大跨連續(xù)剛構(gòu)V型墩支架設(shè)計(jì)

朱玉濤

（濟(jì)南市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 濟(jì)南 250102）

引言

V型墩剛構(gòu)橋由于橋型美觀，且通過(guò)斜腿支撐能有效的降低梁端截面高度，因而在我國(guó)市政橋梁中廣泛應(yīng)用。但是由于該橋型墩柱為異型結(jié)構(gòu)，且存在大角度、自重大等問(wèn)題，支架設(shè)計(jì)成為施工過(guò)程中的難點(diǎn)，尤其是軟弱地基或者巖溶地質(zhì)，支架搭設(shè)困難，該問(wèn)題尤為突出。

1 工程概況

某市政橋梁為預(yù)應(yīng)力混凝土V型連續(xù)剛構(gòu)橋，采用左右分離式斷面，每幅橋橋面寬17.85 m，跨徑組合65 m +105 m +65 m，主跨跨越主河槽，橋型布置見(jiàn)圖1。主墩處根部梁高5.5 m，主墩為V型墩，墩寬10.35 m，厚度為1.5 m，通過(guò)半徑4 m的圓弧與主梁相接。野外鉆探資料顯示，主橋橋位處上覆層為粘土、粉質(zhì)黏土，層厚4.30～8.20 m，基巖為泥質(zhì)石灰?guī)r，溶洞發(fā)育，部分溶洞頂板基巖厚度小于2.5 m，在外界作用及人為改造情況下易發(fā)生頂板坍塌。

圖1 V型連續(xù)剛構(gòu)橋型立面布置（m）

2 支架方案選擇

目前V型墩支架施工常用方法有勁性骨架法、滿堂支架法、平衡支架法以及前三種方法的綜合[1-3]。該橋橋位處巖溶發(fā)育，且橋墩及0號(hào)塊自重較大，搭設(shè)鋼管樁支架，存在塌孔的風(fēng)險(xiǎn)，若采用與墩柱平行的勁性骨架承擔(dān)上部荷載，支架斷面大，橋墩承臺(tái)截面不滿足要求，且浪費(fèi)巨大，經(jīng)多種方案比選，在常用平衡支架法的基礎(chǔ)上，提出采用型鋼與精軋螺紋鋼相結(jié)合的內(nèi)撐外拉平衡支架體系，該方法安全性高、用料節(jié)省，且通過(guò)對(duì)主動(dòng)拉力的調(diào)整，有效的控制了施工過(guò)程中模板的變形，保證施工精度。

3 施工流程

（1）階段一：在V形墩內(nèi)外側(cè)臺(tái)座上預(yù)埋螺栓，內(nèi)外側(cè)各設(shè)置2根并排焊接成一體的HM350×250熱軋H型鋼，橫橋向設(shè)置5排，同模板一起安裝，并采用對(duì)拉螺桿連接成一體。H型鋼及模板安裝完成后，安裝第一道鋼管橫撐以及支點(diǎn)豎向支撐，與H型鋼焊接成一體，安裝并張拉第一道精軋螺紋鋼（張拉控制力為每根175 kN，5根共張拉875 kN），張拉完成后，澆筑第一節(jié)段混凝土。（2）階段二：待第一節(jié)段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，架設(shè)第二、三道橫撐，張拉第二、三道精軋螺紋鋼（每根張拉控制力175 kN，每道5根共張拉875 kN），預(yù)埋墩頂相應(yīng)位置處螺栓，澆筑第二節(jié)段混凝土（澆筑至墩梁分界線以上0.7 m處）。（3）階段三：待主墩混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，架設(shè)支架縱梁，用預(yù)埋螺栓與V型墩連接成整體，調(diào)整精軋螺紋鋼張拉控制力至每根400 kN，然后澆筑0號(hào)塊混凝土。（4）階段四：0號(hào)塊養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，張拉0號(hào)塊預(yù)應(yīng)力鋼束，拆除支架。見(jiàn)圖2。

圖2 主墩及0號(hào)塊支架立面布置（mm）

4 受力驗(yàn)算

4.1 有限元模型建立

采用有限元軟件建立模型見(jiàn)圖3，主墩及支架均采用桿系單元進(jìn)行模擬，共劃分為882個(gè)單元，精軋螺紋鋼采用只受拉單元模擬，共劃分為15個(gè)單元。

圖3 V型墩及支架有限元模型

4.2 支架驗(yàn)算

4.2.1 驗(yàn)算工況

（1）驗(yàn)算工況一：澆筑V型墩第一節(jié)段混凝土，混凝土未參與受力之前，對(duì)支架進(jìn)行驗(yàn)算；（2）驗(yàn)算工況二：澆筑V型墩第二節(jié)段混凝土，混凝土未參與受力之前，對(duì)支架及墩柱柱腳進(jìn)行驗(yàn)算；（3）驗(yàn)算工況三：V型墩第二節(jié)段混凝土參與受力后，精軋螺紋鋼張拉控制力調(diào)整至400 kN，對(duì)支架及墩柱柱腳進(jìn)行驗(yàn)算；（4）驗(yàn)算工況四：0號(hào)塊全部按照濕重一次施加在支架上，對(duì)支架及墩柱柱腳進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2.2 各不利工況下支架應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D60-2015）第4.1.5條及4.1.6條以及《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG D61-2011）第5.2條進(jìn)行荷載組合，對(duì)四個(gè)不利工況進(jìn)行支架受力驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果顯示，支架在施工過(guò)程中最大應(yīng)力狀態(tài)出現(xiàn)在驗(yàn)算工況四，即0號(hào)塊混凝土澆筑完，未參與結(jié)構(gòu)受力之前，該工況下結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為145.7 MPa，未超過(guò)Q235鋼材作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)值。各工況下支架應(yīng)力見(jiàn)表1、圖4。

表1 各工況下支架應(yīng)力（MPa）

圖4 各工況下支架應(yīng)力（MPa）

4.2.3 各不利工況下支架撓度驗(yàn)算

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG D61-2011）對(duì)于支架及主梁撓度的要求，支架跨中豎向撓度按照L/600，撓度限值為33 mm，懸臂端撓度取L/400，撓度限值為10 mm。偏于安全考慮，支架撓度均按照10 mm進(jìn)行控制，最不利工況下支架撓度見(jiàn)表2、圖5，工況四作用下支架最大撓度為9.2 mm，滿足規(guī)范要求，且此部分值在搭設(shè)支架時(shí)設(shè)置在預(yù)拋高中。

表2 各工況下支架撓度（mm）

圖5 各工況下支架撓度（mm）

4.3 對(duì)拉螺桿驗(yàn)算

為控制支架變形，V型墩支架設(shè)置豎向3排φ32精軋螺紋鋼對(duì)拉螺桿，每排5根，初始張拉力為175 kN，0號(hào)塊澆筑之前將張拉力調(diào)整至400 kN，以保證0號(hào)塊濕重施加后，支架變形不超過(guò)限值。經(jīng)驗(yàn)算，0號(hào)塊澆筑完成后，單根精軋螺紋鋼最大拉力為516.9 kN，最大應(yīng)力為643.0 MPa，小于規(guī)范限值770 MPa，見(jiàn)圖6。

圖6 最不利工況下對(duì)拉桿內(nèi)力（kN）

4.4 支架錨筋驗(yàn)算

由于本橋地質(zhì)條件限制，需將支架搭設(shè)在V型墩承臺(tái)上，0號(hào)塊澆筑前，通過(guò)錨筋將支架與墩柱錨固成整體，承擔(dān)0號(hào)塊自重。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力見(jiàn)表3。照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）第9.7.2條公式（1）、（2）進(jìn)行錨筋驗(yàn)算，取兩者較大值，經(jīng)計(jì)算，縱梁錨板需設(shè)置錨筋36.3根，縱梁共設(shè)置錨筋42根，墩底錨板需設(shè)置錨筋6.5根，墩底共設(shè)置錨筋16根，均滿足錨固要求。

表3 最不利工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

5 結(jié)語(yǔ)

提出的型鋼與精軋螺紋鋼相結(jié)合的內(nèi)撐外拉平衡支架施工法，用于解決特殊地質(zhì)條件下大跨度V型墩及0號(hào)塊的施工，并采用有限元軟件對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行了建模分析，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形等均滿足規(guī)范要求。經(jīng)實(shí)橋驗(yàn)證，該方法具有精度高、變形小、用料省等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，誤差均在10%以?xún)?nèi)，證明該方法可以應(yīng)用于V型墩施工中。