玉磨铁路王四龙特大桥大尺寸0号段现浇支架方案设计探讨

周腱

【摘 要】文章以玉溪至磨憨铁路王四龙特大桥56 m+96 m+56 m连续梁施工为例，介绍了大跨度连续梁的大尺寸、大荷载0号段现浇支架的形式选择、支架设计思路及最终方案，并对支架承受荷载的关键构件进行了承载验算，为同类型0号段现浇支架设计提供一些设计思路。

【关键词】大尺寸0号段;现浇支架选择;落地式;钢管柱;构件承载计算

【中图分类号】U445 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）04-0089-04

0 前言

由于0号段不仅结构复杂且作为后续连续梁悬浇梁段的基准，其施工质量对连续梁整体的成型质量起到决定作用，所以连续梁0号段的尺寸、标高及线形必须达到高标准要求。故0号段现浇支架需具有高强度、高刚度，确保其安全稳固、沉降少，使成型后的0号段尺寸和标高准确。

本桥为大跨度连续梁，其0号段尺寸大，一次浇筑砼数量大，对支架产生的荷载值也是普通小跨度连续梁无法比拟的，故对其模板支撑体系的安全稳定性和承受荷载的能力提出了更高的要求。设计结构简便、施工快速、高承载能力且经济合理的0号段支架方案和临时固结方案，是本项目施工的难点。

1 工程概况

玉溪至磨憨铁路王四龙特大桥起讫桩号为D2K497+418.784～D2K498+591.4，桥梁总长1 172.616 m，主跨为56 m+96 m+56 m连续梁，连续梁全长为209.4 m，25、26号墩为主墩，墩身高度均为6.7 m。梁体设计采用变截面、变高度的单箱单室形式，箱梁梁顶宽度为7 m，底部宽度为4.8 m，梁顶板厚度為35～45 cm，底板厚度为44～70 cm，腹板厚为35～80 cm，中间厚度按抛物线变化。

连续梁0号段长度为12 m，墩顶处梁高度为7 m，梁底宽度为4.8 m，梁顶板厚度为45 cm，腹板厚度为80 cm，梁顶全宽为7 m（其中两侧翼板为1.05 m宽），每个0号段砼量为251.9 m3，节段重6 675.4 kN。本桥两个“T”构采用4个菱形挂篮平行施工，“T”构0号段则采用支架现浇法施工。

2 0号段现浇施工支架方案的设计

2.1 支架方案形式的选择

因为本桥25号、26号墩高度均仅为6.7 m，落地式支架较墩顶托架而言，具有支架结构简单、受力明确、变形沉降少及安全、质量控制难度小等优点，所以考虑采用落地式支架。

常用的落地式支架有满堂钢管支架、钢管柱式支架、钢桁架支架（如贝雷桁架、万能杆件等）等多种类型。本项目充分借鉴各种支架类型的优缺点，并结合本项目0号段的具体设计情况、施工条件等，经综合比选后采用钢管柱支架的形式。钢管柱支架具有施工便简、快速;因采用通长钢管柱而减少了拼装间隙而产生的沉降及变形;轴向受压的钢管柱承载能力强;施工成本低等优点。

2.2 支架设计思路及总体方案

2.2.1 临时固结措施

连续梁挂篮悬浇施工时，为确保“T”构的安全稳定性，在桥墩两侧承台上（0号段梁底）设置4个临时支墩，临时支墩采用直径为1.3 m的钢管，内灌C50砼，墩顶设置硫黄砂浆临时支座。每个临时支墩内预埋34根长度为3 m的φ25 mm螺纹钢筋，螺纹钢筋伸入临时支墩及梁体砼内150 cm。在临时支座处的箱梁内设置双层φ25 mm，L=2.2 m的加强水平钢筋网片，每层钢筋数量均为15根、间距为15 cm。在支墩底部设锚固钢板，钢板下设4个螺栓，将钢板固定在承台上。

2.2.2 支架设计方案

（1）钢管立柱：立柱采用φ609 mm×10 mm钢管，共设置10根，立柱间采用槽钢[10a连接件焊接连接，使支架联结成稳定、安全的承载整体。因为承台以外地基软弱，承载能力差，如果将钢管柱设立在承台外，则基础处理工程量非常大，不仅影响工期，而且增大施工成本，所以本项目的钢管支柱均布置在一、二级承台上。桥墩横向侧两根钢管柱需置于2级承台上，因承台宽度不足，支柱处2级承台加宽30 cm。

（2）柱顶纵梁：柱顶设有落梁砂箱，纵梁为双I45a“工”字钢制成，摆放在砂箱上。在墩身顶部埋设6根通长的φ32 mm精轧螺纹钢筋，中间纵梁近桥墩端焊接有与精轧螺纹钢筋通过螺栓连接的钢板（尺寸为500 mm×500 mm×25 mm），使支架与桥墩联成稳固的承载传力体系，精轧螺纹钢筋按36 t进行张拉预紧[1]。因立柱布置在承台上，柱顶纵梁的悬挑长度过长，荷载产生弯矩过大，采取设置双I18“工”字钢斜撑的措施，改善了纵梁的弯矩分布，从而可以使用较小型号的型钢作纵梁，节约了施工成本。

（3）横梁：横梁摆放于柱顶的纵梁上，每侧设置12根，采用I36a“工”字钢，按间距0.4 m布置。

（4）三角桁架：三角桁架位于横梁上，以形成底模的坡度。三角桁架为[10槽钢焊接件，每侧20榀，除了最外侧间距按35 cm布设外，中部均按40 cm布设。

（5）翼缘下纵梁：在翼缘下采用I22a“工”字钢作分配梁，分配梁摆放在横梁上。

（6）横向方木：在三角桁架上摆放横向方木，方木尺寸为100 mm×100 mm，腹板下横向方木满铺（即间距为10 cm），底板按20 cm布设。

（7）模板：横向方木上为梁底模板，采用18 mm厚的竹胶板。0号段支架底部平面布置图、侧立面布置图、正立面布置图分别如图1、图2、图3所示。

3 支架堆载预压方案

当箱梁底模拼装完毕后，对支架实施预加载试验，验证实际拼装完成后的支架承载能力，并获得支架实际的变形值（含弹性及非弹性），同时通过预加载消除支架的非弹性变形，最终依据实测数据计算底模标高设置值[2]。

采用砼预制块施加荷载，砼预制块按0号段砼重量分布压载。预压荷载重量按0号悬臂段施工总荷载的1.2倍加载。0号段每悬臂端需由支架承载砼的重量（经计算为175.5 t），模板荷载按20 t，其他施工荷载按1 t计，则每悬臂端施工荷载总量为196.5 t，则每端配重为1.2×196.5=235.8 t，取236 t，两端总配重为472 t。

按3级（施工总荷载的60%、100%、120%）进行支架预加载的实施和数据观测，每一级加载后支架的沉降值变化达到规范要求的稳定条件后，方进行下一级的实施和数据观测，完成全部堆载并达到规范要求的稳定条件后按上述的逆顺序分级卸载并观测数据。

堆载按从支座开始向外侧悬端的顺序进行，横桥向对称均衡实施。在每侧底模上设置3个观测断面，每个断面设置3个观测点，同时在支架的地基上对应的投影位置设置观测点。在墩顶设标高基准点，采用水准仪观测沉降并详细记录。

最终根据测量数据进行整理及分析，确定箱梁需设置的合理预拱度，并调整底模标高。

4 支架结构承载计算

4.1 荷载分析计算

（1）砼自重。砼容重按26.5 kN/m3。0号段砼最大截面面积为16.105 m2，最小截面面积为15.166 m2。悬臂段等截面（长度1.2 m）处砼的重量16.105×1.2×2.65=51.2 t;悬臂段截面变化（长度3 m）处砼的重量（16.105+15.166）/2×3×2.65=124.3 t。得砼总重=175.5 t。

（2）砼振捣：2 kN/m2。

（3）砼倾：4 kN/m2。

（4）模板：考虑4 kN/m2。

（5）人、料、机荷载：2.5 kN/m2。

4.2 荷载系数考虑及材料应力允许值

考虑荷载系数：静载1.2，动载1.4。Q235钢强度按[σ]=210 MPa、[τ]=110 MPa。方木强度按[σ]=13 MPa、[τ]=1.4 MPa。

4.3 支架关键承载构件验算

4.3.1 横向方木计算

横向方木采用10 cm×10 cm方木，腹板区域满铺，其他区域按中对中间距20 cm布置。

（1）腹板区域。计算跨度0.4 m。q=1.2×（26.5×0.1×7+4×0.1）+1.4×（2.5人、料、机+2振+4砼倾）×0.1×1=23.93 kN·m。最大弯矩M=ql2/8=0.479 kN·m，δ=M/W=0.479 kN·m/166.7 cm3=2.87 MPa<13 MPa。最大剪力Q=ql/2=4.786 kN。τ=Q/A=4.786 kN/（10×10 cm）=0.48 MPa<1.4 MPa。

（2）箱室区域。q=1.2×（26.5×0.2×1.15+4×0.2）+1.4×（2.5人、料、机+2振+4砼倾）×0.2×1=8.274+2.38=10.65 kN·m<腹板均布荷载q=23.93 kN·m。由于腹板区域方木布置符合要求，计算跨度均取0.4 m，因此箱室区方木也符合要求。

4.3.2 I36a“工”字钢横梁计算

“工”字钢间距为40 cm，计算长度为8.7 m，最不利区域为长度1.2 m等截面悬臂段，该段重量为51.2 t。单根“工”字钢承受砼重量荷载：0.4×（512/1.2）=170.7 kN。模板荷载：4×0.4×7=11.2 kN。人、料、机械、振捣、砼倾的荷载：0.4×7×（2.5人、料、机+2振+4砼倾）=23.8 kN。总荷载：1.2×（170.7+11.2）+1.4×23.8=251.6 kN。考虑荷载全部由宽度为4.8 m的底板承受：q=251.6/4.8=52.4 kN·m。横梁受力如图4所示。

采用清华大学的结构力学求解器进行配合计算得：最大弯矩为-179.1 kN·m，δ=M/W=179.1 kN·m/875 cm3=204.7 MPa<210 MPa。最大剪力为109.3 kN，τ=Q/A=109.3 kN/76.3 cm2=14.3 MPa<110 MPa。最大竖向位移为1.525 mm<4 350/400=10 mm。

4.3.3 双拼I45a“工”字钢纵梁计算

梁体的砼重量为1 755 kN。模板荷载：7×4.2×4=117.6 kN。人、料、机械、振捣、砼倾：7×4.2×（2.5人、料、机+2振+4砼倾）=235.2 kN。总荷载：1.2×（1 755.1+117.6）+1.4×235.2=2576.52 kN。纵梁的横向间距为4.35 m，根据纵梁布置进行面积划分，边纵梁主要承受区域Ⅰ和区域Ⅲ重量，中纵梁主要承受区域Ⅱ重量[3]，区域面积划分如图5所示。

区域Ⅰ和区域Ⅲ受力计算：Q=2576.52×2.043/16.105=326.84 kN，q=326.84/4.2=77.8 kN/m。区域Ⅱ受力计算：Q=2 576.5×12.019/16.105=1 922.82 kN，q=1 922.82/

4.2=457.8 kN。

（1）边纵梁受力计算。边纵梁受力如图6所示。采用清华大学的结构力学求解器进行配合计算得：最大弯矩为-91.9 kN·m，δ=M/W=91.9 kN·m/（2×1 430 cm3）=32.1 MPa<210 MPa。最大剪力为201.6 kN，τ=Q/A=201.6 kN/（2×102 cm2）=9.9 MPa<110 MPa。最大竖向位移为0.568 mm<4 000/400=10 mm。

（2）中纵梁受力计算。中纵梁受力如图7所示。采用清华大学的结构力学求解器进行配合计算（计算偏保守，未考慮临时支墩受力）得：最大弯矩为-182.1 kN·m，δ=M/W=182.1 kN·m/（2×1 430 cm3）=63.7 MPa<210 MPa。最大剪力为548.8 kN，τ=Q/A=548.8 kN/（2×102 cm2）=26.9 MPa<110 MPa。最大竖向位移0.388 mm<2 000/400=5 mm。最大反力为R3=1 000.1 kN。

4.3.4 钢管立柱稳定性计算

钢管立柱直径为609 mm，截面面积A=188.181 cm2，弯曲的计算长度Lx=650 cm，截面惯性矩Ix=84 423.116 cm4，容许长细比[λ]=150。根据中纵梁反力计算结果，钢管最大反力为1 000.1 kN;同时，钢管立柱承受纵梁斜撑传递的368.1 kN轴向压力，故钢管立柱承受的轴心压力设计值=1 368.2 kN。回转半径ix=（Ix/A）1/2=（84 423.116/188.181）1/2=21.18 cm。长细比λx=Lx/ix=650/21.18=30.7<[λ]=150，刚度条件满足要求。根据λ查表得稳定系数φ=0.933。稳定性检算：σ=F/（φA）=1 368.2 kN/（0.933×188.181 cm2）=77.9 MPa<210 MPa。

4.3.5 双I18斜撑稳定性计算

双I18斜撑截面面积A=61.579 cm2，弯曲的计算长度Lx=240 cm，截面惯性矩Iy=1 624.105 cm4，容许长细比[λ]=150。斜撑竖向受力为368.1 kN，承受的轴力为1.414×368.1=520.49 kN，斜撑最大长度为239.78 cm，取值240 cm计算。回转半径ix=（Ix/A）1/2=（1624.105/61.579）1/2=5.14 cm。长细比λx=Lx/ix=240/5.14=46.7<[λ]=150，剛度条件满足要求。根据λ查表得稳定系数φ=0.871。稳定性检算：σ=F/（φA）=（520.49 kN）/（0.871×61.578 9 cm2）=97 MPa<210 MPa。从以上计算可知，所有关键承载构件均能满足施工要求。

5 结语

本项目连续梁0号段支架方案经结构承载验算及现场施工监测，证明该方案的安全性、稳固性、承载力等是符合施工要求的，并具有施工快速、沉降小、安全可行、低造价等优点。

参 考 文 献

[1]丁任盛.铁路客运专线连续多孔大跨径桥梁悬臂施工技术[J].价值工程，2014（13）：105-108.

[2]唐光平，邢玉虎，任义.连续刚构桥0号块托架反拉预压施工技术[J].工程建设与设计，2019（21）：183-186.

[3]黄小良.万盛特大连续刚构桥0号块托架设计与承载力分析[J].公路，2014（11）：97-101.