桥梁长悬臂盖梁新型装配式托架研究与应用

庞卓 韦朗

【摘要：】文章针对盖梁施工传统工艺原理及特点，分析了桥梁工程实体墩上部盖梁施工两翼长悬臂下挠量引起的安全及质量隐患，研究提出了一种新的桥梁长悬臂盖梁新型装配式托架。该新型盖梁托架在融水至河池高速公路42个长悬臂盖梁得以应用，施工安全质量得到较大提升，可为桥梁工程同类型盖梁施工提供借鉴。

【关键词：】桥梁;长悬臂盖梁;装配式;托架

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0 引言

近年来，随着我国高速公路建设的蓬勃发展，山区桥梁、高架桥梁不断涌现，大量高墩盖梁设计采用实体墩支撑两侧长悬臂的设计方式。传统的盖梁钢棒架设横梁的施工工艺容易忽视两翼长悬臂所带来的下挠问题，严重的会造成盖梁横向裂缝或标高质量问题[1]。桥梁长悬臂盖梁新型装配式托架研发应用及施工工艺研究，是基于传统工艺的优化，通过托架内部力矩平衡，减少两翼长悬臂施工下挠量直至规范范围内，消除质量隐患。托架设计为装配式，安拆方便且便于运输，同时托架设计有标准规范的防护平台，有效地保证了作业人员的生命安全[2]。

1 传统工艺原理及特点

盖梁施工技术已趋于成熟，实体墩或空心墩长悬臂盖梁常用的是钢棒+型钢横梁的组合结构，其结构受力简图见图 具有结构简单、受力明确的特点。但是普通型钢横梁悬臂过大，抗弯能力较弱，悬臂端会出现较大的挠度，且型钢中部会出现上拱现象（见图2），型钢上拱之后会夹紧盖梁底模，造成模板拆除困难。针对长悬臂盖梁悬臂端的下挠问题，传统方案抵抗变形的能力较差，通常需要截面特性强的材料作为横梁，这无疑将增加施工成本[3]。

2 新型装配式托架原理及特点

2.1 托架设计原理

根据长悬臂盖梁的荷载分布情况，在纵桥向设置两根钢棒，钢棒上搭设横向主梁作为主要承重结构，横向主梁上搭设施工平台及悬臂段的托架，同时设置下横梁以及托架连接梁，将结构受力传递至下横梁，使结构受力平衡。下橫梁设置标准化安全防护平台，方便操作人员安拆托架[4]。

2.2 托架装配化设计与分析

托架装配化设计从结构内弯矩消除分析，通过结构内部力矩平衡，达到结构整体稳定的受力状态。同时从周转使用的便携性考虑，对托架结构进行装配化设计。

（1）力矩平衡

为实现托架结构力矩平衡，托架保留主承重横梁的设计，支撑于钢棒之上，为承受荷载的主要结构。托架设置连接梁以及下横梁，其中连接梁旨在传递上横梁荷载，下横梁则将左右内力进行对消平衡，以实现力矩平衡的目的。托架受力情况见图 挠度变化见图4。

（2）结构铰接化

结构铰接化是托架实现力矩平衡的关键措施。结构铰接化可以有效地将连接梁力矩消除，确保连接梁内部以轴力的形式传递荷载，达到简化结构受力且受力明确的目的。

（3）便携性

托架结构的便携性是结构铰接化的具体化设计，总体采用销轴进行连接，需对连接位置进行加强设计，并对杆件轴线精准控制。

3 应用实例工程概况

选取融水至河池高速公路中一个具有代表性的长悬臂盖梁作为设计算例，该盖梁设计断面图见图5，主要设计参数如下：

4 托架设计

4.1 托架结构总装

托架结构总装图见图6，上横梁搭设在预埋钢棒上，设计为下挂式托架。

4.2 上横梁设计

托架上横梁为主要承重构件，直接承受盖梁浇筑混凝土荷载及施工荷载，主要受力为弯矩、剪力。设计采用45工字钢，下沿设置节点板，两者之间采用焊接+30 mm螺栓形式进行连接固定。铰接位置采用2 cm厚钢板焊制成箱型结构，保证整体稳定性，销孔直径为101 mm，采用100 mm销棒。

4.3 下横梁设计

托架下横梁为主要应力平衡构件，主要承受上横梁传递到下横梁的荷载，进行水平应力抵消，达到应力平衡效果，主要受力为轴向压应力、弯矩、剪力。设计采用45工字钢，上沿设置节点板，销孔设置与上横梁的相同。

4.4 托架连接梁设计

托架连接梁为托架内力传递构件，主要受力为轴向压力和拉力。采用双拼[22槽钢进行拼装、焊接并形成受力整体。

4.5 销棒设计

上横梁、托架连接梁、下横梁之间都是通过100 mm销棒连接。销棒材质为45#钢。主要承受剪力。

4.6 托架施工防护平台标准化设计

为了保证施工安全，针对托架、盖梁施工的特点，对托架上下级平台进行标准化防护设计：

（1）在上下横梁设置80 cm宽的平台横梁，采用焊接工艺连接并设置斜撑。

（2）设置平台元件：平台铝搭板+围栏。

5 托架结构验算

5.1 托架整体结构验算

利用结构软件对托架进行验算。托架各构件按布置取其对应截面特性，其中由型钢与钢板组焊而成的销棒节点板结构截面特性进行简化处理，不参与验算。根据托架设计进行受力分析，结构各杆件内力满足规范要求。利用托架自身的内力平衡可以有效减小托架受力下挠变形，即两翼长悬臂的盖梁部分变形满足要求，达到预期目标。托架弯矩图见图7，轴力图见图8，托架挠度图见下页图9。

5.2 托架构件间铰接对托架整体挠度的影响分析

桥梁长悬臂盖梁新型装配式托架设计的主要方向是解决盖梁悬臂端浇筑下挠的问题，各杆件的连接经综合分析，确定设计的连接方式为销接，将受力明确为托架连接梁只传递轴力，不传递弯矩，即影响托架整体挠度变形的关键仍是在承受弯矩的上下横梁组成的静定结构整体。

5.2.1 托架静定结构分析

根据结构力学，对托架静定结构进行分析，将托架简化为结构力学模型，其中将横梁上的销接鞍简化成一个铰接点，如图10所示。体系的自由度计算显示，托架整体结构为超静定结构[5]。D8E706D6-35AA-429A-B769-FECA50A4EAD6

5.2.2 托架结构瞬变性分析

根据结构力学，对托架结构体系进行虚铰分析，如图11所示。对托架铰单元延长，检查是否存在交点，以判断该体系是否为瞬变体系。根据图11分析，托架结构不存在虚铰，是几何不可变体系。

综上分析，该托架是超静定几何不可变结构，受力产生挠度是整体结构抗弯引起的材料变形，与托架连接梁和上下横梁铰接与否无关。

6 新型装配式托架施工要点

6.1 墩身预留孔

需在墩身浇筑时预留钢棒孔，钢棒通常采用碳钢，直径为70～150 mm，根据受力情况而定，需有一定的安全储备[6]。

6.2 托架加工及安装

托架及其构件如构件焊接、销接鞍与横梁螺栓连接、板材切割等应在专业钢结构厂进行加工制作。加工现场应在已硬化平整的场地进行拼装，对托架焊缝、螺栓、销子等受力构件进行验收，确保托架加工质量。

托架上横梁安放在钢棒上，托架整体下挂式安装。预留孔应根据架体连接杆件的位置进行开孔预留，避免位置冲突。

6.3 托架水平控制

為满足托架最佳的受力状态，托架整体应水平放置，竖向垂直，坡度调节建议设置在托架以上的结构如分配梁、模板等进行调节。

7 新型装配式托架应用效果

融水至河池高速公路地处山区，42个长悬臂盖梁均采用了该新型装配式托架。其托架整体采用装配式，各构件能够拆散运输至现场组装，再整体吊装安装，采用轻型运输车便能穿越狭窄的山路，特别适应于该段高速公路的施工。同时，该新型装配式托架设置有标准化的安全防护平台，有效保护了高空作业的人员安全，在整个施工周期中无安全事故发生。该新型托架结构设计受力合理，长悬臂盖梁两端施工效果良好，无超出规范的下挠情况，在安全质量、进度、成本等各方面表现出了优越性，值得推广应用。

8 结语

桥梁长悬臂盖梁新型装配式托架，只是针对实体墩、空心薄壁墩上盖梁施工进行设计，满足大部分公路桥梁盖梁施工需要。但是针对个别加宽、超宽设计的盖梁，还有待进一步的设计和开发，如加设横向预应力、简化牛腿支架等。尽管如此，该桥梁所采用的实体墩装配式盖梁托架设计仍是研究方向之一，对于高墩盖梁施工、解决两翼长悬臂施工工程质量隐患等，具有一定的意义，同时对提高同类型桥梁盖梁的施工技术具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]张 涛.销棒-桁架组合支架在大悬臂盖梁施工中应用[J].山西建筑，202 47（14）：138-140.

[2]张信浩，钟德明.高架桥大悬臂盖梁支架施工技术探讨[J].山西建筑，2022，48（3）：160-162.

[3]周建军，张 杰，孙 艺，等.一种桥梁空心薄壁墩盖梁施工托架[P].中国：CN215925677U，2022-03-01.

[4]王 蕾.大悬臂盖梁可调高度机械组合钢桁梁托架施工技术[J].浙江建筑，202 38（3）：40-4 58.

[5]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]陆海军，李 锋.长悬臂盖梁预留圆钢支撑、双层贝雷片主梁施工托架方案[J].现代交通技术，2010，7（S1）：129-132.D8E706D6-35AA-429A-B769-FECA50A4EAD6