上跨省道“T”形刚构桥临时支架施工及稳定性研究

摘 要：上跨省道“T”形刚构桥施工具有安全风险高、施工难度大等技术难点，本文以山东省某“T”形刚构桥为研究案例，使用有限元软件建立了刚构桥临时支架三维模型，分析了临时支架的强度、稳定性和受力最不利位置，提出了施工过程中的技术控制要点，研究结果表明：横梁的组合应力在靠近桥梁墩身处出现最大值，为170.2MPa，托架组合应力的分布形态呈现对称分布特征，托架钢梁杆的交界处，剪应力会出现较大值。相关结论保障了工程施工的安全，为类似工程提供了借鉴。

关键词：刚构桥；临时支架；有限元；堆载预压

中图分类号：U 44" " 文献标志码：A

0#块是“T”形刚构桥的关键梁段，结构复杂，施工难度大。在现场施工中，多采用在桥位处搭设支架，在支架上浇注混凝土的方式。0#块施工主要有结构受力复杂、梁段高、节段长、混凝土数量多、各向预应力管道布置密集交错等难点[1-2]。本文以山东省某上跨省道“T”形刚构桥0#块施工及临时体系搭设为研究对象，介绍了这种刚构桥的技术概况和施工难点，设计了临时支架的结构形式及型材种类，采用有限元软件计算了临时支架结构稳定性，得到了临时支架的受力特点，确定了支架最不利位置，讨论了0#块临时支架施工的质量控制要点，保障了桥体施工的安全。

1 工程概况

山东省某高速公路在省道上方设有一处（48+48）m“T”形刚构桥，主梁梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，主梁计算跨度为（48+48）m，支座中心线至粱端0.75m，梁全长97.5m。中支点截面中心处梁高5.636m，边跨5.5m等高段，截面中心处梁高3.086m。截面采用单箱单室、变截面直腹板形式。箱梁顶宽12.6m，底宽7.0m。顶层厚度除梁端附近及中支点附近外均为0.4m。腹板厚0.5～0.7m。全联在端支点及中支点处共设置4个横隔板。

48m+48m“T”形刚构桥梁0#块与梁底以下3m范围内墩身设计为一同浇筑，为固结墩。该桥主墩高65m，并采用轻型挂篮悬臂浇筑施工工艺，对临时支架施工安全质量要求高，同时桥下为通行省道，过往车辆频繁，施工安全风险高。

2 临时支架设计及施工流程

“T”形刚构桥0#块支架采用上部满堂支架，下部托架的支架形式。模板采用厚1.8cm的木胶板，模板底纵向支垫10cm×10cm方木，腹板方木间距为12cm，空腔区方木间距为20cm，方木下采用I12.6的工字钢横梁，放置在支架顶部的可调托座上。

2.1 托架

满堂支架纵向方木与I12.6工字钢横梁之间可采用木楔等固定。墩顶斜率较大处采用扣件式脚手架斜向支撑模板（立杆与模板垂直），并与盘扣式脚手架进行连接，立杆底部与托架连接固定，可在托架上焊接横梁等，并与其固定。应对I45a（2I45a）工字钢与托架水平横梁接触位置进行加强并固定。

托架连接：角焊缝等级为Ⅲ级，焊缝长度及高度除支架设计图中除已注明外，其余均为角焊缝，满焊且有效焊缝长度不小于60mm。采用间断焊焊接三角托架中的双拼槽钢（2[32c和2[28c）。安装定位用三角托架与墩身的预埋锚筋，托架定位安装完成后立即安装精轧螺纹钢筋并进行张拉，持力状态下100kN，精轧螺纹钢墩内预留⌀50mm孔道。牛腿3I56c工字钢采用Q345钢。在施工及预压过程中，应设专门人员监测托架，若发现有异常，则应及时采取防护措施，找到原因，排除问题后才能继续进行施工。

2.2 满堂支架

盘扣式支架的搭设必须满足《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ 231—2010）[3]及设计和相关技术标准、规范的要求。盘扣式钢管架是利用楔形插销连接立杆上的插座与横杆上插头的一种新型钢管架，节点主要由连接盘、扣接头插销、水平杆杆端扣接头、水平杆、斜杆、斜杆杆端扣接头、立杆构成。根据立杆及横杆的设计组合，从底部向顶部依次安装立杆、横杆。下部装完作业面的底部立杆及部分横杆，再逐层往上安装，同时安装所有横杆。立杆和横杆安装完毕后，考虑支架的整体稳定性，按照每4步～6步设置一道水平剪刀撑（扣件式钢管脚手架），安装时自下而上进行顺接。采用扣件与支架连接斜撑，尽量将其布置在框架结点上，由专人检查支架盘扣松紧情况。

3 临时支架数值模拟计算

使用迈达斯软件对临时支架三维建模进行数值模拟仿真计算，可以对盘扣支架、型钢支架等较复杂的临时结构进行整体建模计算，从计算结果可以看出临时结构的三维受力状态，采用铰接固定托架，分配梁之间采用铰接进行约束[4-5]。横梁受力计算云图如图1所示。

3.1 荷载取值

支架结构（含防护设施和附加构件）自重为0.5kPa。

施工人员、材料及施工机具荷载：当计算模板时，均布荷载可取2.5kPa。

当计算支撑模板的纵横梁时，均布荷载可取1.5kPa。

当计算支架立柱及其他结构时，均布荷载可取1kPa。

振捣混凝土时产生的荷载：水平模板可取2kPa，垂直模板可取4kPa。

浇筑混凝土时产生的冲击荷载：2kPa。

风荷载标准值ωk：0.7kN/㎡。

风荷载体型系数μs：1.3。

风压高度变化系数μz：1.13。

基本风压ω0：0.25kPa。

3.2 荷载组合

荷载组合按照《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB 50068—2018）进行取值。

横梁受力计算云图如图2所示，根据计算结果可以发现，横梁的组合应力基本呈轴对称分布，在靠近桥梁墩身处组合应力出现最大值，最大值为170.2MPa。剪应力的分布形态与组合应力的分布形态也基本一致，呈现出对称的特点，最大值为37.1MPa。

横梁受力：f=170.2MPalt;215MPa，最大剪应力fv=37.1MPalt;

125MPa，最大相对变形：l=12mmlt;2500/200=12.5mm，满足设计及规范的要求。

由翼缘垫梁受力计算结果可以发现，组合应力的分布形态整体上呈现两边小，中间大的分布特征，整体变化较为平缓，其中最大应力为135.3MPa，而剪应力呈现中心对称分布，剪力变化基本呈现线形特征，最大值为30.5MPa。横梁受力：f=135.3MPalt;215MPa，最大剪应力fv=30.5MPalt;125MPa，最大相对变形：l=1mmlt;5700/400=14.25mm，满足设计及规范的要求。

三角托架横杆采用2[32c（靠墩侧1m范围内的腹板两侧贴10mm板），竖杆、斜杆采用2[28c钢，根据计算结果可以发现，组合应力最大值出现在竖杆上，为127.1MPa，沿竖杆杆体大小基本保持不变。剪应力最大值出现在竖杆上方、接近竖杆与斜杆交界处位置，最大值为67.7MPa，同时，在其他部位杆的交界处，剪应力均会出现较大的数值。

横梁受力：f=127.1MPalt;215MPa，最大剪应力fv=67.7MPalt;

125MPa，满足设计及规范的要求。

托架所受内力计算：托架受力计算云图如图2所示。托架竖杆采用 2[28c钢，计算长度l=3.3m，回转半径i=70mm，长细比λ=47.1，稳定系数为0.869。轴力最大处为140.8MPa，均满足设计及规范要求。

计算精轧螺纹钢筋水平反力，托架横杆端部采用4束PSB830⌀32 mm精轧螺纹钢对拉，最大水平反力为611kN，考虑2倍的安全系数，则精轧螺纹钢的安全系数k=4.4gt;2。

4 支架堆载预压

采用堆载预压块方式对0#块施工支架进行预压，模拟等效多点集中荷载施加面荷载。通过测量观察各施压节点处的变化来检验托架稳定性、安全性及变形情况，消除非弹性变形，测定弹性变形关系曲线，为确定立模标高和预留预拱度提供依据。每块预压块约2t。0#块施工支架预压分三级加载，第一级60%，第二级100%，第三级120%。

每级加载后1h观测变形值，加载完毕后每6 h测一次。按照支架变形稳定原则确定预压荷载时间，当最后两次沉落量观测平均值之差不大于2mm时，可进行下一级预压。记录详细数据，卸载按相反工序进行并测量测点标高。检查牛腿焊缝、临时支墩竖直度，如果无异常就表明支架体系承载力满足施工要求。为使底板受力均匀，在托架横梁顶布置20个观测点，分为4个断面，共5个观测点。支架预压后，应及时检查支架的变形情况，如果发现支架变形超过规定值，就应及时采取措施。当分片吊装外侧模板时，应注意模板的垂直度和水平度。当安装底模板时，应注意底模板的垂直度和水平度。

5 结论

根据有限元计算结果，横梁的组合应力基本在靠近桥梁墩身处组合应力出现最大值，最大值为170.2MPa。剪应力呈现对称的特点，最大值为37.1MPa。托架组合应力的分布形态整体上呈现两边小，中间大的分布特征，其中最大应力为135.3MPa，剪力变化基本呈现线形特征，最大值为30.5MPa。

下部托架轴力最大处为140.8MPa，剪应力最大值出现在竖杆上方、接近竖杆与斜杆交界处位置，最大值为67.7MPa，同时，在其他部位杆的交界处，剪应力均会出现较大的数值，在日常施工检查中需要重视。

支架下部托采用4束PSB830⌀32mm精轧螺纹对拉钢筋，计算发现最大水平反力为611kN，此时精轧螺纹钢的安全系数为4.4，能够满足临时支架结构强度及稳定性要求。

参考文献

[1]程显涛.大跨度预应力混凝土连续梁（T型刚构桥）转体跨越既有高速铁路施工设计[J].工程技术研究，2023，8（14）：152-154.

[2]刁兆顺，刘波.大跨度T型刚构桥混合支架设计与关键施工技术[J].城市道桥与防洪，2023（5）：143-147，20-21.

[3]张建忠.铁路桥梁连续梁挂篮施工技术研究[J].科技资讯，2023，21（20）：98-101.

[4]钱雪松.某3×30m钢板组合梁桥计算分析[J].安徽建筑，2019，26（8）：108-111.

[5]王建圣.高速铁路小半径曲线T形刚构桥设计[J].山东交通学院学报，2023，31（3）：93-100，128.