板現澆箱梁中的設計與應用

劉統一 （中鐵四局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

甬江左線特大橋主橋為我國首座鐵路混合梁斜拉橋，全長909.1m，半漂浮體系。混凝土主梁為帶有斜底板的單箱三室截面。采用“一體式三角桁架”施工斜底板現澆箱梁具有精度高、安裝速度快、強度大、穩定性強、安全風險低等優點，對類似工程設計與施工具有一定的指導意義。

三角桁架；混凝土主梁；強度；穩定性；設計

在現代橋梁建筑中，我國橋梁不斷朝著復雜、大跨的方向發展，通過對橋梁受力特性的深入研究，并結合單一橋型的優點，涌現出大量混合式新型橋梁結構。預應力混凝土連續梁結構因其承載能力強，跨度大，施工方便而被廣泛應用于我國混合型橋梁的建設之中。

箱型截面這種封閉式結構自身的抗扭剛度很大，同時，頂板和底板都有比較大的面積，能夠有效抵抗正、負彎矩，并滿足配筋要求。當跨度超過40m的預應力混凝土梁中，多采用箱型結構[1]。隨著交通運輸對橋梁頂面橫向寬度的要求不斷增加，箱梁設計中將兩側底板改為傾斜狀，在保證底板尺寸不變的情況下，增加頂板橫向尺寸。同時，與之相匹配的橋墩工程量大大減小。

現場實際施工過程中，斜底板下現澆支架多采用滿堂支架搭設，施工投入量大，整體穩定性差，調整相對困難，進度緩慢。尤其在高墩現澆梁施工中，安全風險相對突出，施工控制難度較大。

甬江左線特大橋主橋為我國首座鐵路混合梁斜拉橋，全長909.1m，半漂浮體系。孔徑布置為（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m，主跨以468m鋼箱梁跨越甬江，邊跨采用預應力混凝土箱梁作為錨固跨。單側現澆梁設3個輔助墩及1個連接墩，與索塔之間形成4跨連續梁。

混凝土箱梁采用單箱三室等高截面，中心梁高5.0m。頂板橫橋向全寬21m，正底板橫橋向全寬為6.6m。斜底板全長7.725m，傾斜角度為21.25°。混凝土主梁截面尺寸見圖1所示。

圖1 混凝土主梁截面尺寸圖

混凝土主梁采用“樁-柱-梁式支架法”逐段現澆，設置2個臨時混凝土承臺，承臺下樁基采用預應力混凝土薄壁管樁。臨時承臺頂部安裝φ630×8mm鋼管臨時支墩，單個承臺頂共設置14根，鋼管立柱安裝位置與預應力管樁平面位置相對應，保證上部荷載傳遞的連續性。柱頂設置HW400×400mm型鋼分配梁，其上鋪設單層加強型貝雷片縱梁，橫橋向共設置34組。

針對有斜底板的現澆箱梁，施工過程中一般多采用滿堂支架法進行支護。結合本橋實際情況，貝雷梁頂部安裝I12.6工字鋼，順橋向間距60cm。箱梁正底板下直接鋪設方木、竹膠板，斜底板下搭設滿堂支架支撐，橫橋向間距30cm。外側另搭設支架至梁面，作為施工通道及平臺。滿堂支架法施工斜底板現澆梁見圖2所示。

根據斜底板設計尺寸及傾斜角度，結合現澆梁體自重荷載分布情況，采用具有一定強度和剛度的型鋼設計并制作三角桁架，作為梁底支撐系統。三角桁架在加工場地集中加工，順橋向連接成組，整體吊裝就位，三角桁架頂部直接鋪設方木竹膠板系統。三角桁架頂部增加牛腿，吊裝就位后，在牛腿上鋪設木板，形成臨時施工平臺。三角桁架法施工斜底板現澆梁見圖3。

圖2 滿堂支架布置圖

圖3 三角桁架布置圖

將上述兩種方案從施工方法、施工速度、安全性、難易度、穩定性等方面進行對比分析。

①滿堂支架法須根據需要，預先配置不同長度的撐桿，撐桿吊裝至貝雷片縱梁頂端后，由人工逐一安裝，并采用橫向桿件連接，保持滿堂支架的整體穩定性。三角桁架法在加工場地將三角桁架加工成型，順橋向連接成組，整體吊裝。

②滿堂支架法在“樁-柱-梁式支架”全部施工完成后，在支架頂端逐一施工，二者為流水作業，施工工期相對較長。三角桁架可在“樁-柱-梁式支架”施工過程中同步加工，主體支架施工完成后，即可整組吊裝至設計位置。同時，本節段施工完成后，三角桁架可整體、快速拆除并倒運，大大縮短了施工工期。

③貝雷片縱梁頂端至原地面高度達37m，滿堂支架均需人工高空作業安裝，施工安全風險大。三角桁架加工完成后，由50T履帶吊整體吊裝至設計位置，吊裝過程無需人工配合，安全壓力大大減小。

④滿堂支架過程中，各鋼管均為獨立桿件，定位安裝耗時較長；安裝完成后，鋼管頂部標高調整工作量巨大。三角桁架為場內定尺加工，吊裝過程中僅需整體定位，操作簡單，避免了繁雜的后期調整工作。

⑤由于斜底板傾角較大，滿堂支架支撐長短不一，且鋼管頂部與方木竹膠板系統貼合不緊密，整體穩定性較差。三角桁架由型鋼焊接成整體，整體穩定性好。

綜上所述，選用“三角桁架”作為本橋混凝土主梁斜底板支撐系統。

結合現澆箱梁荷載分布情況，設計并制作“一體式三角桁架”。三角桁架頂、底部主框架均采用[10#槽鋼加工，主框架間由L75角鋼構成的橫聯連接。三角桁架在加工過程中，外部增設平臺支架牛腿，為后期梁上作業提供施工平臺。三角桁架立面布置見圖4所示。

圖4 三角桁架立面布置圖

單片三角桁架立面尺寸較大，高度達3m。但其側向剛度較小，加工及吊裝過程中極容易產生變形。為保證三角桁架加工質量，滿足快速安裝要求，并考慮三角桁架形狀及重量滿足吊裝能力，在加工場地將順橋向4片三角桁架連成一組，整體吊裝。單片三角桁架之間采用L75角鋼連接，順橋向布置間距為1.5m。單組三角桁架布置見圖5所示。

圖5 單組三角桁架布置圖

現澆箱梁支架搭設過程中，同步在加工場地組拼三角桁架。待“樁-柱-梁式支架”體系施工完成后，分組逐次吊裝三角桁架就位，組與組之間無需做任何連接處理，大大減少了高空作業風險，提高了施工效率。

為驗證三角桁架承載能力，采用MIDAS CIVIL 2010有限元計算軟件，模擬三角桁架實際受荷狀況，建立有限元模型，單組三角桁架有限元模型見圖6所示。

圖6 單組三角桁架有限元模型

根據混凝土現澆箱梁荷載分布情況，將混凝土自重轉化為梁單元荷載，加載至三角桁架斜桿上。加載情況見圖6所示。

三角桁架強度計算結果見圖7所示。豎向位移計算結果見圖8所示。

圖7 單組三角桁架強度計算結果

圖8 單組三角桁架剛度計算結果

由圖7、8可以看出：三角桁架所承受最大壓應力為151.9MPa，最大拉應力為135.6MPA，豎向變形最大值為2.27mm，均滿足要求。

采用“一體式三角桁架”施工斜底板現澆箱梁具有以下優點：

①三角桁架全部在加工場地定尺加工成型，順橋向連接成組，整體吊裝。

②三角桁架可在“樁-柱-梁式支架”施工過程中同步加工，主體支架施工完成后，即可整組吊裝至設計位置。同時，本節段施工完成后，三角桁架可整體、快速拆除并倒運，大大縮短了施工工期。

③三角桁架加工完成后，由50T履帶吊整體吊裝至設計位置，吊裝過程無需人工配合，大大減少了高空施工作業量，安全風險相對較小。

④三角桁架吊裝過程中僅需整體定位，操作簡單，避免了繁雜的后期調整工作。

⑤三角桁架整體承載能力高，豎向剛度大，整體穩定性強，完全滿足施工要求，保證施工質量。

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水塔起爆后約4s開始下沉，繼而向設計方向傾倒，倒塌方向非常準確，沒有發生后坐現象。筒體破碎較好，周邊儲藏室和高壓線安然無恙，控制爆破拆除達到了預期的效果。

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