預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁墩頂0 號塊三角托架結(jié)構(gòu)受力分析

邵利超

（中國鐵建十六局集團第三工程有限公司， 浙江 湖州 313000）

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋常見施工方法

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)橋由于具備跨徑較大、混凝土養(yǎng)護容易以及施工便捷等優(yōu)點，在許多跨越河流、湖泊、山谷以及上跨既有障礙物（道路、鐵路及建筑等）橋梁中得到大量采用[1]。其中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋由于對溫度效應(yīng)比較敏感，一般用于高墩橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋使用的更加頻繁，其常見施工方法之一為掛籃懸臂澆筑法。采用懸臂澆筑法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，施工速度相對支架現(xiàn)澆法慢些，但與節(jié)段拼裝法相比差別不大。

懸臂澆筑法是利用掛籃和已經(jīng)澆筑完成的前一個梁段作為下一個梁段施工的受力構(gòu)件和掛籃錨固平臺的，因此，在掛籃安裝前需要先行施工連續(xù)梁在墩頂位置的0 號塊[2]。施工連續(xù)梁在墩頂位置的0 號塊常采用的施工平臺有托架法和鷹架法，高墩時很少采用鷹架法，托架法受限較少[1-2]。三角托架體系是較為常見的托架形式之一，其構(gòu)造和安裝簡單，傳力明確，各桿件之間的連接形式不同對計算模型的簡化和結(jié)果均會產(chǎn)生影響。

2 三角托架構(gòu)造形式分析

三角托架顧名思義為體系受力桿件組成三角形受力形式，屬于穩(wěn)定體系，圖1為典型的帶短斜撐和短豎桿的三角托架構(gòu)造圖，圖1 中3 和4 號桿件可依據(jù)橋墩處墩頂上主梁0 號塊的長度和托架上部傳力桿件的布置情況來確定是否保留，無3和4 號桿件的三角托架構(gòu)造更加簡潔，如圖2 所示。圖1 中5、6 和7 號桿件為剛性節(jié)點的節(jié)點板，8 和9 號桿件為三角托架傳力節(jié)點板，即1 號水平桿件和2 號斜桿傳力到既有橋墩的關(guān)鍵節(jié)點板件，該節(jié)點板件和橋墩之間的連接可采用與橋墩預(yù)埋件之間的焊接，也可以采用在橋墩預(yù)留孔中設(shè)置對拉精軋螺紋鋼的構(gòu)造措施。8 和9 號桿件與托架1 號水平和2 號斜桿之間可采用焊接或鉸接的形式，當采用鉸接時結(jié)構(gòu)計算模型可簡化為圖3 所示，其中3 號桿件與1 號水平桿件之間可采用焊接或鉸接形式，鉸接的構(gòu)造復(fù)雜些，焊接簡單。圖2 所示三角托架簡化后的計算模型如圖4 所示，1 號桿件由于有懸臂段，所以在與2 號桿件形成鉸接時1 號桿件不能有鉸存在，保持連續(xù)，并且1 號桿件腹板開孔位置需要進行局部接觸應(yīng)力驗算。

圖1 三角托架構(gòu)造圖一

圖2 三角托架構(gòu)造圖二

圖3 三角托架結(jié)構(gòu)計算簡圖一

圖4 三角托架結(jié)構(gòu)計算簡圖二

對于圖1 和圖2 所示的三角托架，其承擔的荷載均是通過托架水平桿上的橫向分配梁傳遞過來的，除托架自重外其所承受的荷載均為集中力。

3 三角托架受力參數(shù)化分析

為了研究托架桿件內(nèi)力和節(jié)點傳力的影響，取圖2 所示托架構(gòu)造進行內(nèi)力參數(shù)影響分析，托架構(gòu)造中水平桿件上橫向分配梁的位置，即荷載P 作用點位置與梁體0 號塊長度相匹配的，變化較小。將2 號斜桿與水平桿的夾角a、1 號水平桿和2 號斜桿之間的節(jié)點及其與橋墩之間的節(jié)點作為參數(shù)進行分析，考察這些參數(shù)變化對桿件內(nèi)力及節(jié)點的傳力影響。圖2 計算模型統(tǒng)一用參數(shù)表示后的計算簡圖如圖4 所示。

當圖4 所示模型中節(jié)點A、B 和C 均為鉸接時，荷載P1 作用下桿件BC 為二力桿，由所有荷載對節(jié)點A 取力矩平衡即可得到桿BC 軸力，并進一步可得到其他內(nèi)力和節(jié)點反力。

BC 桿件為壓力，值為：

式（1）中， BCN-BC桿軸力，kN； 1P -托架承受集中力，kN； 1L-BC弦桿長，m； sin -水平桿和斜桿夾角，rad。

AC 桿件為拉桿，值為：

式（2）中， ACN-AC桿軸力，kN； BCN-BC桿軸力，kN； cos-水平桿和斜桿夾角，rad； 1P -托架承受集中力，kN； cot -水平桿和斜桿夾角，°。

圖4 中節(jié)點A、B 和C 均為鉸接時可用上述表達式（1）和（2）計算外，節(jié)點A、B 和C 任意一個為剛接時均不能用上述表達式（1）和（2）直接求出結(jié)果，需要按超靜定結(jié)構(gòu)求解。為了簡化計算過程，并在不影響桿件內(nèi)力變化規(guī)律的情況下，給定荷載值P1、L1 值。

圖4 中取P1=360kN，L1=3.2m。1～2 號桿件均采用Q235A 鋼材，截面均為2[28槽鋼，利用有限元法進行參數(shù)分析，計算結(jié)果如表1 和表2 所示。

表1 托架參數(shù)化計算模型計算結(jié)果

從表1 可看出，圖2 中托架隨著2 號斜桿與1 號水平桿件之間夾角a 的增加，托架所有拉桿和壓桿的軸向力均減少，且無論節(jié)點A、B、C 為鉸接或剛接，節(jié)點連接形式對桿件軸向力影響較小。節(jié)點A、B、C 全部為剛接時對部分桿件彎矩有較大影響，但彎矩絕對值很小，可以忽略彎矩影響。

為研究壓桿隨夾角a 的增加其穩(wěn)定性、用鋼梁的變化規(guī)律，表2 列出了桿BC在不同工況下壓桿的幾何長度、計算長度及長細比，并列出了用鋼量，為了對比方便，表2 中以角度30°時桿BC 的體積為單位體積，其他角度時的用鋼量均采 用與30°角度時的鋼體積比值表示。圖5、6 分別為桿BC 的軸壓力、穩(wěn)定系數(shù)、用鋼體積結(jié)果與參數(shù)之間的關(guān)系。

表2 桿BC 計算結(jié)果與角度參數(shù)的關(guān)系

圖5 桿BC 軸壓力及穩(wěn)定系數(shù)與角度a 的關(guān)系

圖6 桿BC 用鋼量與角度a 的關(guān)系

由圖5 和圖6 可以看出，盡管桿BC 的軸壓力、穩(wěn)定系數(shù)隨夾角a 的遞增均減小，但軸壓力值遞減明顯而穩(wěn)定性系數(shù)遞減很小。桿BC 的用鋼量不會因為軸壓力遞減快、穩(wěn)定性系數(shù)遞減慢而一致遞減，其用用鋼量是先遞減后增加的變化趨勢，當夾角a 為45°時桿BC 的用鋼量最少。

由于篇幅限制，本文沒有將兩種計算模型中的其他壓桿進行分析，根據(jù)表1計算結(jié)果可以得到相同的結(jié)論。

4 結(jié)束語

通過對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋墩頂主梁0 號塊三角托結(jié)構(gòu)架受力分析，可得到如下結(jié)論：

（1）隨著托架長斜桿與水平桿之間夾角a 的逐步增加，無論斜桿、水平桿的邊界條件是固結(jié)還是鉸接，托架所有桿件的內(nèi)力均減小。但托架斜桿、水平桿與橋墩的連接處節(jié)點豎向、水平方向的反力變化很小，幾乎不受夾角a、邊界條件的影響；

（2）三角托架壓桿的軸壓力隨夾角a 的逐步增加逐漸減小，但壓桿的幾何長度隨著夾角a 而增加，其穩(wěn)定系數(shù)也逐漸降低。當夾角a 為45°時，壓桿的用鋼量最??；

（3）托架的節(jié)點為鉸接時，不但構(gòu)造較復(fù)雜，且構(gòu)件的內(nèi)力也較大；節(jié)點采用焊接變成剛接時，不但施工方便且桿件內(nèi)力也較其他邊界條件時小。