临时与体外预应力相结合在大跨度V腿结构施工中的应用

章强

中铁一局集团第四工程有限公司 陕西咸阳 712000

1 工程概况

书院大桥桥梁主桥采用三跨V型刚构加挂孔结构体系，跨径布置为75m+150m+75m=300m，中跨设置60m的钢箱梁挂孔。主桥箱梁为全预应力变截面混凝土箱梁结构，V腿长61.5m，两端各30.75m。上部箱梁桥面全宽29m，采用直腹板单箱六室箱型断面，顶板宽29m、底板宽24m、悬臂长度为2.5m、V腿及梁下景观平台宽为41m。

边跨梁高2.5m、与景观平台结合处梁高3.5m、V腿三角区上部梁高3.5～2m、景观平台端处高1.8m、与梁重合0.8m、V腿底部截面高3.5m、悬臂端梁高3m、支座横向中心距8m。

图1 主桥三维立面布置图(单位：cm)

2 V腿临时支架设计

2.1 V腿结构支架设计介绍

支架自下而上材料选用分别为：(1)立柱选用Φ630mm×10mm钢管。(2)剪刀撑选用槽20a。(3)桩顶横梁选用双工56a。(4)主梁选用单排单层不加强标准321型贝雷梁。(5)线型控制架体选用Z型盘扣支架。(6)模板体系背肋选用10mm×10cm方木、模板选用δ15mm竹胶板。

2.2 支架搭设技术要求

(1)钢管立柱计算深度插入中风化岩2.0m，单桩竖向承载力标准值为1377KN，入土深度按照摩擦桩计算，忽略了桩端承载力。

(2)剪刀撑与钢管立柱接触面须满焊(单面焊缝)，焊缝须平顺，焊接强度同钢材强度。

(3)钢管立柱顶部槽口须平顺，与桩顶横梁双工56a接触面须焊接处理，并采用钢板进行加固处理。

(4)底板模板采用δ=15mm竹胶板，背肋采用10cm×10cm方木，中对中间距30cm，背带采用Φ48mm×3.5mm双钢管，用铁丝捆绑。

(5)梁体支架纵向间距90cm，横向均搭设30cm、60cm(梁体腹板下方搭设30cm，箱室空心部分搭设90cm)。

(6)盘扣支架采用重型支架，立杆采用Φ60.3mm×3.2mm钢管，水平杆采用Φ48.3mm×2.75mm钢管，斜拉杆Φ48mm×2.75mm钢管，顶托底托材质为20#钢。水平杆标准步距为1.5m，由检算可知，本支架单肢立杆荷载设计值大于40kN，故底层的水平杆比标准步距缩小一个盘扣间距，且应设置竖向斜杆，即底层水平杆步距为1.0m，其余按照1.5m控制，顶部水平杆步距比标准步距缩小一个盘扣间距，同底层步距，按照1.0m控制。

2.3 V腿支架布置图

图2 V腿区支架立面布置图(单位：cm)

图3 V腿区支架断面布置图(单位：cm)

梁柱式支架采用迈达斯(2017版本)软件建模检算，支架各构件受力均在设计允许值内。

2.4 结构检算节点处理方式

(1)钢管柱、桩顶横梁连接按照刚性连接处理节点，采用焊接加固处理。

(2)贝雷梁与桩顶横梁工56a加固方式按照弹性连接节点，采用槽10制作挡块，对贝雷梁底部与桩顶横梁进行加焊门型槽钢固定。

(3)贝雷梁与工20分配梁之间的连接方式按照弹性连接节点，采用Φ20圆钢U型卡连接。

2.5 结构线型施工控制

V腿底部大里程圆弧半径32.15m，小里程圆弧半径32.28m，弦长均为12m，为保证施工时，V退底部模板支撑体系杆件强度及刚度满足结构受力要求，圆弧线型调节，主要杆件采用2[10槽钢焊成桁架形式，在桁架上焊接挡板，用于安放模板背肋(方木)，中心间距30cm。

本项目V腿支架在设计时，经过经济技术比选，选择了最优的桁架支撑体系+方木竹胶板组合的方式来调节弧形。弧形控制既满足设计效果、又节约成本投入。

图4 V腿底模圆弧段支撑桁架布置图(单位：m)

在V腿支架根部，其弧段支架在设计时不满足铰接的连接形式，根部横梁连接角度无法满足直接焊接加固，需要制作楔形调节块来塞补连接处，楔形调节块采用D273×8mm钢管制作，楔形调节块制作如图5所示：

图5 支架横梁连接楔形调节块平立面图(单位：m)

3 V腿临时与体外预应力相结合的应用

3.1 临时预应力精轧钢设计

因V腿作为上部箱梁主要支撑结构，施工期间钢筋混凝土对模板工程及支撑架体水平分力较大，为限制V腿箱梁支架在砼荷载作用下，V腿根部的变形及开裂，约束位移，在支架横隔梁位置，设置临时预应力束。根据结构受力检算，需要在V腿施工期间，对支架设置两层临时对拉杆，对拉杆采用Φ32mm精轧螺纹钢，横向间距2.0m一道，每层20根共计40根临时对拉杆，对拉在工45a工钢横梁上，单根设计张拉力为385kN，设计抵抗水平分力1400吨，实际为1540吨，安全系数为1.1。

3.2 V腿施工期间临时精轧钢布置如图6所示

图6 支架对拉立面布置图(单位：mm)

待临时精轧钢布置完成，支架经验收合格后开始预压，收集观测其弹性及非弹性变形，并作为模板预拱值参考值，卸载完成后绑扎钢筋、立模后开始浇筑V腿第一次三角区砼。

3.3 V腿体外钢束布置如图7所示

图7 V腿临时钢束立面布置图(单位：mm)

在三角区上部箱梁施工前，需要对V腿与箱梁结合段设置一层临时预应力钢束，共10束15-Φs15.24，张拉应力为535MPa(每束张拉力为1116.7KN)。通过此10束须抵抗三角区上部箱梁荷载对V腿竖向荷载产生的水平分力，水平分力合计共1116.7t；能够有效保证上部箱梁施工期间，V腿区结构受力体系未转换之前的最不利工况的安全稳定，能够又有效避免V腿区因水平分力过大而产生裂缝。

张拉油顶选用350t，在V腿混凝土浇筑完成后，强度达到设计要求时，开始对称张拉临时预应力钢束，由两侧向中间依次张拉。

结语

本项目桥梁结构形式新颖，在大跨度V腿结构三角区施工期间受力分析复杂，在支架设计时充分考虑了临时精轧钢与体外钢束预应力相结合的结构形式，达到砼防裂措施及抵抗水平分力的措施，施工期间，施工全过程由第三方监控量测及对V腿钢构应力值的分析，有效避免了因施工过程可能对永久结构产生不利的缺陷。通过有限元模拟分析及第三方监控量测，顺利实现了V腿钢构在最不利工况下的结构安全稳定，施工质量得到了最优的保障，通过弧形桁架的设置，即节约了项目成本投入，又完美地实现了图纸效果转化为实体的结构美感。