上跨省道“T”形剛構橋臨時支架施工及穩定性研究

摘 要：上跨省道“T”形剛構橋施工具有安全風險高、施工難度大等技術難點，本文以山東省某“T”形剛構橋為研究案例，使用有限元軟件建立了剛構橋臨時支架三維模型，分析了臨時支架的強度、穩定性和受力最不利位置，提出了施工過程中的技術控制要點，研究結果表明：橫梁的組合應力在靠近橋梁墩身處出現最大值，為170.2MPa，托架組合應力的分布形態呈現對稱分布特征，托架鋼梁桿的交界處，剪應力會出現較大值。相關結論保障了工程施工的安全，為類似工程提供了借鑒。

關鍵詞：剛構橋；臨時支架；有限元；堆載預壓

中圖分類號：U 44" " 文獻標志碼：A

0#塊是“T”形剛構橋的關鍵梁段，結構復雜，施工難度大。在現場施工中，多采用在橋位處搭設支架，在支架上澆注混凝土的方式。0#塊施工主要有結構受力復雜、梁段高、節段長、混凝土數量多、各向預應力管道布置密集交錯等難點[1-2]。本文以山東省某上跨省道“T”形剛構橋0#塊施工及臨時體系搭設為研究對象，介紹了這種剛構橋的技術概況和施工難點，設計了臨時支架的結構形式及型材種類，采用有限元軟件計算了臨時支架結構穩定性，得到了臨時支架的受力特點，確定了支架最不利位置，討論了0#塊臨時支架施工的質量控制要點，保障了橋體施工的安全。

1 工程概況

山東省某高速公路在省道上方設有一處（48+48）m“T”形剛構橋，主梁梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，主梁計算跨度為（48+48）m，支座中心線至粱端0.75m，梁全長97.5m。中支點截面中心處梁高5.636m，邊跨5.5m等高段，截面中心處梁高3.086m。截面采用單箱單室、變截面直腹板形式。箱梁頂寬12.6m，底寬7.0m。頂層厚度除梁端附近及中支點附近外均為0.4m。腹板厚0.5～0.7m。全聯在端支點及中支點處共設置4個橫隔板。

48m+48m“T”形剛構橋梁0#塊與梁底以下3m范圍內墩身設計為一同澆筑，為固結墩。該橋主墩高65m，并采用輕型掛籃懸臂澆筑施工工藝，對臨時支架施工安全質量要求高，同時橋下為通行省道，過往車輛頻繁，施工安全風險高。

2 臨時支架設計及施工流程

“T”形剛構橋0#塊支架采用上部滿堂支架，下部托架的支架形式。模板采用厚1.8cm的木膠板，模板底縱向支墊10cm×10cm方木，腹板方木間距為12cm，空腔區方木間距為20cm，方木下采用I12.6的工字鋼橫梁，放置在支架頂部的可調托座上。

2.1 托架

滿堂支架縱向方木與I12.6工字鋼橫梁之間可采用木楔等固定。墩頂斜率較大處采用扣件式腳手架斜向支撐模板（立桿與模板垂直），并與盤扣式腳手架進行連接，立桿底部與托架連接固定，可在托架上焊接橫梁等，并與其固定。應對I45a（2I45a）工字鋼與托架水平橫梁接觸位置進行加強并固定。

托架連接：角焊縫等級為Ⅲ級，焊縫長度及高度除支架設計圖中除已注明外，其余均為角焊縫，滿焊且有效焊縫長度不小于60mm。采用間斷焊焊接三角托架中的雙拼槽鋼（2[32c和2[28c）。安裝定位用三角托架與墩身的預埋錨筋，托架定位安裝完成后立即安裝精軋螺紋鋼筋并進行張拉，持力狀態下100kN，精軋螺紋鋼墩內預留?50mm孔道。牛腿3I56c工字鋼采用Q345鋼。在施工及預壓過程中，應設專門人員監測托架，若發現有異常，則應及時采取防護措施，找到原因，排除問題后才能繼續進行施工。

2.2 滿堂支架

盤扣式支架的搭設必須滿足《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》（JGJ 231—2010）[3]及設計和相關技術標準、規范的要求。盤扣式鋼管架是利用楔形插銷連接立桿上的插座與橫桿上插頭的一種新型鋼管架，節點主要由連接盤、扣接頭插銷、水平桿桿端扣接頭、水平桿、斜桿、斜桿桿端扣接頭、立桿構成。根據立桿及橫桿的設計組合，從底部向頂部依次安裝立桿、橫桿。下部裝完作業面的底部立桿及部分橫桿，再逐層往上安裝，同時安裝所有橫桿。立桿和橫桿安裝完畢后，考慮支架的整體穩定性，按照每4步～6步設置一道水平剪刀撐（扣件式鋼管腳手架），安裝時自下而上進行順接。采用扣件與支架連接斜撐，盡量將其布置在框架結點上，由專人檢查支架盤扣松緊情況。

3 臨時支架數值模擬計算

使用邁達斯軟件對臨時支架三維建模進行數值模擬仿真計算，可以對盤扣支架、型鋼支架等較復雜的臨時結構進行整體建模計算，從計算結果可以看出臨時結構的三維受力狀態，采用鉸接固定托架，分配梁之間采用鉸接進行約束[4-5]。橫梁受力計算云圖如圖1所示。

3.1 荷載取值

支架結構（含防護設施和附加構件）自重為0.5kPa。

施工人員、材料及施工機具荷載：當計算模板時，均布荷載可取2.5kPa。

當計算支撐模板的縱橫梁時，均布荷載可取1.5kPa。

當計算支架立柱及其他結構時，均布荷載可取1kPa。

振搗混凝土時產生的荷載：水平模板可取2kPa，垂直模板可取4kPa。

澆筑混凝土時產生的沖擊荷載：2kPa。

風荷載標準值ωk：0.7kN/㎡。

風荷載體型系數μs：1.3。

風壓高度變化系數μz：1.13。

基本風壓ω0：0.25kPa。

3.2 荷載組合

荷載組合按照《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB 50068—2018）進行取值。

橫梁受力計算云圖如圖2所示，根據計算結果可以發現，橫梁的組合應力基本呈軸對稱分布，在靠近橋梁墩身處組合應力出現最大值，最大值為170.2MPa。剪應力的分布形態與組合應力的分布形態也基本一致，呈現出對稱的特點，最大值為37.1MPa。

橫梁受力：f=170.2MPalt;215MPa，最大剪應力fv=37.1MPalt;

125MPa，最大相對變形：l=12mmlt;2500/200=12.5mm，滿足設計及規范的要求。

由翼緣墊梁受力計算結果可以發現，組合應力的分布形態整體上呈現兩邊小，中間大的分布特征，整體變化較為平緩，其中最大應力為135.3MPa，而剪應力呈現中心對稱分布，剪力變化基本呈現線形特征，最大值為30.5MPa。橫梁受力：f=135.3MPalt;215MPa，最大剪應力fv=30.5MPalt;125MPa，最大相對變形：l=1mmlt;5700/400=14.25mm，滿足設計及規范的要求。

三角托架橫桿采用2[32c（靠墩側1m范圍內的腹板兩側貼10mm板），豎桿、斜桿采用2[28c鋼，根據計算結果可以發現，組合應力最大值出現在豎桿上，為127.1MPa，沿豎桿桿體大小基本保持不變。剪應力最大值出現在豎桿上方、接近豎桿與斜桿交界處位置，最大值為67.7MPa，同時，在其他部位桿的交界處，剪應力均會出現較大的數值。

橫梁受力：f=127.1MPalt;215MPa，最大剪應力fv=67.7MPalt;

125MPa，滿足設計及規范的要求。

托架所受內力計算：托架受力計算云圖如圖2所示。托架豎桿采用 2[28c鋼，計算長度l=3.3m，回轉半徑i=70mm，長細比λ=47.1，穩定系數為0.869。軸力最大處為140.8MPa，均滿足設計及規范要求。

計算精軋螺紋鋼筋水平反力，托架橫桿端部采用4束PSB830?32 mm精軋螺紋鋼對拉，最大水平反力為611kN，考慮2倍的安全系數，則精軋螺紋鋼的安全系數k=4.4gt;2。

4 支架堆載預壓

采用堆載預壓塊方式對0#塊施工支架進行預壓，模擬等效多點集中荷載施加面荷載。通過測量觀察各施壓節點處的變化來檢驗托架穩定性、安全性及變形情況，消除非彈性變形，測定彈性變形關系曲線，為確定立模標高和預留預拱度提供依據。每塊預壓塊約2t。0#塊施工支架預壓分三級加載，第一級60%，第二級100%，第三級120%。

每級加載后1h觀測變形值，加載完畢后每6 h測一次。按照支架變形穩定原則確定預壓荷載時間，當最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2mm時，可進行下一級預壓。記錄詳細數據，卸載按相反工序進行并測量測點標高。檢查牛腿焊縫、臨時支墩豎直度，如果無異常就表明支架體系承載力滿足施工要求。為使底板受力均勻，在托架橫梁頂布置20個觀測點，分為4個斷面，共5個觀測點。支架預壓后，應及時檢查支架的變形情況，如果發現支架變形超過規定值，就應及時采取措施。當分片吊裝外側模板時，應注意模板的垂直度和水平度。當安裝底模板時，應注意底模板的垂直度和水平度。

5 結論

根據有限元計算結果，橫梁的組合應力基本在靠近橋梁墩身處組合應力出現最大值，最大值為170.2MPa。剪應力呈現對稱的特點，最大值為37.1MPa。托架組合應力的分布形態整體上呈現兩邊小，中間大的分布特征，其中最大應力為135.3MPa，剪力變化基本呈現線形特征，最大值為30.5MPa。

下部托架軸力最大處為140.8MPa，剪應力最大值出現在豎桿上方、接近豎桿與斜桿交界處位置，最大值為67.7MPa，同時，在其他部位桿的交界處，剪應力均會出現較大的數值，在日常施工檢查中需要重視。

支架下部托采用4束PSB830?32mm精軋螺紋對拉鋼筋，計算發現最大水平反力為611kN，此時精軋螺紋鋼的安全系數為4.4，能夠滿足臨時支架結構強度及穩定性要求。

參考文獻

[1]程顯濤.大跨度預應力混凝土連續梁（T型剛構橋）轉體跨越既有高速鐵路施工設計[J].工程技術研究，2023，8（14）：152-154.

[2]刁兆順，劉波.大跨度T型剛構橋混合支架設計與關鍵施工技術[J].城市道橋與防洪，2023（5）：143-147，20-21.

[3]張建忠.鐵路橋梁連續梁掛籃施工技術研究[J].科技資訊，2023，21（20）：98-101.

[4]錢雪松.某3×30m鋼板組合梁橋計算分析[J].安徽建筑，2019，26（8）：108-111.

[5]王建圣.高速鐵路小半徑曲線T形剛構橋設計[J].山東交通學院學報，2023，31（3）：93-100，128.