連續(xù)梁0號(hào)塊三角托架施工技術(shù)

劉印成

摘要 文章介紹了0號(hào)塊托架設(shè)計(jì)的背景和意義，闡述了托架預(yù)埋件布置情況、檢算依據(jù)及參數(shù)、托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載計(jì)算等驗(yàn)算過(guò)程，檢算了托架橫梁、水平拉桿、斜支撐桿以及錨固結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的安全性，論述了托架及預(yù)埋件的安裝和托架預(yù)壓的過(guò)程，并對(duì)該研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞 高墩；三角托架；連續(xù)梁

中圖分類號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）10-0066-03

0 引言

隨著現(xiàn)代交通建設(shè)的快速發(fā)展，連續(xù)梁橋作為一種重要的橋梁結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用于道路、鐵路等交通領(lǐng)域。連續(xù)梁的穩(wěn)定性和安全性在很大程度上依賴于托架的設(shè)計(jì)和施工[1]。采用三角托架作為0號(hào)塊底模支撐進(jìn)行施工，具有施工難度降低、操作簡(jiǎn)捷、不必對(duì)支架進(jìn)行基礎(chǔ)處理節(jié)約了成本、不用進(jìn)行支架鋼管焊接高空作業(yè)安全可靠等優(yōu)勢(shì)[2]。該文針對(duì)某連續(xù)梁0號(hào)塊的托架設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行研究和探討，旨在提高托架設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量和效率，保障連續(xù)梁橋的安全運(yùn)行。

1 工程概況

永定河大橋跨越縣道X606、永定河和龍興路，橋跨布置為（68+125+68）m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)連續(xù)箱梁，全橋長(zhǎng)261 m。剛構(gòu)連續(xù)箱梁段位于曲線上，曲線半徑R=1 250，橋梁寬13.2 m。左幅7#墩位于永定河與龍興路之間，小里程側(cè)距離永定河堤岸4 m，大里程側(cè)距離龍興路6 m，兩側(cè)地面高差較大約5 m。周邊地形條件復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小。左幅7#墩總高度79.8 m。左幅7#墩0號(hào)塊單側(cè)懸臂段長(zhǎng)度為3.5 m，混凝土方量約100 m?，總重量約240 t。周邊地形復(fù)雜，且場(chǎng)地狹小，無(wú)操作空間，另外墩柱較高，無(wú)法進(jìn)行支架搭設(shè)，施工作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)比較，支架法對(duì)場(chǎng)地要求不高，且操作簡(jiǎn)單、高效、安全，無(wú)較多的高空吊裝作業(yè)，工期時(shí)間短，因此研究決定在永定河大橋左幅7#墩0號(hào)塊采用三角托架法現(xiàn)澆施工[3]。

2 0號(hào)塊托架設(shè)計(jì)

0#段采用三角托架作為懸臂段支承體系，外模采用桁架式鋼模，內(nèi)模采用竹膠板+方木+鋼管架，斜坡段底模設(shè)桁架、橫梁、砂箱支承。

布置說(shuō)明：順橋向采用組合構(gòu)件的三角托架，單側(cè)3片，托架上安裝砂箱，砂箱上安裝橫梁，橫梁上安裝梯形桁架，桁架上安裝底模。橫橋向預(yù)埋40工字鋼，單側(cè)一片，工字鋼頂面與橫梁齊平，上面擺放28工字鋼支承外模。0#段懸臂部分長(zhǎng)度3.5 m，重量240 t。在外模側(cè)安裝安全通道。三角托架間采用[10槽鋼交叉設(shè)置剪刀撐。托架上安裝砂箱，砂箱上安裝2I40a橫梁，橫梁上安裝梯形桁架，桁架上安裝掛籃底模[4]。

3 托架驗(yàn)算

3.1 預(yù)埋件布置情況

0#節(jié)段共布置5肢托架，間距（55+275+275+55）cm。托架支撐端采用鉸座以Φ32精軋螺紋鋼對(duì)拉固定。每肢托架錨固系統(tǒng)穿過(guò)孔由10根?60鋼管通長(zhǎng)預(yù)埋在墩內(nèi)。

3.2 計(jì)算托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載

3.2.1 計(jì)算箱梁結(jié)構(gòu)橫斷面面積

各個(gè)橫斷面計(jì)算面積：H-H=33.8 m2；G-G=22.9 m2。

3.2.2 計(jì)算支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載

（1）H-H截面：

①結(jié)構(gòu)恒載：g1=（H-H）×rc=879 kN/m；

②支架重量：g2=15%g1=132 kN/m（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按結(jié)構(gòu)恒載15%估算）；

③模板重量：g3=3.0×B=40 kN/m（B——橋面寬，取13.2 m）；

④活載：g4=1.0×B=13 kN/m；

⑤荷載組合：q1=1.2（g1+g2+g3）+1.4g4=1 279 kN/m。

與結(jié)構(gòu)恒載比值：1.46。

（2）G-G截面：

①結(jié)構(gòu)恒載：g1=（G-G）×rc=595 kN/m；

②支架重量：g2=15%g1=89 kN/m；

③模板重量：g3=3.0×B=40 kN/m；

④活載：g4=1.0×B=13 kN/m；

⑤荷載組合：q2=1.2（g1+g2+g3）+1.4g4=887 kN/m。

與結(jié)構(gòu)恒載比值：1.49。

3.2.3 結(jié)構(gòu)荷載模型

根據(jù)托架設(shè)計(jì)圖，橋梁縱向荷載模型如圖1所示。

3.2.4 求支座反力及彎矩

以圖1荷載為基準(zhǔn)，根據(jù)靜力計(jì)算公式計(jì)算各點(diǎn)支反力及彎矩如下：

梯形荷載的幾何重心計(jì)算如下：

則=1 781 kN；

=2 010 kN。

根據(jù)以上計(jì)算可知，托架在0#節(jié)段根部（H-H斷面）承擔(dān)的總荷載為2 010 kN，懸臂端（G-G斷面）承擔(dān)的總荷載為1 781 kN。

3.3 托架結(jié)構(gòu)安全性檢算

3.3.1 橫梁

（1）橫梁內(nèi)力。上部荷載通過(guò)0#節(jié)段根部及懸臂端向托架傳遞，根據(jù)0#節(jié)段根部和懸臂端受載值，采用力法分別計(jì)算0#節(jié)段根部。

取消腹板內(nèi)側(cè)2個(gè)支點(diǎn)后，H-H斷面最大彎矩Mmax=214 kN·m，最大剪力Tmax=521 kN，最大支反力Rmax=727 kN；G-G斷面最大彎矩Mmax=165 kN·m，最大剪力Tmax=476 kN，最大支反力Rmax=741 kN。

（2）橫梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。主梁最大彎矩Mmax=165 kN·m，最大剪力Tmax=366 kN。

橫梁采用2I32a工字鋼組合梁，其幾何特征指標(biāo)如下：

橫截面積A=67 cm2；

豎向慣性矩Ix=11 080 cm4；

Ix/Sx=27.5 cm；

d=9.5 mm。

設(shè)計(jì)強(qiáng)度控制值[ f ]=215 MPa，剪應(yīng)力[ fv ]=125 MPa。

單根I32a工字鋼的最大彎曲應(yīng)力=

119 MPa＜[ f ]=215 MPa；最大剪應(yīng)力=70 MPa＜[ fv ]=125 MPa，均滿足要求。

橫梁正彎矩小于負(fù)彎矩，故檢算懸臂下?lián)隙取冶蹚澗豈max=165 kN·m，擾度檢算值=138 kN·m，懸臂長(zhǎng)（翼緣板支撐范圍）L≈1.75 m。假設(shè)支點(diǎn)間作用一q=1的單位荷載，其最大撓度為=0.026 mm；單位荷載下的最大彎矩為=1.5 kN·m；由位移相似比例關(guān)系求得=2.4 mm，等于允許擾度L/400=4.4 mm，滿足要求。

3.3.2 水平拉桿

托架在G-G斷面承擔(dān)的最大豎向荷載R=621 kN。斜支撐桿與水平拉桿的夾角θ=47.6°，則其承擔(dān)的水平荷載R'=621 kN/tgθ=567 kN。

水平拉桿采用2[32a槽鋼組焊而成，組焊件的總橫截面積ΣA=2A=98 cm2。拉桿允許承拉力P=A[ f ]=

2 107 kN，大于分擔(dān)荷載R'=567 kN，滿足要求。

3.3.3 斜支撐桿

斜支撐桿承擔(dān)的軸向荷載R'=621 kN/sinθ=841 kN。

斜支撐桿采用2[32a槽鋼組焊件。[32a槽鋼的幾何特征指標(biāo)如下：

橫截面積：A=49 cm2；

豎向慣性矩：Ix=7 598 cm4；

Ix/Sx=27.4 cm；

d=8 mm；

回轉(zhuǎn)半徑i=12.5 cm。

從設(shè)計(jì)圖可知，2[32a槽鋼組焊件的寬度大于槽鋼高度，則豎向即為弱軸，其在弱軸方向的幾何特征為：橫截面積ΣA=98 cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=12.5 cm。暫不考慮設(shè)計(jì)圖中利用斜桿在斜支撐桿中部約束，受壓長(zhǎng)度按斜支撐桿鉸點(diǎn)距離l=4.344 m計(jì)，受壓長(zhǎng)細(xì)比λ=35，屬于短壓桿，穩(wěn)定系數(shù)為ψ=0.918。斜支撐桿允許承壓力P=φΣA[ f ]=

1 934 kN，大于分擔(dān)荷載R=841 kN，滿足要求。

3.3.4 橫聯(lián)結(jié)構(gòu)

為保證支撐結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，在三角托架頂端水平拉桿間設(shè)置[14a槽鋼水平穩(wěn)定支撐，并布設(shè)∟75×8角鋼剪刀撐。橫聯(lián)支撐力=14 kN。[14a槽鋼的截面幾何特征為橫截面積A=18.5 cm2，最小橫截面慣性矩Iy=53 cm4，最小回轉(zhuǎn)半徑iy=1.7 cm。托架最大間距275 cm，受壓長(zhǎng)細(xì)比λ=162，屬長(zhǎng)壓桿，穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.273。采用歐拉公式計(jì)算其允許承受壓力=39 kN，大于計(jì)算荷載Fbm=14 kN，滿足要求。

3.3.5 節(jié)點(diǎn)

三角托架的節(jié)點(diǎn)連接采用銷軸結(jié)構(gòu)。鉸座板的耳板采用雙肢t1=25 mm厚鋼板，斜支撐桿[32a拉桿耳板（雙肢）貼焊16 mm厚鋼板，計(jì)算厚度t2=24 mm，材質(zhì)均為Q235；軸銷采用直徑d=70 mm鋼軸，材質(zhì)45號(hào)鋼。托架上的最大軸向壓力P=841 kN。各單肢耳板承受單剪，承擔(dān)的最大荷載N=421 kN。

軸銷承壓強(qiáng)度=251 MPa，根據(jù)GB/T699—2015，45號(hào)鋼熱處理后的抗拉強(qiáng)度為600 MPa，屈服強(qiáng)度為355 MPa，滿足要求。

軸銷抗剪強(qiáng)度=109 MPa，滿足要求。

軸銷單剪狀態(tài)彎矩=3.1 kN·m，其抗彎強(qiáng)度=59 MPa，滿足要求。

軸銷在彎剪狀態(tài)的組合強(qiáng)度=0.5≤1.0，滿足要求。

上鉸座板耳板滿足的構(gòu)造要求，下銷孔與根部距離較大，僅計(jì)算孔壁承壓。單肢耳板孔壁承壓應(yīng)力=234 MPa，采用Q235鋼，端面承壓強(qiáng)度f(wàn)ce=320 Mpa，滿足要求。

上鉸座板焊縫承擔(dān)拉力和剪切荷載的共同作用，下鉸座板主要承擔(dān)剪切荷載，每個(gè)鉸座板偏保守取值N=841 kN計(jì)算。

鉸座板的底板與耳板采用全熔透焊，焊縫厚度即為耳板厚度t=25 mm，計(jì)算單肢耳板最小焊縫長(zhǎng)度=105 mm，實(shí)際施工450 mm。注：焊縫強(qiáng)度f(wàn)fw偏保守取值160 MPa。

3.3.6 錨固結(jié)構(gòu)

鉸座板與墩身的預(yù)埋精軋螺紋鋼筋錨固牢固，鉸座板與墩身上的連接錨固采用5根Φ32 mm、與連續(xù)梁施工同材料的強(qiáng)度785 Mpa的精軋螺紋鋼筋錨固。

上、下鉸座板承擔(dān)的最大水平拉力F=567 kN，最大豎向荷載R=621 kN。5根Φ32 mm精軋螺紋鋼的抗拉能力[F]=nfA=3 155 kN，遠(yuǎn)大于水平拉力567 kN，滿足要求。

抗剪依靠預(yù)留槽處混凝土抵抗，預(yù)留槽深度7 cm，寬度49 cm，則其抗剪面積A=343 cm2，對(duì)混凝土的壓應(yīng)力=18 MPa，小于C40混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（23 MPa），滿足要求。

4 0#段托架安裝、預(yù)壓

4.1 托架及預(yù)埋件安裝

（1）托架安裝按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，標(biāo)高按設(shè)計(jì)要求計(jì)算和驗(yàn)證，避免出錯(cuò)，經(jīng)檢查合格方可預(yù)壓。

（2）0#段預(yù)埋件、預(yù)留孔較多，如腹板通風(fēng)孔、頂板預(yù)埋件、掛籃吊桿孔等。

（3）預(yù)埋件、預(yù)留孔位置應(yīng)相對(duì)正確，腹板通風(fēng)孔與縱向預(yù)應(yīng)力孔道干擾時(shí)可移動(dòng)。

4.2 托架預(yù)壓

在主墩承臺(tái)和基座上分別預(yù)埋PSB830-M32精軋螺紋鋼筋，利用張拉千斤頂及反力梁對(duì)拉方式預(yù)壓[5]。預(yù)壓荷載為2 400 kN（單側(cè)），墩兩側(cè)托架單片對(duì)稱加載。預(yù)壓采用70 t千斤頂對(duì)墩柱兩側(cè)托架進(jìn)行分級(jí)加載[6]。

托架預(yù)壓前，安裝上錨固裝置，在托架上安裝下墊梁形成扁擔(dān)梁（雙拼I40的工字鋼），兩側(cè)預(yù)留孔中穿入一定根數(shù)的鋼絞線（通過(guò)計(jì)算得知），兩側(cè)對(duì)稱布置，中間設(shè)置千斤頂，千斤頂上再設(shè)置上墊梁，兩個(gè)墊梁上均通過(guò)錨具與夾片將鋼絞線固定。在澆筑承臺(tái)混凝土?xí)r，應(yīng)提前考慮在承臺(tái)內(nèi)按照托架對(duì)應(yīng)位置預(yù)埋Φ32精軋螺紋鋼，預(yù)埋深度3 m，預(yù)留長(zhǎng)度1.5 m。承臺(tái)預(yù)埋部位采用鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以確保千斤頂張拉時(shí)能夠獲得足夠的反力，同時(shí)防止張拉時(shí)對(duì)承臺(tái)造成損壞。托架預(yù)壓前，準(zhǔn)備雙拼I40的工字鋼作為下錨固裝置的扁擔(dān)梁。

設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)出預(yù)壓前的豎向和橫向位移H0和P0。在預(yù)壓過(guò)程中，采用托架兩側(cè)對(duì)稱加載，當(dāng)加載到預(yù)壓荷載的30%后，靜停5 min，檢查并觀測(cè)托架的變形情況，測(cè)出觀測(cè)點(diǎn)的豎向和橫向位移H1和P1；當(dāng)加載到預(yù)壓荷載的60%后，靜停5 min，檢查并觀測(cè)托架的變形情況，測(cè)出觀測(cè)點(diǎn)的豎向和橫向位移H2和P2；當(dāng)加載到預(yù)壓荷載的100%后，靜停5 min，檢查并觀測(cè)托架的變形情況，測(cè)出觀測(cè)點(diǎn)的豎向和橫向位移H3和P3，維持荷載30 min，觀測(cè)托架觀測(cè)點(diǎn)的豎向和橫向位移H4和P4后，開(kāi)始分級(jí)卸載并逐級(jí)觀測(cè)彈性形變值。每次沉降不超過(guò)2 mm，方可認(rèn)為托架預(yù)壓達(dá)到穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)永定河大橋左幅7#墩0號(hào)塊三角托架的施工的成功應(yīng)用，充分地體現(xiàn)了在地形條件復(fù)雜的高墩連續(xù)梁0號(hào)塊施工中，選擇使用三角托架的優(yōu)越性，操作簡(jiǎn)單、靈活、方便、安全可靠，縮短了施工時(shí)間，加快了施工進(jìn)度。

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