臨時與體外預應力相結合在大跨度V腿結構施工中的應用

章強

中鐵一局集團第四工程有限公司 陜西咸陽 712000

1 工程概況

書院大橋橋梁主橋采用三跨V型剛構加掛孔結構體系，跨徑布置為75m+150m+75m=300m，中跨設置60m的鋼箱梁掛孔。主橋箱梁為全預應力變截面混凝土箱梁結構，V腿長61.5m，兩端各30.75m。上部箱梁橋面全寬29m，采用直腹板單箱六室箱型斷面，頂板寬29m、底板寬24m、懸臂長度為2.5m、V腿及梁下景觀平臺寬為41m。

邊跨梁高2.5m、與景觀平臺結合處梁高3.5m、V腿三角區上部梁高3.5～2m、景觀平臺端處高1.8m、與梁重合0.8m、V腿底部截面高3.5m、懸臂端梁高3m、支座橫向中心距8m。

圖1 主橋三維立面布置圖(單位：cm)

2 V腿臨時支架設計

2.1 V腿結構支架設計介紹

支架自下而上材料選用分別為：(1)立柱選用Φ630mm×10mm鋼管。(2)剪刀撐選用槽20a。(3)樁頂橫梁選用雙工56a。(4)主梁選用單排單層不加強標準321型貝雷梁。(5)線型控制架體選用Z型盤扣支架。(6)模板體系背肋選用10mm×10cm方木、模板選用δ15mm竹膠板。

2.2 支架搭設技術要求

(1)鋼管立柱計算深度插入中風化巖2.0m，單樁豎向承載力標準值為1377KN，入土深度按照摩擦樁計算，忽略了樁端承載力。

(2)剪刀撐與鋼管立柱接觸面須滿焊(單面焊縫)，焊縫須平順，焊接強度同鋼材強度。

(3)鋼管立柱頂部槽口須平順，與樁頂橫梁雙工56a接觸面須焊接處理，并采用鋼板進行加固處理。

(4)底板模板采用δ=15mm竹膠板，背肋采用10cm×10cm方木，中對中間距30cm，背帶采用Φ48mm×3.5mm雙鋼管，用鐵絲捆綁。

(5)梁體支架縱向間距90cm，橫向均搭設30cm、60cm(梁體腹板下方搭設30cm，箱室空心部分搭設90cm)。

(6)盤扣支架采用重型支架，立桿采用Φ60.3mm×3.2mm鋼管，水平桿采用Φ48.3mm×2.75mm鋼管，斜拉桿Φ48mm×2.75mm鋼管，頂托底托材質為20#鋼。水平桿標準步距為1.5m，由檢算可知，本支架單肢立桿荷載設計值大于40kN，故底層的水平桿比標準步距縮小一個盤扣間距，且應設置豎向斜桿，即底層水平桿步距為1.0m，其余按照1.5m控制，頂部水平桿步距比標準步距縮小一個盤扣間距，同底層步距，按照1.0m控制。

2.3 V腿支架布置圖

圖2 V腿區支架立面布置圖(單位：cm)

圖3 V腿區支架斷面布置圖(單位：cm)

梁柱式支架采用邁達斯(2017版本)軟件建模檢算，支架各構件受力均在設計允許值內。

2.4 結構檢算節點處理方式

(1)鋼管柱、樁頂橫梁連接按照剛性連接處理節點，采用焊接加固處理。

(2)貝雷梁與樁頂橫梁工56a加固方式按照彈性連接節點，采用槽10制作擋塊，對貝雷梁底部與樁頂橫梁進行加焊門型槽鋼固定。

(3)貝雷梁與工20分配梁之間的連接方式按照彈性連接節點，采用Φ20圓鋼U型卡連接。

2.5 結構線型施工控制

V腿底部大里程圓弧半徑32.15m，小里程圓弧半徑32.28m，弦長均為12m，為保證施工時，V退底部模板支撐體系桿件強度及剛度滿足結構受力要求，圓弧線型調節，主要桿件采用2[10槽鋼焊成桁架形式，在桁架上焊接擋板，用于安放模板背肋(方木)，中心間距30cm。

本項目V腿支架在設計時，經過經濟技術比選，選擇了最優的桁架支撐體系+方木竹膠板組合的方式來調節弧形。弧形控制既滿足設計效果、又節約成本投入。

圖4 V腿底模圓弧段支撐桁架布置圖(單位：m)

在V腿支架根部，其弧段支架在設計時不滿足鉸接的連接形式，根部橫梁連接角度無法滿足直接焊接加固，需要制作楔形調節塊來塞補連接處，楔形調節塊采用D273×8mm鋼管制作，楔形調節塊制作如圖5所示：

圖5 支架橫梁連接楔形調節塊平立面圖(單位：m)

3 V腿臨時與體外預應力相結合的應用

3.1 臨時預應力精軋鋼設計

因V腿作為上部箱梁主要支撐結構，施工期間鋼筋混凝土對模板工程及支撐架體水平分力較大，為限制V腿箱梁支架在砼荷載作用下，V腿根部的變形及開裂，約束位移，在支架橫隔梁位置，設置臨時預應力束。根據結構受力檢算，需要在V腿施工期間，對支架設置兩層臨時對拉桿，對拉桿采用Φ32mm精軋螺紋鋼，橫向間距2.0m一道，每層20根共計40根臨時對拉桿，對拉在工45a工鋼橫梁上，單根設計張拉力為385kN，設計抵抗水平分力1400噸，實際為1540噸，安全系數為1.1。

3.2 V腿施工期間臨時精軋鋼布置如圖6所示

圖6 支架對拉立面布置圖(單位：mm)

待臨時精軋鋼布置完成，支架經驗收合格后開始預壓，收集觀測其彈性及非彈性變形，并作為模板預拱值參考值，卸載完成后綁扎鋼筋、立模后開始澆筑V腿第一次三角區砼。

3.3 V腿體外鋼束布置如圖7所示

圖7 V腿臨時鋼束立面布置圖(單位：mm)

在三角區上部箱梁施工前，需要對V腿與箱梁結合段設置一層臨時預應力鋼束，共10束15-Φs15.24，張拉應力為535MPa(每束張拉力為1116.7KN)。通過此10束須抵抗三角區上部箱梁荷載對V腿豎向荷載產生的水平分力，水平分力合計共1116.7t；能夠有效保證上部箱梁施工期間，V腿區結構受力體系未轉換之前的最不利工況的安全穩定，能夠又有效避免V腿區因水平分力過大而產生裂縫。

張拉油頂選用350t，在V腿混凝土澆筑完成后，強度達到設計要求時，開始對稱張拉臨時預應力鋼束，由兩側向中間依次張拉。

結語

本項目橋梁結構形式新穎，在大跨度V腿結構三角區施工期間受力分析復雜，在支架設計時充分考慮了臨時精軋鋼與體外鋼束預應力相結合的結構形式，達到砼防裂措施及抵抗水平分力的措施，施工期間，施工全過程由第三方監控量測及對V腿鋼構應力值的分析，有效避免了因施工過程可能對永久結構產生不利的缺陷。通過有限元模擬分析及第三方監控量測，順利實現了V腿鋼構在最不利工況下的結構安全穩定，施工質量得到了最優的保障，通過弧形桁架的設置，即節約了項目成本投入，又完美地實現了圖紙效果轉化為實體的結構美感。