大跨连续刚构V型墩支架设计

朱玉涛

（济南市交通工程质量监督站，山东 济南 250102）

引言

V型墩刚构桥由于桥型美观，且通过斜腿支撑能有效的降低梁端截面高度，因而在我国市政桥梁中广泛应用。但是由于该桥型墩柱为异型结构，且存在大角度、自重大等问题，支架设计成为施工过程中的难点，尤其是软弱地基或者岩溶地质，支架搭设困难，该问题尤为突出。

1 工程概况

某市政桥梁为预应力混凝土V型连续刚构桥，采用左右分离式断面，每幅桥桥面宽17.85 m，跨径组合65 m +105 m +65 m，主跨跨越主河槽，桥型布置见图1。主墩处根部梁高5.5 m，主墩为V型墩，墩宽10.35 m，厚度为1.5 m，通过半径4 m的圆弧与主梁相接。野外钻探资料显示，主桥桥位处上覆层为粘土、粉质黏土，层厚4.30～8.20 m，基岩为泥质石灰岩，溶洞发育，部分溶洞顶板基岩厚度小于2.5 m，在外界作用及人为改造情况下易发生顶板坍塌。

图1 V型连续刚构桥型立面布置（m）

2 支架方案选择

目前V型墩支架施工常用方法有劲性骨架法、满堂支架法、平衡支架法以及前三种方法的综合[1-3]。该桥桥位处岩溶发育，且桥墩及0号块自重较大，搭设钢管桩支架，存在塌孔的风险，若采用与墩柱平行的劲性骨架承担上部荷载，支架断面大，桥墩承台截面不满足要求，且浪费巨大，经多种方案比选，在常用平衡支架法的基础上，提出采用型钢与精轧螺纹钢相结合的内撑外拉平衡支架体系，该方法安全性高、用料节省，且通过对主动拉力的调整，有效的控制了施工过程中模板的变形，保证施工精度。

3 施工流程

（1）阶段一：在V形墩内外侧台座上预埋螺栓，内外侧各设置2根并排焊接成一体的HM350×250热轧H型钢，横桥向设置5排，同模板一起安装，并采用对拉螺杆连接成一体。H型钢及模板安装完成后，安装第一道钢管横撑以及支点竖向支撑，与H型钢焊接成一体，安装并张拉第一道精轧螺纹钢（张拉控制力为每根175 kN，5根共张拉875 kN），张拉完成后，浇筑第一节段混凝土。（2）阶段二：待第一节段混凝土达到设计强度后，架设第二、三道横撑，张拉第二、三道精轧螺纹钢（每根张拉控制力175 kN，每道5根共张拉875 kN），预埋墩顶相应位置处螺栓，浇筑第二节段混凝土（浇筑至墩梁分界线以上0.7 m处）。（3）阶段三：待主墩混凝土达到设计强度后，架设支架纵梁，用预埋螺栓与V型墩连接成整体，调整精轧螺纹钢张拉控制力至每根400 kN，然后浇筑0号块混凝土。（4）阶段四：0号块养护达到设计要求后，张拉0号块预应力钢束，拆除支架。见图2。

图2 主墩及0号块支架立面布置（mm）

4 受力验算

4.1 有限元模型建立

采用有限元软件建立模型见图3，主墩及支架均采用杆系单元进行模拟，共划分为882个单元，精轧螺纹钢采用只受拉单元模拟，共划分为15个单元。

图3 V型墩及支架有限元模型

4.2 支架验算

4.2.1 验算工况

（1）验算工况一：浇筑V型墩第一节段混凝土，混凝土未参与受力之前，对支架进行验算；（2）验算工况二：浇筑V型墩第二节段混凝土，混凝土未参与受力之前，对支架及墩柱柱脚进行验算；（3）验算工况三：V型墩第二节段混凝土参与受力后，精轧螺纹钢张拉控制力调整至400 kN，对支架及墩柱柱脚进行验算；（4）验算工况四：0号块全部按照湿重一次施加在支架上，对支架及墩柱柱脚进行验算。

4.2.2 各不利工况下支架应力验算

根据《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2015）第4.1.5条及4.1.6条以及《公路桥涵施工技术规范》（JTG D61-2011）第5.2条进行荷载组合，对四个不利工况进行支架受力验算。验算结果显示，支架在施工过程中最大应力状态出现在验算工况四，即0号块混凝土浇筑完，未参与结构受力之前，该工况下结构的最大应力为145.7 MPa，未超过Q235钢材作为临时结构的设计值。各工况下支架应力见表1、图4。

表1 各工况下支架应力（MPa）

图4 各工况下支架应力（MPa）

4.2.3 各不利工况下支架挠度验算

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG D61-2011）对于支架及主梁挠度的要求，支架跨中竖向挠度按照L/600，挠度限值为33 mm，悬臂端挠度取L/400，挠度限值为10 mm。偏于安全考虑，支架挠度均按照10 mm进行控制，最不利工况下支架挠度见表2、图5，工况四作用下支架最大挠度为9.2 mm，满足规范要求，且此部分值在搭设支架时设置在预抛高中。

表2 各工况下支架挠度（mm）

图5 各工况下支架挠度（mm）

4.3 对拉螺杆验算

为控制支架变形，V型墩支架设置竖向3排φ32精轧螺纹钢对拉螺杆，每排5根，初始张拉力为175 kN，0号块浇筑之前将张拉力调整至400 kN，以保证0号块湿重施加后，支架变形不超过限值。经验算，0号块浇筑完成后，单根精轧螺纹钢最大拉力为516.9 kN，最大应力为643.0 MPa，小于规范限值770 MPa，见图6。

图6 最不利工况下对拉杆内力（kN）

4.4 支架锚筋验算

由于本桥地质条件限制，需将支架搭设在V型墩承台上，0号块浇筑前，通过锚筋将支架与墩柱锚固成整体，承担0号块自重。经计算，结构最大内力见表3。照《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）第9.7.2条公式（1）、（2）进行锚筋验算，取两者较大值，经计算，纵梁锚板需设置锚筋36.3根，纵梁共设置锚筋42根，墩底锚板需设置锚筋6.5根，墩底共设置锚筋16根，均满足锚固要求。

表3 最不利工况下结构内力

5 结语

提出的型钢与精轧螺纹钢相结合的内撑外拉平衡支架施工法，用于解决特殊地质条件下大跨度V型墩及0号块的施工，并采用有限元软件对施工全过程进行了建模分析，结构强度、变形等均满足规范要求。经实桥验证，该方法具有精度高、变形小、用料省等优点，现场实测结果与有限元计算结果进行对比，误差均在10%以内，证明该方法可以应用于V型墩施工中。