高速公路高墩大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁0#塊牛腿托架法施工技術(shù)

趙發(fā)偉

摘要： 高墩大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁0#塊托架設(shè)計是連續(xù)梁施工的關(guān)鍵所在，本文詳細闡述了高墩大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁大體積0#塊牛腿托架法施工的設(shè)計思路和托架受力計算，并通過現(xiàn)場實際施工論證了牛腿托架法在高墩大跨度連續(xù)梁大體積0#塊施工的安全、經(jīng)濟、合理性。為今后大跨度高墩連續(xù)梁0#塊托架設(shè)計與施工積累了經(jīng)驗，并為同類結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考與借鑒。

Abstract： High pier long-span rigid frame continuous beam 0 # block bracket design is the key to construction of continuous beam. This article expounded the design idea and bracket stress calculation of high pier long-span rigid frame continuous beam 0 # block corbel bracket construction， and demonstrated the safety， economy and rationality of corbel bracket method in high pier large span continuous beam mass 0# block construction. This paper accumulates experience for the design and construction of large-span high pier continuous beam 0# block bracket， and provides reference for design of similar structures.

關(guān)鍵詞： 薄壁高墩；大跨度；剛構(gòu)連續(xù)梁；三角托架；有限元法

Key words： thin-wall high piers；large span；rigid frame continuous beam；triangle bracket；finite element method

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0080-05

0 引言

高墩托架法施工以簡便、輕巧、經(jīng)濟和適用等優(yōu)點被廣泛采用，但對于大跨度、大體積連續(xù)梁0#塊托架的承載能力和變形要求很高，本文借助于某高速公路**大橋大跨度高墩剛構(gòu)連續(xù)梁0#塊牛腿托架設(shè)計和計算，在保證質(zhì)量的情況下，安全、經(jīng)濟、合理的設(shè)計托架，通過計算，論證了簡便、輕巧的牛腿托架在大體積0#塊施工中的應(yīng)用，并得到了現(xiàn)場實際施工的驗證，也證明了簡易、輕巧的托架在大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁中應(yīng)用的可行性。

1 工程概況

**高速公路**大橋為雙幅：2-40m+（81+150+81）m+8-40m， 橋全長722.24m，主跨3#、4#主墩高分別為88m和73m，2#、5#邊墩高分別為52m和53m，主墩和過渡墩均采用雙薄壁空心墩，群樁基礎(chǔ)。0#塊長度13m，頂板寬11.25m，底寬6.5m，高9.2m，腹板厚90cm，底板厚120cm，頂板厚50cm，兩側(cè)翼板懸臂長237.5m，C55砼452.8m3。0#塊分兩次澆筑，第一次澆筑0～6m高度，中間停頓7天后澆筑6～9.2m高度。

2 托架設(shè)計思路

本橋0#塊托架，初步設(shè)計呈扁擔梁和挑梁式，薄壁高墩跨間預埋56b工字鋼10根（長度7m），跨外兩側(cè)懸臂部分對稱采用各8根40b工字鋼（長度3.5m），兩側(cè)共計16根，一個墩僅平臺托架需要型鋼12.711t，托架布置多，預埋間距較密，墩身主筋阻斷面積較大。如圖1所示。

后經(jīng)比較與反復思考，決定采用牛腿托架，0#塊高度9.2m，若按全高9.2m豎向荷載設(shè)計牛腿托架，勢必造成牛腿托架及平臺型鋼的投入加大，為節(jié)省鋼材，因此考慮0#塊擬按高度分兩次澆筑施工，第一次施工高度0～6.0m，第二次施工高度6.0～9.2m，因此托架設(shè)計荷載按第一次施工高度取值（含內(nèi)外模板及型鋼托架自重），第二次澆筑利用已澆筑的砼結(jié)構(gòu)做支撐體系，不考慮托架再參與第二次澆筑高度的受力。

3 0#塊托架布置

主墩跨間和跨外均布設(shè)4榀單25b工字鋼牛腿，主墩側(cè)向也對稱布置4榀單牛腿。具體為：在主墩上縱向擺放4根長度15m（4.5m+6m+4.5m兩段鋼板焊接）的40b通長工字鋼，中心距依次為165cm、280cm、165cm，分縱向跨間托架和縱向外側(cè)托架；下設(shè)25b工字鋼斜撐，橫向在40b工字鋼上擺放25b工字鋼分配梁，間距60cm，分配梁上布設(shè)15×15cm方木，間距90cm（腹板下25cm），其上布設(shè)10×10cm方木，間距25cm，最上鋪設(shè)18mm厚竹膠板做底模；高墩側(cè)面兩側(cè)預埋鋼板，焊接25b工字鋼牛腿，牛腿外伸長度2m，斜撐長度2.121m，上面兩側(cè)各擺放1根15m長40b工字鋼和2根3m短工字鋼作為翼板和作業(yè)過道荷載支撐。（托架結(jié)構(gòu)及平臺見圖2）

4 0#塊托架受力計算

4.1 荷載 ①翼板區(qū)：P1=（0.2+0.5）×26=9.1kPa；②箱室區(qū)：P2=1.2×26=31.2 kPa；③腹板區(qū)：P3=6×26=156kPa；④內(nèi)模及支撐：P4=2.0 kPa；⑤外模及支撐：P5 =2.5kPa；⑥膠合板：P6=0.018×10kN/m3=0.2 kPa；⑦10×10cm方木：P7=0.4 kPa；⑧15×15cm方木：P8=0.54 kPa；⑨翼板輪扣支架：P9=1.5 kPa；⑩砼施工傾倒荷載：P10=2.0 kPa；？輥？輯？訛砼施工振搗荷載：P11=2.0 kPa；？輥？輰？訛施工機具人員荷載：P12=2.5 kPa；？輥？輱？訛風載：P13=0.4 kPa。

4.2 牛腿及平臺強度和剛度檢算

4.2.1 25b工字鋼分配梁 按一根跨間25b工字鋼計算，長度12m，工字鋼下為40b工字鋼牛腿，牛腿排布間距為：2.2m、1.65m、2.8m、1.65m、2.2m，所受線荷載計算如下：（考慮倒角、側(cè)模、脹模等因素腹板兩側(cè)荷載增加5cm）

q1=27.2×0.6+0.42=16.7kN/m L=2.7m；

q2=219.1×0.6+0.42=131.9kN/m L=1.0m；

q3=55.5×0.6+0.42=33.7kN/m L=4.6m。

25b工字鋼力學特征如下：

慣性矩：I=5278×104mm4；抵抗矩：W=422.2×103mm3；

截面積：A=5351mm2；面積矩：S=246300mm3；

單位重量：42kg/m b=10mm。

采用SAP2000 V15結(jié)構(gòu)計算軟件進行分析計算，計算簡圖和計算結(jié)果如下：

①支反力（kN）如圖5。

②剪力圖（kN）如圖6。

③彎矩圖（kN-m）如圖7。

④最大應(yīng)力圖（KPa）如圖8。

⑤最大撓度（m）如圖9。

根據(jù)以上輸出結(jié)果，25b工字鋼分配梁受力滿足！

4.2.2 跨間托架計算 跨間托架縱梁采用40b工字鋼，牛腿采用25b工字鋼，按最大支反力130.4kN計算。（圖10）

①支反力（kN）如圖11。

②軸力圖（kN）如圖12。

③剪力圖（kN）如圖13。

④彎矩圖（kN-m）如圖14。

⑤最大應(yīng)力圖（kPa）如圖15。

⑥最大撓度（m）如圖16。

根據(jù)以上結(jié)果，跨間托架40b工字鋼和25b工字鋼牛腿受力滿足！

4.2.3 牛腿根部20b工字鋼 墩身牛腿根部預留20×20.5cm孔洞，穿2根20b工字鋼，工字鋼長4.5m，牛腿焊接在雙20b工字鋼上，20b工字鋼慣性矩I=2502cm4，面積矩S=146100mm3，按抗剪計算：τ■=■=■

=102.3MPa？燮[τ]=120MPa（可）

4.2.4 縱向外側(cè)托架計算 外側(cè)托架40b工字鋼伸出墩身外200cm，斜撐采用25b工字鋼，長212.1cm，與40b工字鋼夾角45°，受力如圖17。

①支反力（KN）如圖18。

②軸力圖（kN）如圖19。

③剪力圖（kN）如圖20。

④彎矩圖（kN-m）如圖21。

⑤最大應(yīng)力圖（kPa）如圖22。

故縱向外側(cè)托架受力完全滿足！

4.2.5 翼板下通長40b工字鋼計算 翼板下最外側(cè)40b工字鋼靠墩兩側(cè)4榀牛腿支撐，工字鋼通長15m，擺放距墩側(cè)壁1.5m，承受翼板、模型及作業(yè)過道荷載，根據(jù)25b工字鋼分配梁支反力計算結(jié)果，承擔每根25b工字鋼分配梁傳遞的集中荷載N=28.37kN，集中荷載間距60cm，轉(zhuǎn)換線荷載為：q=28.4kN×22根/13m+0.74kN/m=48.8kN/m，計算簡圖（圖23）及計算結(jié)果如下：40b工字鋼力學特征如下：慣性矩：I=22781×104mm4；抵抗矩：W=1139×103mm3；截面積：A=9411.2mm2；面積矩：S=671200mm3；單位重量：73.88kg/m b=12.5mm。

①支反力如圖24。

②剪力圖，如圖25。

τ■=■=■

=33.4MPa？燮[τ]=120MPa（可）

③彎矩圖，如圖26。

④最大應(yīng)力：σ■=■=■

=96.1MPa<[σ]=210MPa（可）

⑤最大撓度，如圖27。

最大撓度：ω■=5.3mm？燮■=14.5mm（可）

4.2.6 側(cè)向牛腿計算 翼板下墩壁側(cè)向牛腿25b工字鋼伸出墩身外200cm，斜撐采用25b工字鋼，長212.1cm，與水平工字鋼夾角45°，上面擺放2根40b工字鋼，外側(cè)按上面通長15m40b工字鋼最大支反力N1=223.19kN計算，內(nèi)側(cè)3m短工字鋼受力按翼板區(qū)27.2 kPa計算，N2=27.2×0.6×1=16.3kN，計算簡圖及計算結(jié)果如下：

①支反力（kN），如圖29。

②剪力圖（kN），如圖30。

③軸力圖（kN），如圖31。

④彎矩圖，如圖32。

⑤最大應(yīng)力：如圖33。

⑥最大撓度，如圖34。

5 施工控制要點

①托架施工中，應(yīng)注意嚴格定位預埋件，減小或消除安裝應(yīng)力對托架的影響。②對牛腿及每一桿件的焊縫長度進行計算，并對現(xiàn)場焊接質(zhì)量逐一進行細致檢查和嚴格控制，保證托架加工尺寸和加工質(zhì)量。③托架安裝后要進行荷載試驗，對托架的受力和變形進行觀測，同時也要對每一焊縫進行逐一檢查，是否有開裂現(xiàn)象，確保整個托架受力安全。④第一次澆筑在高度6m處形成的施工縫必須保持水平，在第二次澆筑前要清理表面浮漿、鑿毛、并將砼表面沖洗干凈。

6 問題和思考

以往托架設(shè)計是按0#塊最大豎向分布荷載進行設(shè)計和計算，如果對于大體積0#塊的托架仍按常規(guī)最大豎向分布荷載進行設(shè)計，勢必造成鋼材的投入加大，浪費很多；通過該橋4#墩已完0#塊施工證明，在大跨度剛構(gòu)連續(xù)梁的大體積0#塊施工中，三角托架按第一次澆筑高度荷載設(shè)計是完全可行的，即經(jīng)濟又安全。

值得思考的是：通過該橋0#塊施工，4#高墩一個0#塊澆筑到6m高度，澆筑C55砼260m3，用了15個小時，間隔7天，底層砼強度達已到了90%，已形成結(jié)構(gòu)受力支撐體系；第二次澆筑6～9.2m高度，澆筑C55砼192m3，用了7個小時，高墩澆筑時間較長，托架設(shè)計還偏于保守。在今后的類似結(jié)構(gòu)施工中，對于百米高墩托架設(shè)計可按0#塊半高豎向荷載取值設(shè)計，對于較低的高墩（30～60m高墩）荷載可按0#塊高度最大豎向分布荷載的三分之二取值設(shè)計是較為經(jīng)濟、合理的。

參考文獻：

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