臨時與體外預應(yīng)力相結(jié)合在大跨度V腿結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

章強

中鐵一局集團第四工程有限公司 陜西咸陽 712000

1 工程概況

書院大橋橋梁主橋采用三跨V型剛構(gòu)加掛孔結(jié)構(gòu)體系，跨徑布置為75m+150m+75m=300m，中跨設(shè)置60m的鋼箱梁掛孔。主橋箱梁為全預應(yīng)力變截面混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，V腿長61.5m，兩端各30.75m。上部箱梁橋面全寬29m，采用直腹板單箱六室箱型斷面，頂板寬29m、底板寬24m、懸臂長度為2.5m、V腿及梁下景觀平臺寬為41m。

邊跨梁高2.5m、與景觀平臺結(jié)合處梁高3.5m、V腿三角區(qū)上部梁高3.5～2m、景觀平臺端處高1.8m、與梁重合0.8m、V腿底部截面高3.5m、懸臂端梁高3m、支座橫向中心距8m。

圖1 主橋三維立面布置圖(單位：cm)

2 V腿臨時支架設(shè)計

2.1 V腿結(jié)構(gòu)支架設(shè)計介紹

支架自下而上材料選用分別為：(1)立柱選用Φ630mm×10mm鋼管。(2)剪刀撐選用槽20a。(3)樁頂橫梁選用雙工56a。(4)主梁選用單排單層不加強標準321型貝雷梁。(5)線型控制架體選用Z型盤扣支架。(6)模板體系背肋選用10mm×10cm方木、模板選用δ15mm竹膠板。

2.2 支架搭設(shè)技術(shù)要求

(1)鋼管立柱計算深度插入中風化巖2.0m，單樁豎向承載力標準值為1377KN，入土深度按照摩擦樁計算，忽略了樁端承載力。

(2)剪刀撐與鋼管立柱接觸面須滿焊(單面焊縫)，焊縫須平順，焊接強度同鋼材強度。

(3)鋼管立柱頂部槽口須平順，與樁頂橫梁雙工56a接觸面須焊接處理，并采用鋼板進行加固處理。

(4)底板模板采用δ=15mm竹膠板，背肋采用10cm×10cm方木，中對中間距30cm，背帶采用Φ48mm×3.5mm雙鋼管，用鐵絲捆綁。

(5)梁體支架縱向間距90cm，橫向均搭設(shè)30cm、60cm(梁體腹板下方搭設(shè)30cm，箱室空心部分搭設(shè)90cm)。

(6)盤扣支架采用重型支架，立桿采用Φ60.3mm×3.2mm鋼管，水平桿采用Φ48.3mm×2.75mm鋼管，斜拉桿Φ48mm×2.75mm鋼管，頂托底托材質(zhì)為20#鋼。水平桿標準步距為1.5m，由檢算可知，本支架單肢立桿荷載設(shè)計值大于40kN，故底層的水平桿比標準步距縮小一個盤扣間距，且應(yīng)設(shè)置豎向斜桿，即底層水平桿步距為1.0m，其余按照1.5m控制，頂部水平桿步距比標準步距縮小一個盤扣間距，同底層步距，按照1.0m控制。

2.3 V腿支架布置圖

圖2 V腿區(qū)支架立面布置圖(單位：cm)

圖3 V腿區(qū)支架斷面布置圖(單位：cm)

梁柱式支架采用邁達斯(2017版本)軟件建模檢算，支架各構(gòu)件受力均在設(shè)計允許值內(nèi)。

2.4 結(jié)構(gòu)檢算節(jié)點處理方式

(1)鋼管柱、樁頂橫梁連接按照剛性連接處理節(jié)點，采用焊接加固處理。

(2)貝雷梁與樁頂橫梁工56a加固方式按照彈性連接節(jié)點，采用槽10制作擋塊，對貝雷梁底部與樁頂橫梁進行加焊門型槽鋼固定。

(3)貝雷梁與工20分配梁之間的連接方式按照彈性連接節(jié)點，采用Φ20圓鋼U型卡連接。

2.5 結(jié)構(gòu)線型施工控制

V腿底部大里程圓弧半徑32.15m，小里程圓弧半徑32.28m，弦長均為12m，為保證施工時，V退底部模板支撐體系桿件強度及剛度滿足結(jié)構(gòu)受力要求，圓弧線型調(diào)節(jié)，主要桿件采用2[10槽鋼焊成桁架形式，在桁架上焊接擋板，用于安放模板背肋(方木)，中心間距30cm。

本項目V腿支架在設(shè)計時，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比選，選擇了最優(yōu)的桁架支撐體系+方木竹膠板組合的方式來調(diào)節(jié)弧形?；⌒慰刂萍葷M足設(shè)計效果、又節(jié)約成本投入。

圖4 V腿底模圓弧段支撐桁架布置圖(單位：m)

在V腿支架根部，其弧段支架在設(shè)計時不滿足鉸接的連接形式，根部橫梁連接角度無法滿足直接焊接加固，需要制作楔形調(diào)節(jié)塊來塞補連接處，楔形調(diào)節(jié)塊采用D273×8mm鋼管制作，楔形調(diào)節(jié)塊制作如圖5所示：

圖5 支架橫梁連接楔形調(diào)節(jié)塊平立面圖(單位：m)

3 V腿臨時與體外預應(yīng)力相結(jié)合的應(yīng)用

3.1 臨時預應(yīng)力精軋鋼設(shè)計

因V腿作為上部箱梁主要支撐結(jié)構(gòu)，施工期間鋼筋混凝土對模板工程及支撐架體水平分力較大，為限制V腿箱梁支架在砼荷載作用下，V腿根部的變形及開裂，約束位移，在支架橫隔梁位置，設(shè)置臨時預應(yīng)力束。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力檢算，需要在V腿施工期間，對支架設(shè)置兩層臨時對拉桿，對拉桿采用Φ32mm精軋螺紋鋼，橫向間距2.0m一道，每層20根共計40根臨時對拉桿，對拉在工45a工鋼橫梁上，單根設(shè)計張拉力為385kN，設(shè)計抵抗水平分力1400噸，實際為1540噸，安全系數(shù)為1.1。

3.2 V腿施工期間臨時精軋鋼布置如圖6所示

圖6 支架對拉立面布置圖(單位：mm)

待臨時精軋鋼布置完成，支架經(jīng)驗收合格后開始預壓，收集觀測其彈性及非彈性變形，并作為模板預拱值參考值，卸載完成后綁扎鋼筋、立模后開始澆筑V腿第一次三角區(qū)砼。

3.3 V腿體外鋼束布置如圖7所示

圖7 V腿臨時鋼束立面布置圖(單位：mm)

在三角區(qū)上部箱梁施工前，需要對V腿與箱梁結(jié)合段設(shè)置一層臨時預應(yīng)力鋼束，共10束15-Φs15.24，張拉應(yīng)力為535MPa(每束張拉力為1116.7KN)。通過此10束須抵抗三角區(qū)上部箱梁荷載對V腿豎向荷載產(chǎn)生的水平分力，水平分力合計共1116.7t；能夠有效保證上部箱梁施工期間，V腿區(qū)結(jié)構(gòu)受力體系未轉(zhuǎn)換之前的最不利工況的安全穩(wěn)定，能夠又有效避免V腿區(qū)因水平分力過大而產(chǎn)生裂縫。

張拉油頂選用350t，在V腿混凝土澆筑完成后，強度達到設(shè)計要求時，開始對稱張拉臨時預應(yīng)力鋼束，由兩側(cè)向中間依次張拉。

結(jié)語

本項目橋梁結(jié)構(gòu)形式新穎，在大跨度V腿結(jié)構(gòu)三角區(qū)施工期間受力分析復雜，在支架設(shè)計時充分考慮了臨時精軋鋼與體外鋼束預應(yīng)力相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，達到砼防裂措施及抵抗水平分力的措施，施工期間，施工全過程由第三方監(jiān)控量測及對V腿鋼構(gòu)應(yīng)力值的分析，有效避免了因施工過程可能對永久結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的缺陷。通過有限元模擬分析及第三方監(jiān)控量測，順利實現(xiàn)了V腿鋼構(gòu)在最不利工況下的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，施工質(zhì)量得到了最優(yōu)的保障，通過弧形桁架的設(shè)置，即節(jié)約了項目成本投入，又完美地實現(xiàn)了圖紙效果轉(zhuǎn)化為實體的結(jié)構(gòu)美感。