“一体式三角桁架”在斜底板现浇箱梁中的设计与应用

刘统一 （中铁四局第二工程有限公司，江苏 苏州 215131）

“一体式三角桁架”在斜底板现浇箱梁中的设计与应用

刘统一 （中铁四局第二工程有限公司，江苏 苏州 215131）

甬江左线特大桥主桥为我国首座铁路混合梁斜拉桥，全长909.1m，半漂浮体系。混凝土主梁为带有斜底板的单箱三室截面。采用“一体式三角桁架”施工斜底板现浇箱梁具有精度高、安装速度快、强度大、稳定性强、安全风险低等优点，对类似工程设计与施工具有一定的指导意义。

三角桁架；混凝土主梁；强度；稳定性；设计

在现代桥梁建筑中，我国桥梁不断朝着复杂、大跨的方向发展，通过对桥梁受力特性的深入研究，并结合单一桥型的优点，涌现出大量混合式新型桥梁结构。预应力混凝土连续梁结构因其承载能力强，跨度大，施工方便而被广泛应用于我国混合型桥梁的建设之中。

箱型截面这种封闭式结构自身的抗扭刚度很大，同时，顶板和底板都有比较大的面积，能够有效抵抗正、负弯矩，并满足配筋要求。当跨度超过40m的预应力混凝土梁中，多采用箱型结构[1]。随着交通运输对桥梁顶面横向宽度的要求不断增加，箱梁设计中将两侧底板改为倾斜状，在保证底板尺寸不变的情况下，增加顶板横向尺寸。同时，与之相匹配的桥墩工程量大大减小。

现场实际施工过程中，斜底板下现浇支架多采用满堂支架搭设，施工投入量大，整体稳定性差，调整相对困难，进度缓慢。尤其在高墩现浇梁施工中，安全风险相对突出，施工控制难度较大。

甬江左线特大桥主桥为我国首座铁路混合梁斜拉桥，全长909.1m，半漂浮体系。孔径布置为（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m，主跨以468m钢箱梁跨越甬江，边跨采用预应力混凝土箱梁作为锚固跨。单侧现浇梁设3个辅助墩及1个连接墩，与索塔之间形成4跨连续梁。

混凝土箱梁采用单箱三室等高截面，中心梁高5.0m。顶板横桥向全宽21m，正底板横桥向全宽为6.6m。斜底板全长7.725m，倾斜角度为21.25°。混凝土主梁截面尺寸见图1所示。

图1 混凝土主梁截面尺寸图

混凝土主梁采用“桩-柱-梁式支架法”逐段现浇，设置2个临时混凝土承台，承台下桩基采用预应力混凝土薄壁管桩。临时承台顶部安装φ630×8mm钢管临时支墩，单个承台顶共设置14根，钢管立柱安装位置与预应力管桩平面位置相对应，保证上部荷载传递的连续性。柱顶设置HW400×400mm型钢分配梁，其上铺设单层加强型贝雷片纵梁，横桥向共设置34组。

针对有斜底板的现浇箱梁，施工过程中一般多采用满堂支架法进行支护。结合本桥实际情况，贝雷梁顶部安装I12.6工字钢，顺桥向间距60cm。箱梁正底板下直接铺设方木、竹胶板，斜底板下搭设满堂支架支撑，横桥向间距30cm。外侧另搭设支架至梁面，作为施工通道及平台。满堂支架法施工斜底板现浇梁见图2所示。

根据斜底板设计尺寸及倾斜角度，结合现浇梁体自重荷载分布情况，采用具有一定强度和刚度的型钢设计并制作三角桁架，作为梁底支撑系统。三角桁架在加工场地集中加工，顺桥向连接成组，整体吊装就位，三角桁架顶部直接铺设方木竹胶板系统。三角桁架顶部增加牛腿，吊装就位后，在牛腿上铺设木板，形成临时施工平台。三角桁架法施工斜底板现浇梁见图3。

图2 满堂支架布置图

图3 三角桁架布置图

将上述两种方案从施工方法、施工速度、安全性、难易度、稳定性等方面进行对比分析。

①满堂支架法须根据需要，预先配置不同长度的撑杆，撑杆吊装至贝雷片纵梁顶端后，由人工逐一安装，并采用横向杆件连接，保持满堂支架的整体稳定性。三角桁架法在加工场地将三角桁架加工成型，顺桥向连接成组，整体吊装。

②满堂支架法在“桩-柱-梁式支架”全部施工完成后，在支架顶端逐一施工，二者为流水作业，施工工期相对较长。三角桁架可在“桩-柱-梁式支架”施工过程中同步加工，主体支架施工完成后，即可整组吊装至设计位置。同时，本节段施工完成后，三角桁架可整体、快速拆除并倒运，大大缩短了施工工期。

③贝雷片纵梁顶端至原地面高度达37m，满堂支架均需人工高空作业安装，施工安全风险大。三角桁架加工完成后，由50T履带吊整体吊装至设计位置，吊装过程无需人工配合，安全压力大大减小。

④满堂支架过程中，各钢管均为独立杆件，定位安装耗时较长；安装完成后，钢管顶部标高调整工作量巨大。三角桁架为场内定尺加工，吊装过程中仅需整体定位，操作简单，避免了繁杂的后期调整工作。

⑤由于斜底板倾角较大，满堂支架支撑长短不一，且钢管顶部与方木竹胶板系统贴合不紧密，整体稳定性较差。三角桁架由型钢焊接成整体，整体稳定性好。

综上所述，选用“三角桁架”作为本桥混凝土主梁斜底板支撑系统。

结合现浇箱梁荷载分布情况，设计并制作“一体式三角桁架”。三角桁架顶、底部主框架均采用[10#槽钢加工，主框架间由L75角钢构成的横联连接。三角桁架在加工过程中，外部增设平台支架牛腿，为后期梁上作业提供施工平台。三角桁架立面布置见图4所示。

图4 三角桁架立面布置图

单片三角桁架立面尺寸较大，高度达3m。但其侧向刚度较小，加工及吊装过程中极容易产生变形。为保证三角桁架加工质量，满足快速安装要求，并考虑三角桁架形状及重量满足吊装能力，在加工场地将顺桥向4片三角桁架连成一组，整体吊装。单片三角桁架之间采用L75角钢连接，顺桥向布置间距为1.5m。单组三角桁架布置见图5所示。

图5 单组三角桁架布置图

现浇箱梁支架搭设过程中，同步在加工场地组拼三角桁架。待“桩-柱-梁式支架”体系施工完成后，分组逐次吊装三角桁架就位，组与组之间无需做任何连接处理，大大减少了高空作业风险，提高了施工效率。

为验证三角桁架承载能力，采用MIDAS CIVIL 2010有限元计算软件，模拟三角桁架实际受荷状况，建立有限元模型，单组三角桁架有限元模型见图6所示。

图6 单组三角桁架有限元模型

根据混凝土现浇箱梁荷载分布情况，将混凝土自重转化为梁单元荷载，加载至三角桁架斜杆上。加载情况见图6所示。

三角桁架强度计算结果见图7所示。竖向位移计算结果见图8所示。

图7 单组三角桁架强度计算结果

图8 单组三角桁架刚度计算结果

由图7、8可以看出：三角桁架所承受最大压应力为151.9MPa，最大拉应力为135.6MPA，竖向变形最大值为2.27mm，均满足要求。

采用“一体式三角桁架”施工斜底板现浇箱梁具有以下优点：

①三角桁架全部在加工场地定尺加工成型，顺桥向连接成组，整体吊装。

②三角桁架可在“桩-柱-梁式支架”施工过程中同步加工，主体支架施工完成后，即可整组吊装至设计位置。同时，本节段施工完成后，三角桁架可整体、快速拆除并倒运，大大缩短了施工工期。

③三角桁架加工完成后，由50T履带吊整体吊装至设计位置，吊装过程无需人工配合，大大减少了高空施工作业量，安全风险相对较小。

④三角桁架吊装过程中仅需整体定位，操作简单，避免了繁杂的后期调整工作。

⑤三角桁架整体承载能力高，竖向刚度大，整体稳定性强，完全满足施工要求，保证施工质量。

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水塔起爆后约4s开始下沉，继而向设计方向倾倒，倒塌方向非常准确，没有发生后坐现象。筒体破碎较好，周边储藏室和高压线安然无恙，控制爆破拆除达到了预期的效果。

参考文献

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U448.27

B

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中国铁路总公司科技研发重点项目（2013G001-D）。

刘统一（1977-），男，工程师。