超高墩连续梁桥边跨直线段现浇支架方案比选与优化

2019-07-20 09:39陈让利

四川建筑 2019年6期

陈让利

(沪昆铁路贵州有限公司, 贵州贵阳 550003)

1 工程概况

依托工程位于广东省深圳市珠江水系东江下游左岸支流，东莞市境东部。沿海地区的风荷载是设计工程结构的主要控制荷载。该流域属低山丘陵地区，土壤多为壤土或沙壤土，植被良好，河床有深厚沙层基本稳定。连续梁桥全长336 m，结构采用五跨连续梁形式，跨径布置为48 m+3×80 m+48 m。见图1。

图1 全桥整体布置(单位:cm)

结构的主要参数：

(1)混凝土：主梁选用C60混凝土，其余构件选用C30混凝土。混凝土密度取26 kN/m3；

(2)钢绞线及钢筋规格：钢绞线采用1860级高强低松弛 15.24钢绞线，普通钢筋选取R235钢筋(公称直径D<12 mm)和HRB335钢筋(公称直径D>12mm)；

(3)截面形式：边跨直线段为箱型结构，高383 cm，顶板宽1260 cm，底板宽670 cm；腹板厚48 cm，顶板厚37 cm，底板厚44 cm，上梗腋为30 cm×90 cm，下梗腋为20 cm×40 cm；

(4)其他事项：车道为双向车道，安全等级为Ⅰ级，桥宽为13.2m。主梁用轻型挂篮分段悬臂浇筑施工方法，预应力钢筋张拉时采用后张法。

2 方案设计及初步比选

该桥0#块使用托架施工，边跨连续段拟设计满堂支架施工、钢管支架施工、托架施工三种方案，并对比分析采用最优方案。

2.1 满堂支架方案

在桥梁施工过程中最常使用的支架方法是满堂支架法。满堂支架是由立杆、横杆、斜撑、剪刀撑等组成，按照一定的距离进行搭设，为受力均匀的脚手架施工方法，目前常见于现浇桥梁施工及现浇楼板施工。满堂支架施工时在桥位处搭设支架，在支架上浇筑桥体混凝土，待混凝土达到强度后拆除模板及支架。

满堂支架法优点：接头构造合理，自锁能力强，便于人工拆装，不需要大型吊装设备；结构强度高，力学性能好，立杆为轴心压杆，承受荷载能力约为扣件支架的2.5倍；抗剪、抗弯扭强度大，对承载力要求较低；支架的整体刚度好、成本低；节点在框架平面内且轴心交于一点，结构体系稳固可靠承载力大；施工过程多点支撑，沉降容易控制，张拉时支架反弹量小，对主梁健康有利，且线形容易控制。其缺点是：施工用的支架模板消耗量大，施工工期长；支架支点多，对施工环境有较高要求，对山区桥梁及高墩施工有很大的局限性。

根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》，满堂支架法适用于支架高度不宜大于20 m；梁体高度不宜大于7 m；需在地势平坦，地基条件较好的地区施工，地基不需特殊处理即可满足承载力和沉降变形要求。本工程墩高为60 m，不符合满堂式支架的施工技术规范。

2.2 钢管支架方案

当支架高度超过15 m时，采用碗扣式满堂支架将很不经济，且支架稳定性难以保证，这时较优的方案是选用钢管支架。根据本单位现有材料，本桥边跨直线段现浇支架拟采用Φ720钢管墩+2×I40a下横梁+纵向I40a+I20a工字钢横向分配梁结构形式。其中纵向I40a的跨径为260 cm，I20a工字钢横向分配梁以60 cm间距纵向布置，支墩采用Φ720，壁厚8 mm的钢管。为增强支架的整体稳定性，在支架中间位置增加四条预应力钢丝绳与地面呈45°连接，每根钢丝绳施加20 kN的预拉力。建立相应的MADIS模型如图2。

图2 MADIS模型

在桥梁施工过程中，风荷载是无处不在的，当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻碍时，结构就会承受风压。对于大跨径桥梁，特别是特大连续梁桥，风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚至起着决定性的作用，即对结构的强度、刚度和稳定性起着控制作用。

根据JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》，考虑风荷载作用下，作用在桥梁支架上的风荷载标准计算公式：

Fwh=k0k1k3WdAwh

式中：Fwh—横桥向风荷载标准值；k0—设计风速重现期换算系数，k0=1；k1—风荷载体型系数，k1=1.2；k3—风压高度变化系数，k3=1.4；Wd—设计基准风压；Awh—横向迎风面积；

钢管稳定性验算：风载随高度变化，取钢管为60 m，故Awh=0.72×60=43.2m2。风荷载取100年一遇，V10=38.4m/s。取30 m处的风压值，等效为均布荷载施加在每根钢管上。

V30=k2k5V10=1.19×1.38×38.4=63.06m/s；

F30=1×1.2×1.4×2.42×60×0.72=175.63kN；

均布荷载q=F30/60=175.63/60=2.93kN/m。

因为顺桥向钢管有连墙件与桥墩连接，所以计算风荷载方向仅取横桥向作用，计算结果如图3、图4所示。

图3 钢管支反力

图4 横桥向支架位移等值线

由图3知，钢管支点处所受最大拉力为838 kN，需要做抗拔桩处理；最大压力为1 098.4 kN，单根钢管的允许压力值为3 848.5 kN，满足承载力要求。由图4横桥向支架位移等值线图可知，支架横桥向的最大位移值为9.74 cm。当考虑横向风荷载条件作用下，钢管支墩施工方案，横向位移过大，不满足相应规范要求。

2.3 托架方案

对施工现场各类情况及桥梁结构承载力进行全面系统的考虑后，设计边跨直线段的托架方案。

将托架上平杆长度确定为5.6 m，托架斜杆长度确定为5.72 m。托架梁结构形式使用5榀三角形结构，托架由上平杆、斜杆、连接件、上锚座、下锚座组成，横向分配梁采用I32a，上平杆则采用2[40b外扣，斜杆采用2[40b内扣，下锚座采用2[40b外扣，托架联系杆采用[40b。托架示意见图5。

托架上平杆采用[40b槽钢加工，销孔处采用δ20的钢板加强，两根[40b槽钢采用缀板连接，缀板为δ10的钢板；加强板和缀板均采用满焊方式与[40b槽钢焊接。托架斜杆采用[40b槽钢加工，槽钢对口接缝处采用满焊连接，销钉处采用δ20的钢板加强，加强板采用满焊方式与[40b槽钢焊接。斜杆截面和连接措施均在斜杆上施工，斜向联系杆采用[40b钢加工而成，销钉处采用Φ80的螺栓连接。缀板采用δ10的钢板，焊接时要严格按照设计的位置及尺寸；托架锚座采用[40b槽钢加工，销钉处采用δ20的钢板加强，两根[40b槽钢采用缀板连接，缀板为δ10的钢板；锚座可采用通长的[40b加工，也可分2段加工，在中间用[10工字钢连接；加强板、缀板和加长连接[10槽钢均采用满焊方式与[40b槽钢焊接。

图5 托架示意

外侧两榀托架的上锚座如位于桥墩圆端区，施工时要按照轴线定位；锚座销孔中心与墩身横截面的纵对称轴距离相等且在同一条直线上；同一榀托架上下两个销结点位于同一条铅垂线上。根据工程实践经验，混凝土箱梁以及托架顶面处应该保持与地面线上吻合。为了有效的避免托架在施工的过程中出现变形的情况，应该使用托架预压处理。