高墩懸澆箱梁橋0號塊支架施工新工藝

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(1.湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南 長沙 410004；2.長沙市公路橋梁建設有限責任公司，湖南 長沙 410205)

預應力砼連續(xù)梁橋中，箱梁0號塊施工常采用落地支架或預埋托架的施工方法[1]。預埋托架中又以三角托架較為常見，如宜賓柏溪金沙江大橋 0號塊施工采用了三角托架[2]，但其具有構(gòu)造復雜、成本較高等缺點[3]，在一些墩柱較高、搭設鋼管落地支架或托架成本較高，或墩柱為花瓶型，不適宜采用預埋托架的施工方案時，懸挑托架成為一種有效的施工方法[4]。懸挑托架施工方法在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中已應用非常廣泛[5]，在預應力砼連續(xù)箱梁的0號塊懸澆中也有應用，仝有榮[6]介紹了重慶魚洞長江大橋采用的大剛度型鋼焊組件托架的特點和施工方法，其實質(zhì)是大型型鋼直接貫穿雙肢墩身從而增大其剛度，其自身的水平梁可以作為牛腿安裝的工作平臺兼作后期掛籃安裝的工作平臺，市場容易購置加工，組裝操作較為方便。

本項目結(jié)合工程實際和結(jié)構(gòu)形式特點，充分利用墩柱頂和箱梁底之間的間隙，直接在墩頂搭設型鋼支架作為0號塊的懸挑支架。

1 工程概述

某預應力懸澆箱梁主墩0號塊設計為單箱三室斷面，長度為9.0 m、高6.0 m、頂寬29.5 m，底寬15.67 m，頂板厚度30 cm，底板厚90 cm，邊腹板為斜腹板，厚90 cm，中腹板厚65 cm。0號梁段中腹板之間為實體混凝土，其頂面為索塔。0號梁段設1道中橫梁，厚250 cm，橫梁下設4個支座，砼方量為667 m3/墩。墩柱高30 m左右，為花瓶式橋墩，墩頂與箱梁同寬，見圖1。

圖1 橋墩一般構(gòu)造圖(單位：cm)

2 總體施工方案

因主墩箱梁下設有4個支座，支座與支座墊石高度為100 cm，為考慮經(jīng)濟效益性及加快施工進度，直接利用墩柱與箱梁之間的空間搭設支架的方案。

3 施工工藝

1)在墩頂預埋鋼板，焊接卸模墊塊，墊塊主要起到調(diào)節(jié)標高和卸模的作用[7]。

2)在墊塊上放置I36b工字鋼縱梁，共設置5排，其中除邊上2排外，在工字鋼縱梁下均設置牛腿斜撐，減少工字鋼縱梁的受力。

3)工字鋼縱梁上放I45b工字鋼橫梁，橫梁上再放[10槽鋼底模骨架。

4)翼側(cè)模骨架的搭設。

翼緣側(cè)模采用骨架進行支撐，骨架利用[10槽鋼和[20槽鋼制作而成，在工字鋼橫梁放放置3排2I36b工字鋼，骨架支撐在I45b工字鋼橫梁上。

具體方案見圖2。

圖2 0號塊支架方案圖(單位：cm)

4 受力計算

支架結(jié)構(gòu)從上自下依次為：6 mm鋼模板→10槽鋼→I45b工字鋼橫梁→I36b工字鋼縱梁→卸模墊塊，支架布置如圖3、圖4所示。

4.1 支架有限元整體建模

在進行結(jié)構(gòu)計算分析時，直接對現(xiàn)澆支架進行有限元分析[8]。以順橋向里程增大方向為Y軸正向，豎直向上為Z軸正向，X軸正向按照右手規(guī)則確定，工字鋼縱梁、工字鋼橫梁等采用梁單元模擬，模型建立時，2根工字鋼、4根工字鋼等組合構(gòu)件簡化成同等抗彎系數(shù)的單根工字鋼模型(偏安全考慮)，鋼模板和分配梁采用帶肋板單元模擬，工字鋼橫梁與工字鋼縱梁、工字鋼橫梁與鋼模板均建立彈性連接。采用midas/civil 2012建立0號塊支架整體模型。

圖3 支架體系平面布置圖(單位：cm)

圖4 現(xiàn)澆支架體系立面布置圖(單位：cm)

4.2 荷載工況

1)荷載分析 (見圖5)。

① 體系自重q1。

② 梁體砼自重：鋼筋砼容重取γ=26 kN/m3翼板區(qū)：q21=26 kN/m3×0.525 m(平均)=13.65 kN/m2，空腹區(qū)：q23=26 kN/m3×1.30 m=33.8 kN/m2，實腹區(qū)由于全部位于橋墩上方，其荷載假定全部通過橋墩上方的墊塊傳至橋墩自身承擔。

③ 施工荷載(施工人員、機具、材料等):q3=2.5 kN/m2。

④ 振搗混凝土時對水平模板產(chǎn)生的豎向荷載:q4=2.0 kN/m2。

2)荷載組合 。

考慮以下荷載：①模板、支架和拱架自重；②新澆筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的重力；③施工人員和施工材料、機具等行走運輸或堆放的荷載；④振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載。

強度驗算時，恒載取1.2的分項系數(shù)，活載取1.4的分項系數(shù)；當支架搭設完畢，而主梁未開始作業(yè)時，支架自重小，整體穩(wěn)定性最差，選擇此狀態(tài)進行支架整體穩(wěn)定性計算。

荷載組合1：1.2×(①+②)+1.4×(③+④)(強度驗算)；

圖5 荷載情況圖

荷載組合2：1×(①+②) (剛度驗算) 。

4.3 支架計算

運用MIDAS根據(jù)建立的整體支架模型輸入相應荷載工況并進行分析計算。

圖6 分配橫梁應力云圖

4.3.1 分配橫梁(I45b)

分配橫梁最大組合應力σmax=97.0 MPa(見圖6)，最大位移10.5 mm(見圖7)。

圖7 分配橫梁位移圖

4.3.2 工字鋼縱梁(I36b)

工字鋼縱梁最大組合應力σmax=184.0 MPa(見圖8)，最大位移10.2 mm(見圖9)。

圖8 工字鋼縱梁應力云圖

圖9 工字鋼縱梁位移圖

4.3.3 斜撐

鋼管樁斜撐的最大組合應力σmax=92.0 MPa(見圖10)。

圖10 斜撐應力云圖

匯總計算結(jié)果并進行分析如表1所示(根據(jù)相關(guān)規(guī)范中規(guī)定材料應力允許值用于臨時結(jié)構(gòu)時放大1.2倍，撓度允許值取L/400)。

表1 計算結(jié)果計算對象構(gòu)件模板：δ6mm鋼板+[10槽鋼骨架0號塊支架體系I45橫梁I36縱梁斜撐強度/MPa剛度/(N·m-1)計算值允許值計算值允許值135 40 5220 87597 0205×1 210 511 2518410 211 2592 7

綜上所述，通過對本現(xiàn)澆箱梁支架方案進行受力計算，均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

經(jīng)實踐證明，該支架施工進度快，而且能滿足設計使用要求，其變形基本上與計算相吻合，在施工中通過預壓和設置預拱度的方法可確保0號塊的設計標高達到設計要求。相對于采用鋼管支架和預埋托架的方案，該方案在經(jīng)濟性和施工進度方面都有顯著的優(yōu)勢，對于類似橋梁有很好的借鑒作用。

[1] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].北京:人民交通出版社,1999．

[2] 宋永安,張崇彬,虞業(yè)強.高墩大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋0號塊的托架法施工[J].公路，2005(8):52-56.

[3] 陳磊.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋0號塊施工托架設計及施工[J].石家莊鐵道大學學報,2014,27(S):87-91.

[4] 胡剛.高墩大跨連續(xù)梁0號塊懸挑托架的設計與施工[J].鐵道標準設計,2014,58(2):46-50，47.

[5] 程顯風.高空懸挑結(jié)構(gòu)模板支架設計與施工控制[D].杭州：浙江工業(yè)大學,2011.

[6] 仝有榮.重慶魚洞長江大橋主橋0號塊施工技術(shù)[J].山西交通科技,2007(3):45-47.

[7] JTG/TF50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[8] GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].