懸臂澆筑連續(xù)箱梁利用臨時(shí)支柱搭設(shè)0# 塊支架平臺施工技術(shù)

張志敏

中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300133

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，大跨度橋梁在公路、鐵路、市政工程中廣泛應(yīng)用。在一些跨越河流、鐵路、公路的地方更加能發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的跨度大、施工簡便、抗震性能良好等優(yōu)點(diǎn)[1]。連續(xù)梁橋一般采用分節(jié)段施工，0# 塊是懸臂施工時(shí)在橋墩上方最先澆筑的單元。0# 號塊一般采用一次澆筑的施工工藝，通過永久支座及臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)與墩身、承臺連接，以保持懸臂澆筑過程中梁體穩(wěn)定。

臨時(shí)固結(jié)支柱的設(shè)置主要是確保掛籃懸澆過程中不會(huì)出現(xiàn)梁體傾覆。如果將臨時(shí)支柱和0# 塊施工平臺結(jié)合考慮，可以達(dá)到簡化施工工藝、節(jié)約成本的目的。

1 工程概況

神崗山大橋主橋跨徑采用（50+80+50）m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，全長為180m。全橋共分為13 個(gè)梁段，其中0#梁段為支架現(xiàn)澆，1-9# 梁段采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工，10# 和12#梁段為合龍段，11# 段為邊跨現(xiàn)澆段，采用滿堂支架施工。

箱梁采用單箱雙室斷面，梁寬17．75m，根部梁高4．8m，跨中及邊跨端部梁高2．3m，梁高變化采用二次拋物線[2]。

圖1 橋式立面布置圖（尺寸單位：mm）

2 0# 塊支架構(gòu)造

2.1 臨時(shí)固結(jié)支柱

臨時(shí)固結(jié)支柱采用φ920mm（壁厚10mm）螺旋鋼管，下端采用8-ML32 精軋螺紋鋼筋錨固在承臺上，上端采用8-ML32 精軋螺紋鋼筋錨固在梁體內(nèi)，管內(nèi)填充C50 混凝土，確保在極端工況條件下不發(fā)生梁體傾覆。

2.2 0# 塊施工平臺

臨時(shí)支柱間設(shè)縱橋向和橫橋向連接系，橫橋連接系向采用φ325×8 鋼管，縱橋向連接系上弦桿采用HW400×400H 型鋼，下弦桿和斜撐采用φ325×8 鋼管。支架縱向和橫向均設(shè)懸挑三角架，三角架橫桿采用HW400×400H型鋼，斜撐采用φ325×8鋼管。橫向主梁采用2-200×400×10 矩形鋼管，擱置在縱平聯(lián)上弦桿和懸挑三角架橫桿上，中間設(shè)φ377×10 鋼管支撐，用于標(biāo)高調(diào)整及支架卸架。縱向分配梁采用300×300×8mm 方鋼管，擱置在橫向主梁上，墩身范圍內(nèi)需在墩頂抄墊，荷載直接傳遞至墩身[3]。

臨時(shí)固結(jié)鋼管柱頂端混凝土在施工0# 塊時(shí)不澆筑，待底模拆除留出空間后再澆筑，為保持梁體穩(wěn)定，在墩頂兩側(cè)設(shè)置4 個(gè)φ325×8 鋼管混凝土臨時(shí)支柱，確保底模平臺拆除后梁體不會(huì)傾覆。平臺底模中間部位采用木膠板，兩側(cè)采用掛籃鋼底模。

3 支架整體受力分析

3.1 有限元建模模擬

使用MIDASCivil2018 軟件模擬0 號塊支架， 支架總體模型如圖3 所示。按實(shí)際所用材料，選擇Q235 鋼材，允許應(yīng)力。梁單元以鐵摩辛柯的梁理論( 垂直于中和軸的截面，在變形后保持平面形狀，但不一定要繼續(xù)垂直于中和軸)為基礎(chǔ)，分析時(shí)考慮剪切變形。MIDAS 中的梁單元具有六個(gè)自由度，并默認(rèn)計(jì)算剪切變形。一般用于桿系構(gòu)件或變截面( 如楔形變截面)構(gòu)件上，也可以作為連接自由度不同的兩種單元的連接構(gòu)件。所以采用梁單元模擬鋼管，能很好地反映鋼管的實(shí)際受力表現(xiàn)。6 根鋼管立柱底部與承臺焊接，所以在軟件中約束了立柱底部的x，y，z 方向的自由度。在支架與墩身錨固的位置，設(shè)置了水平方向的約束[4]。

圖2 支架結(jié)構(gòu)布置圖

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT-F50-2011），荷載包括支架自重荷載，梁體自重，施工人員和施工材料、機(jī)具等行走運(yùn)輸或堆放荷載為2．0kN/m2，振搗荷載為2．0kN/m2。其中采用橋墩外延的梁截面及0 號塊端部截面的平均值作為驗(yàn)算截面，以此計(jì)算梁體自重，這樣的換算假設(shè)較于實(shí)際截面的變化，是偏于安全的計(jì)算[8]。根據(jù)以上荷載組合，換算為節(jié)點(diǎn)荷載，分布在橫梁節(jié)點(diǎn)上。節(jié)點(diǎn)荷載分布如表1 所示。

圖3 支架模型圖

表1 等效節(jié)點(diǎn)荷載分布表

3.2 支架整體受力計(jì)算

圖4 支架整體受力及變形圖

4 臨時(shí)支柱的受力分析

臨時(shí)支柱的主要作用是承擔(dān)掛籃懸臂澆筑時(shí)兩側(cè)產(chǎn)生的不平衡荷載，同時(shí)兼做0# 塊施工平臺。臨時(shí)支柱用于0# 塊施工時(shí)，根據(jù)MIDAS 計(jì)算結(jié)果，如圖5 所示，立柱最大軸力，最大彎矩。

圖5 臨時(shí)支柱內(nèi)力圖

極端情況下，當(dāng)主梁施工至最大懸臂狀態(tài)（9# 塊）、單側(cè)掛籃產(chǎn)生墜落事故時(shí)，臨時(shí)支柱軸力最大。此時(shí)產(chǎn)生的不平衡荷載主要有：

①掛籃底籃系統(tǒng)及模板G2、G2'。掛籃底籃系統(tǒng)及新澆筑混凝土墜落后，頂部荷載G2'=200KN，掛籃及模板G2=760KN

②節(jié)段混凝土自重G1=1290KN。

③不平衡施工荷載G3=90KN。

④ 梁 段 混 凝 土 澆 筑 施 工 誤 差G4=680KN。1-8# 梁 段 總 重13481KN，0# 塊 重 量10350KN，G=2×13481+10350=37312KN。

圖6 單側(cè)掛籃墜落不平衡荷載布置圖（尺寸單位mm）

假定N=G/3，以支點(diǎn)N1 為轉(zhuǎn)動(dòng)中心力矩平衡，則：

6N2+31G2'+3N=40G1+39G2+40G3+20G4+3G

N2=（40×1290+39×760+40×90+20×680+3×37312-31×200-3×37312/3）/6=27811KN

N1=G1+G2+G2'+G3+G4+G-N1-N=1290+760+200+90+680+37312-37312/3-27811=84KN

從計(jì)算結(jié)果得知，懸臂澆筑不平衡荷載產(chǎn)生的臨時(shí)支柱軸力遠(yuǎn)大于0# 塊施工荷載產(chǎn)生的軸力，以懸臂澆筑不平衡荷載產(chǎn)生的臨時(shí)支柱軸力N2 計(jì)算鋼管混凝土的承載力。

單根鋼管柱最大承載力為F=27811/3=9270KN，考慮不均勻系數(shù)1．2，則F=11124KN。

根據(jù)蔡紹懷《現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》，鋼管混凝土單肢柱的設(shè)計(jì)承載力Nu 按下式計(jì)算：

Nu=φ1φ2N0

=faAa/fcAc=（205×286）/（32．4×6362）=0．28 ＜[θ]=1

N0=fcAc（1+αθ）（式中α=2）

式中：

N0——鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力設(shè)計(jì)值；

θ——鋼管混凝土的套箍指標(biāo)；

Fc——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C50 取32．4MPa；

Ac——鋼管內(nèi)混凝土的橫截面面積，為6362cm2；

fa——鋼管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取205MPa；

Aa——鋼管的橫截面面積，為286cm2；

φ1——考慮長細(xì)比影響的承載力折減系數(shù)，

φ1=1-0．115( √L/d-4)=1-0．115( √14200/920-4)=0．611

φ2——考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)，取1；

由以上計(jì)算得：

Nu=φ1φ2fcAc（1+αθ）=0．611×1×32．4×6362（1+2×0．28）/10=19647KN ＞F=11124KN

臨時(shí)支柱承載力滿足要求[7]。

5 結(jié)語

掛籃懸澆連續(xù)箱梁臨時(shí)固結(jié)支柱需要考慮極端工況條件下（最大懸臂時(shí)一側(cè)掛籃墜落）梁體不會(huì)出現(xiàn)傾覆，因此臨時(shí)支柱的強(qiáng)度、剛度都較大。將臨時(shí)支柱與0# 塊施工平臺結(jié)合，支架平臺的安全性得到大幅提高，實(shí)際使用中，神崗山大橋支架平臺接受了2019年贛江10 年一遇洪水的考驗(yàn)。同時(shí)，臨時(shí)支柱和0# 塊平臺同時(shí)施工，簡化了施工工藝，節(jié)約了施工工期，施工成本也大大減少[8-12]。