高墩悬浇箱梁桥0号块支架施工新工艺

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(1.湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410004；2.长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南 长沙 410205)

预应力砼连续梁桥中，箱梁0号块施工常采用落地支架或预埋托架的施工方法[1]。预埋托架中又以三角托架较为常见，如宜宾柏溪金沙江大桥 0号块施工采用了三角托架[2]，但其具有构造复杂、成本较高等缺点[3]，在一些墩柱较高、搭设钢管落地支架或托架成本较高，或墩柱为花瓶型，不适宜采用预埋托架的施工方案时，悬挑托架成为一种有效的施工方法[4]。悬挑托架施工方法在高层建筑结构施工中已应用非常广泛[5]，在预应力砼连续箱梁的0号块悬浇中也有应用，仝有荣[6]介绍了重庆鱼洞长江大桥采用的大刚度型钢焊组件托架的特点和施工方法，其实质是大型型钢直接贯穿双肢墩身从而增大其刚度，其自身的水平梁可以作为牛腿安装的工作平台兼作后期挂篮安装的工作平台，市场容易购置加工，组装操作较为方便。

本项目结合工程实际和结构形式特点，充分利用墩柱顶和箱梁底之间的间隙，直接在墩顶搭设型钢支架作为0号块的悬挑支架。

1 工程概述

某预应力悬浇箱梁主墩0号块设计为单箱三室断面，长度为9.0 m、高6.0 m、顶宽29.5 m，底宽15.67 m，顶板厚度30 cm，底板厚90 cm，边腹板为斜腹板，厚90 cm，中腹板厚65 cm。0号梁段中腹板之间为实体混凝土，其顶面为索塔。0号梁段设1道中横梁，厚250 cm，横梁下设4个支座，砼方量为667 m3/墩。墩柱高30 m左右，为花瓶式桥墩，墩顶与箱梁同宽，见图1。

图1 桥墩一般构造图(单位：cm)

2 总体施工方案

因主墩箱梁下设有4个支座，支座与支座垫石高度为100 cm，为考虑经济效益性及加快施工进度，直接利用墩柱与箱梁之间的空间搭设支架的方案。

3 施工工艺

1)在墩顶预埋钢板，焊接卸模垫块，垫块主要起到调节标高和卸模的作用[7]。

2)在垫块上放置I36b工字钢纵梁，共设置5排，其中除边上2排外，在工字钢纵梁下均设置牛腿斜撑，减少工字钢纵梁的受力。

3)工字钢纵梁上放I45b工字钢横梁，横梁上再放[10槽钢底模骨架。

4)翼侧模骨架的搭设。

翼缘侧模采用骨架进行支撑，骨架利用[10槽钢和[20槽钢制作而成，在工字钢横梁放放置3排2I36b工字钢，骨架支撑在I45b工字钢横梁上。

具体方案见图2。

图2 0号块支架方案图(单位：cm)

4 受力计算

支架结构从上自下依次为：6 mm钢模板→10槽钢→I45b工字钢横梁→I36b工字钢纵梁→卸模垫块，支架布置如图3、图4所示。

4.1 支架有限元整体建模

在进行结构计算分析时，直接对现浇支架进行有限元分析[8]。以顺桥向里程增大方向为Y轴正向，竖直向上为Z轴正向，X轴正向按照右手规则确定，工字钢纵梁、工字钢横梁等采用梁单元模拟，模型建立时，2根工字钢、4根工字钢等组合构件简化成同等抗弯系数的单根工字钢模型(偏安全考虑)，钢模板和分配梁采用带肋板单元模拟，工字钢横梁与工字钢纵梁、工字钢横梁与钢模板均建立弹性连接。采用midas/civil 2012建立0号块支架整体模型。

图3 支架体系平面布置图(单位：cm)

图4 现浇支架体系立面布置图(单位：cm)

4.2 荷载工况

1)荷载分析 (见图5)。

① 体系自重q1。

② 梁体砼自重：钢筋砼容重取γ=26 kN/m3翼板区：q21=26 kN/m3×0.525 m(平均)=13.65 kN/m2，空腹区：q23=26 kN/m3×1.30 m=33.8 kN/m2，实腹区由于全部位于桥墩上方，其荷载假定全部通过桥墩上方的垫块传至桥墩自身承担。

③ 施工荷载(施工人员、机具、材料等):q3=2.5 kN/m2。

④ 振捣混凝土时对水平模板产生的竖向荷载:q4=2.0 kN/m2。

2)荷载组合 。

考虑以下荷载：①模板、支架和拱架自重；②新浇筑钢筋混凝土结构物的重力；③施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载；④振捣混凝土时产生的荷载。

强度验算时，恒载取1.2的分项系数，活载取1.4的分项系数；当支架搭设完毕，而主梁未开始作业时，支架自重小，整体稳定性最差，选择此状态进行支架整体稳定性计算。

荷载组合1：1.2×(①+②)+1.4×(③+④)(强度验算)；

图5 荷载情况图

荷载组合2：1×(①+②) (刚度验算) 。

4.3 支架计算

运用MIDAS根据建立的整体支架模型输入相应荷载工况并进行分析计算。

图6 分配横梁应力云图

4.3.1 分配横梁(I45b)

分配横梁最大组合应力σmax=97.0 MPa(见图6)，最大位移10.5 mm(见图7)。

图7 分配横梁位移图

4.3.2 工字钢纵梁(I36b)

工字钢纵梁最大组合应力σmax=184.0 MPa(见图8)，最大位移10.2 mm(见图9)。

图8 工字钢纵梁应力云图

图9 工字钢纵梁位移图

4.3.3 斜撑

钢管桩斜撑的最大组合应力σmax=92.0 MPa(见图10)。

图10 斜撑应力云图

汇总计算结果并进行分析如表1所示(根据相关规范中规定材料应力允许值用于临时结构时放大1.2倍，挠度允许值取L/400)。

表1 计算结果计算对象构件模板：δ6mm钢板+[10槽钢骨架0号块支架体系I45横梁I36纵梁斜撑强度/MPa刚度/(N·m-1)计算值允许值计算值允许值135 40 5220 87597 0205×1 210 511 2518410 211 2592 7

综上所述，通过对本现浇箱梁支架方案进行受力计算，均满足相关规范的要求。

5 结语

经实践证明，该支架施工进度快，而且能满足设计使用要求，其变形基本上与计算相吻合，在施工中通过预压和设置预拱度的方法可确保0号块的设计标高达到设计要求。相对于采用钢管支架和预埋托架的方案，该方案在经济性和施工进度方面都有显著的优势，对于类似桥梁有很好的借鉴作用。

[1] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社,1999．

[2] 宋永安,张崇彬,虞业强.高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥0号块的托架法施工[J].公路，2005(8):52-56.

[3] 陈磊.高墩大跨连续刚构桥0号块施工托架设计及施工[J].石家庄铁道大学学报,2014,27(S):87-91.

[4] 胡刚.高墩大跨连续梁0号块悬挑托架的设计与施工[J].铁道标准设计,2014,58(2):46-50，47.

[5] 程显风.高空悬挑结构模板支架设计与施工控制[D].杭州：浙江工业大学,2011.

[6] 仝有荣.重庆鱼洞长江大桥主桥0号块施工技术[J].山西交通科技,2007(3):45-47.

[7] JTG/TF50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[8] GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].