連續(xù)梁0號節(jié)段三角托架設(shè)計

魏 強(qiáng)

(中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概況

新建準(zhǔn)朔鐵路下土寨跨引黃干渠特大橋橋長1 325.03 m，其中心里程為DK67+887.42。大橋跨越偏關(guān)河及引黃干渠，該橋跨越引黃干渠部分為連續(xù)梁，其主跨28號，29號墩采用圓端形實體橋墩，墩身橫橋、縱橋向均變坡，坡比為50∶1，墩身高均為25m，其承臺厚度為3.50 m，分兩層布置即2.50 m+1.00 m，基礎(chǔ)采用12根直徑為1.25 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)采用(40+64+40)m的變截面連續(xù)箱梁形式。箱梁采用單箱單室截面，箱梁頂板寬7.20m，厚度0.32 m，底板寬3.80 m(0號節(jié)段4 m箱長處為4.80 m)，按二次拋物線y=800x/5 1502m變化，厚度由0.70m漸變至0.40 m，腹板厚度由0.80 m 漸變至0.60 m。

2 設(shè)計

2.1 托架

0號現(xiàn)澆段的施工方法為:1)搭設(shè)碗口式支架;2)安裝托架。由于該懸臂連續(xù)梁0號段設(shè)計長度為9 m，墩高25 m。搭設(shè)碗口式腳手架，涉及到地基處理、搭設(shè)和拆除比較麻煩;采用萬能桿件、貝雷桁架、六四軍用桁架搭設(shè)托架，所需材料不方便。因此從工期、經(jīng)濟(jì)方便等因素，連續(xù)梁0號節(jié)段采用三角托架，三角托架具有受力明確、便于運輸安裝等優(yōu)點，三角托架采用型鋼焊接而成，桿件截面為［28b雙槽鋼，雙槽鋼用綴板連接，材料為普通A3鋼。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，三角托架施工示意圖見圖2。

圖1 三角托架結(jié)構(gòu)尺寸圖

2.2 預(yù)埋件

預(yù)埋件由型鋼牛腿及精軋螺紋鋼組成，其作用是將托架承受的施工荷載傳遞到墩身，是整個承重結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。經(jīng)受力分析可知，三角托架承受的施工荷載包括水平力和豎向力。豎向力主要由型鋼牛腿承擔(dān)，水平力靠精軋螺紋鋼預(yù)施加的壓力承擔(dān)。

型鋼牛腿先在加工場制作好，在墩身混凝土澆筑時，測定出預(yù)埋牛腿的位置，預(yù)埋在墩身混凝土中。每個牛腿采用2根28b的工字鋼，預(yù)埋長度185 cm，外露35 cm。

墩身混凝土澆筑前，還需沿橋向埋置4根φ40 mm的PVC管，以便對穿精軋螺紋鋼。待三角托架安裝完畢后，應(yīng)對PSB930精軋螺紋鋼進(jìn)行張拉，以此來抵消三角托架承受的水平力。

2.3 分擔(dān)梁

分擔(dān)梁是以分配荷載為目的，為保證各片托架均勻受力，分擔(dān)梁要求具有較大的剛度，本設(shè)計采用4根32b工字鋼(間距0.675 m)作為分擔(dān)梁。

2.4 底模支架

根據(jù)0號節(jié)段箱梁底部線位高程設(shè)置底模支架，支架利用Ⅰ10工字鋼焊接而成(間距0.4 m)，并設(shè)置8個砂桶，以調(diào)整高程和方便拆除模板及支架。

3 結(jié)構(gòu)受力分析與計算

3.1 荷載分析

托架是承擔(dān)0號節(jié)段支架、模板、混凝土和施工荷載的重要受力構(gòu)件，其荷載有:混凝土自重、模板支架重量、人群機(jī)具重量、風(fēng)荷載、沖擊荷載等。由設(shè)計圖紙可知0號節(jié)段橫橋向(即底板寬度)全部作用在墩身上，縱橋向除墩身上連續(xù)梁由墩身承擔(dān)外，其余每側(cè)2.7 m長度的連續(xù)梁作用在托架上。每側(cè)三角托架上共布置的4根分擔(dān)梁主要承受墩身外側(cè)2.7 m的連續(xù)梁重量。

0號節(jié)段施工的荷載(橋墩一側(cè)荷載):混凝土重G1=90.72 t。模板自重G2=(5.8 ×2.7 ×2+3.8 ×2.7)×0.8=3.3 t(模板自重按0.8 kN/m2)。其他施工附加荷載:施工人員、機(jī)具荷載取:2.5 kN/m2?；炷翛_擊荷載取:2.0 kN/m2。G3=(2.5+2)×7.2×2.7=8.7 t。不可預(yù)計荷載取恒載的 0.2 倍。G4=(G1+G2)×20%=18.8 t。共重 G=(G1+G2+G3+G4)=121.52 t。橋墩每側(cè)共2片三角托架，每片受力約62 t。

3.2 受力計算

1)三角托架受力計算。

根據(jù)托架尺寸建立計算模型如圖3所示。根據(jù)對稱性，模型僅考慮了單片托架。因三角托架受力復(fù)雜，計算采用ANSYS軟件，因為各個桿件之間用節(jié)點板焊接連接，單元類型采用Beam189。

圖2 三角托架施工示意圖

圖3 托架計算模型圖

通過ANSYS軟件計算可知:三角托架最大豎向位移為3.0 mm，最大拉應(yīng)力為121 MPa，最大壓應(yīng)力發(fā)生在長斜桿上，為91.5 MPa。發(fā)生最大壓應(yīng)力的桿計算長度為1.85 m，截面為雙槽28b，穩(wěn)定也沒有問題。三角架與橋墩上連接點的水平拉力為48 t，豎向反力為18 t，下連接點豎向反力為48 t。

2)支架受力計算。

Ⅰ10 工字鋼的力學(xué)性能:ix=0.041 4m，iy=0.015 2 m，Wm=0.000 049 m3，A=0.001 43 cm2。

三角支架橫向間距為 0.4 m，q1=5 ×0.4 ×26+4.5 ×0.4=53.8 kN/m。

跨中彎矩 M=q1×L2/8=3.06 kN·m(L=0.675 m)。

支點剪力:

3)分擔(dān)梁計算。

32b 工字鋼的力學(xué)性能:ix=0.125 8 m，iy=0.026 41 m，Wm=0.000 726 33 cm3，A=0.007 345 m2。

分擔(dān)梁縱向間距為0.675 m。

分擔(dān)梁荷載分布圖見圖4。

圖4 分擔(dān)梁荷載分布圖

彎矩 M=35.7 kN·m。M/W=49.2 MPa＜［σ］=145 MPa。分擔(dān)梁彎矩圖見圖5。

圖5 分擔(dān)梁彎矩圖

支點剪力:

分擔(dān)梁剪力圖見圖6。

4)牛腿計算。

豎向力V=62 t。牛腿截面積A=61.05×2=122 cm2。

因此預(yù)埋件強(qiáng)度滿足要求。

5)混凝土局部抗壓驗算按下式計算:

圖6 分擔(dān)梁剪力圖

其中，V為豎向力;Fa為型鋼端部由預(yù)制混凝土梁傳來的下部水平力;L為型鋼埋入混凝土柱中的長度;H為型鋼截面的高度;a為剪跨;b為型鋼截面的寬度;fc為混凝土抗壓強(qiáng)度;η為折減系數(shù)，η實際上在數(shù)值上就是柱子的軸壓比，其范圍為0.3～0.5，并考慮高軸壓比時的柱箍筋對核心混凝土約束的加強(qiáng)作用，可取η=0.3進(jìn)行計算。當(dāng)η＞0.3時按0.3取用。

4 托架安裝

在墩身施工時根據(jù)計算好的高度、間距，準(zhǔn)確的預(yù)埋精軋螺紋鋼和型鋼牛腿。墩身施工完畢后吊裝托架，吊裝時用吊車的大鉤和小鉤同時起吊保持托架的水平，并緩緩對準(zhǔn)預(yù)埋精軋螺紋鋼，入孔后上上墊片、擰上螺母，用鋼絲繩臨時固定托架，再按同樣步驟安裝對側(cè)托架。安裝完畢后為了減小托架的彈性形變，根據(jù)托架受水平力、計算游標(biāo)讀數(shù)對精軋螺紋鋼進(jìn)行張拉，為了提高托架的穩(wěn)定性和剛度用Ⅰ16托架進(jìn)行橫向連接，在尾部和斜面上連接。在安放分擔(dān)梁前測量托架頂面標(biāo)高，從而確定砂桶高度(砂桶高度比設(shè)計高8 mm)。先安放砂桶，再安放分擔(dān)梁，分擔(dān)梁安放后用φ16制作成的門形把分擔(dān)梁固定在托架上。在分擔(dān)梁上鋪設(shè)楔形三腳架再鋪設(shè)底模。

5 結(jié)語

本文所設(shè)計的三角托架已成功用于工程實際，在經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)于用諸如貝雷梁或萬能桿件拼裝的托架節(jié)省材料，節(jié)省了成本投入。在施工周期方面，從支架搭設(shè)至0號節(jié)段澆筑結(jié)束，施工周期較其他施工方法提前7 d～10 d，因此具有一定的借鑒、推廣意義。

［1］TB 10203-2002，鐵路橋涵施工規(guī)范［S］.

［2］TB 10002.1-99，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.

［3］吳德安.混凝土結(jié)構(gòu)計算手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］王 偉.鋼結(jié)構(gòu)工程必備數(shù)據(jù)一本全書［M］.北京:地震出版社，2007:5.

［5］張 杰，郭文華.淺析薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)橋的穩(wěn)定性［J］.山西建筑，2006，32(1):81-82.

［6］陳偉利，吳銀利，王慧東.鋼筋混凝土剛構(gòu)橋的設(shè)計體會［J］.山西建筑，2006，32(2):55-56.

［7］史志臣.205省道特大橋連續(xù)梁直線段托架施工技術(shù)［J］.山西建筑，2012，38(5):183-185.