連續(xù)鋼構(gòu)橋高墩邊跨現(xiàn)澆段托架設(shè)計(jì)

劉曉青

摘 要：六六高速公路夾巖特大橋第11孔至13孔采用（75+140+75）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)跨越山間溝谷溪流，11#和14#過(guò)渡墩高度達(dá)55米和77米，造成邊跨現(xiàn)澆段混凝土箱梁施工相當(dāng)困難，通過(guò)設(shè)計(jì)安裝邊墩頂三角托架完成3.85m梁段現(xiàn)澆施工。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；高墩；現(xiàn)澆；托架設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0083-03

1 前言

目前，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)（或連續(xù)梁）邊跨現(xiàn)澆段主要施工方法有：滿(mǎn)堂支架法、膺架法、導(dǎo)梁法、墩頂托架法以及掛籃法等。導(dǎo)梁法、掛籃過(guò)渡法近適用于先中跨后邊跨合龍的橋梁，同時(shí)還應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。具體采用哪種方法要根據(jù)橋墩的高度、現(xiàn)澆段的懸臂長(zhǎng)度、荷載大小等因素結(jié)合工程實(shí)際情況靈活選擇。但對(duì)于山區(qū)高墩大跨橋梁應(yīng)優(yōu)先選用墩頂托架法和掛籃法。

2 工程概況

貴州省六盤(pán)水至鎮(zhèn)寧高速公路六盤(pán)水至六枝段夾巖特大橋長(zhǎng)1099.08m，橋梁寬度為2-12.0m，主橋上部為（75+140+75）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，采用分離的上、下行獨(dú)立的兩座橋進(jìn)行設(shè)計(jì)，單幅單箱單室截面，箱梁高度從跨中為3.2m，支點(diǎn)處箱梁中心梁高8.4m，梁底按1.8次拋物線(xiàn)變化。主橋箱梁在中墩對(duì)應(yīng)橋墩薄壁位置設(shè)計(jì)4個(gè)中橫板，厚度各為0.7m；中跨跨中設(shè)置0.5m的跨中橫隔板，邊跨端部設(shè)厚度為1.5m的橫隔梁，其余部位不設(shè)橫隔板。箱梁在橫橋向底板保持水平，腹板豎直，頂板設(shè)橫坡，單向橫坡通過(guò)內(nèi)外側(cè)腹板高度來(lái)調(diào)整。箱梁頂板厚度為0.28m；底板厚度由跨中的0.32m按1.8次拋物線(xiàn)變化至根部的1.0m；箱梁腹板厚度由根部至跨中分別采用0.7m、0.55m、0.45m。

（75+140+75）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)主要采用掛籃懸澆施工，設(shè)計(jì)橋梁合龍順序?yàn)橄冗吙绾笾锌?。邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為3.85m，懸臂2.0m，由于11號(hào)和14號(hào)過(guò)渡墩高度分別達(dá)77m和55m，常規(guī)的支架法現(xiàn)澆施工是無(wú)法進(jìn)行的，經(jīng)反復(fù)比較，最終邊跨現(xiàn)澆段采用在過(guò)渡墩單側(cè)設(shè)置三角托架施工方案。

3 托架方案設(shè)計(jì)

3.1 方案概述

邊直段施工托架結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)部分組成：模板（竹膠板）、縱向方木、橫向方木、碗扣支架、橫向工字鋼分配梁、三角托架、預(yù)埋件及牛腿等幾部分組成，如圖1所示。分配梁采用32b工字鋼，托架采用三角斜腿結(jié)構(gòu)形式，每組采用2-36b工字鋼及2-32b槽鋼組焊而成，共設(shè)2組。托架上放置橫向分配梁32b工字鋼，間距按照60cm布置。分配梁上放置碗扣支架、橫向150×100mm方木、縱向100×100mm方木和1.5cm厚底模板的竹膠板。

2-36b工字鋼縱梁通過(guò)精軋螺紋鋼拉在墩身上，托架斜腿上端焊接在2-36b工字鋼縱梁上，下端則采用螺栓連接在預(yù)埋于墩身的預(yù)埋件上。

3.2 托架荷載分析

托架承受所有邊直段懸臂于墩外的混凝土荷載，以及模板及施工機(jī)具荷載。邊直段懸臂于墩身外部的部分主要有變截面斷面，如圖2所示。

由圖2可以看出，邊直段為變截面箱梁，腹板厚度從450mm逐漸增大到950mm，而底板厚度則從320mm增大到820mm，頂板中間位置高度從280mm增大到780mm，而箱室外輪廓尺寸不變。

3.3 荷載確定

箱梁混凝土根據(jù)確定的方量進(jìn)行計(jì)算，鋼筋混凝土的容重按2.65t/m3取值，施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值1kN/m2，澆筑和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值2kN/m2，混凝土超灌系數(shù)按1.05取值，傾倒荷載荷載標(biāo)準(zhǔn)值4kN/m2，底模與側(cè)模均采用1.5cm厚的竹膠板及方木（背帶），模板及支撐的荷載系數(shù)按混凝土重量的0.1倍取值。

那么Am2混凝土梁面積上的荷載是：

N=[Am2×高度hm×26.5kN/m3×1.05×1.1+Am2×（1kN/m2+2kN/m2+4kN/m2）]

=（30.6Ah+7A）kN

3.4 碗扣支架受力計(jì)算

因?yàn)橥肟壑Ъ艿拈g距和步距均為0.6m，所以腹板下碗扣支架立桿承受的荷載最大，軸力N=（30.6Ah+7A）=（30.6×0.6×0.6×3.2+7×0.6×0.6）=37.8kN<[N]=40kN，能夠滿(mǎn)足受力要求。

3.5 方木受力計(jì)算

橫向方木直接放置在碗扣支架頂端，在腹板下受力最大，荷載大小q=（30.6Ah+7A）÷0.6=（30.6×0.6×0.6×3.2+7×0.6×0.6）÷0.6=63.0kN/m。

彎矩：M=63×0.62÷8=2.83KNm

彎曲應(yīng)力：σ=2.83÷0.375=7.55MPa<[σ]=12MPa，滿(mǎn)足受力要求。

縱向方木在混凝土箱梁的腹板下間距是20cm，其余地方則是30cm。腹板處箱梁高度是3.2m，而頂?shù)装逄幾畲蠛穸仁?.6m。腹板下縱向方木荷載q=（30.6Ah+7A）÷0.6=（30.6×0.2×0.6×3.2+7×0.20×0.6）÷0.6=21.0kN/m

彎矩：M=21.0kN/m×（0.6m）2÷8=0.95kNm

彎曲應(yīng)力：σ=0.95÷0.167=5.7MPa<[σ]=12MPa，滿(mǎn)足受力要求。

3.6 橫向工字鋼計(jì)算

橫向工字鋼32b的間距是60cm，放置在托架上，承受底模直接傳遞的荷載，由于箱梁在墩身外部分是變截面結(jié)構(gòu)，而橫梁間距又是一樣的，因此只需要計(jì)算靠近墩身的一根橫向工字鋼分配梁的受力即可。根據(jù)箱梁斷面可以得出荷載圖示如圖3。

通過(guò)利用maids建模計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4，工字鋼分配梁的最大變形均不超過(guò)10mm。工字鋼分配梁的最大應(yīng)力是123MPa，小于容許值150MPa，能夠滿(mǎn)足要求。

3.7 托架計(jì)算

托架主要承受橫向工字鋼分配梁傳遞的荷載。由于托架上的橫向分配梁工字鋼是均布放置，因此托架可以按承受混凝土箱梁的均布荷載進(jìn)行計(jì)算。而混凝土箱梁在墩身外部分是變截面，因此托架承受的荷載為梯形荷載。

根據(jù)邊跨直線(xiàn)段的箱梁兩個(gè)斷面尺寸可知，靠近墩身截面的箱梁面積是17m2，而邊直段端部的截面面積是10m2。計(jì)算出其均布荷載值在這兩個(gè)斷面的線(xiàn)荷載值分別是：靠近墩身線(xiàn)荷載（一個(gè)托架承受的）：17×26.5×1.4×1.05×1.05）÷2≈348kN/m，端部線(xiàn)荷載（一個(gè)托架承受的）：（10×26.5×1.4×1.05×1.05）÷2≈205kN/m，托架結(jié)構(gòu)計(jì)算：通過(guò)利用maids建模計(jì)算，將工字鋼按1根進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果除以2才是實(shí)際變形和應(yīng)力。力學(xué)計(jì)算模型及托架底部支反力如圖5，托架的變形如圖6，托架的桿件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖7和圖8。

托架的實(shí)際變形及應(yīng)力計(jì)算：

托架縱梁的最大變形是6mm÷2=3mm，能夠滿(mǎn)足要求。

托架縱梁的最大應(yīng)力是240MPa÷2=120MPa，小于容許值150MPa，能夠滿(mǎn)足要求。

托架斜腿及豎腿最大應(yīng)力是109MPa÷2=54.5MPa，小于容許值150MPa，能夠滿(mǎn)足要求。

斜腿的最大水平力大小是31t，豎向力最大是120t。

三角托架上端的拉力31t采用2根直徑32mm的精軋螺紋鋼拉在墩身內(nèi)，下端的120t支反力通過(guò)8顆10.9級(jí)的M30螺栓連接在墩身的預(yù)埋件上，單顆螺栓能夠承受24t的剪力，那么8顆共計(jì)可承受192t的剪力，足夠滿(mǎn)足120t的承載要求。

托架的斜腿承受軸心壓力荷載。最大應(yīng)力是109MPa。托架斜腿是2-32b槽鋼口對(duì)口組焊而成，把斜腿折算為箱形鋼，截面特性見(jiàn)圖9。

斜腿長(zhǎng)度480cm，λ=480÷7.16=67，

查表得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.769。

斜腿的軸心受壓應(yīng)力109MPa<0.769×215=165MPa，能夠滿(mǎn)足要求。

3.8 托架安裝注意事項(xiàng)

預(yù)埋螺紋鋼時(shí)，一定要在螺紋鋼斷面不同位置放置至少3層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的高度不小于1m，且一定要保證澆筑螺紋鋼周?chē)炷烈淮涡酝瓿?，包括墩頂墊石的澆筑在一起。螺紋鋼在墩壁位置同樣采用木盒留出至少14cm長(zhǎng)的孔洞，以便安裝螺紋鋼連接器，且保證連接器全部在孔洞內(nèi)。

預(yù)埋上下預(yù)埋件時(shí)一定要保證上下的相對(duì)位置關(guān)系，且保證預(yù)埋件周邊的混凝土要澆筑密實(shí)。上部的精軋螺紋鋼預(yù)拉力按10t控制即可。

兩組三角托架安裝完成后，要用不小于25b的槽鋼將其交叉焊接起來(lái)，使之形成一個(gè)整體。

4 結(jié)語(yǔ)

受山區(qū)峽谷地形限制，山區(qū)連續(xù)剛構(gòu)橋梁常具有高邊墩的特點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后采用三角托架施工邊跨現(xiàn)澆段，達(dá)到了降低施工風(fēng)險(xiǎn)、縮短工期、改善結(jié)構(gòu)受力、減少施工成本的效果，為山區(qū)剛構(gòu)橋高大邊跨的設(shè)計(jì)施工提出有益的參考。

參考文獻(xiàn)

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