龍門(mén)大橋東引橋0#塊托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

馬 京，肖益新，駱財(cái)華

(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023；2.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200；3.北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535011)

0 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋在橋梁工程建設(shè)中的應(yīng)用十分普遍，其中的0#塊在所有節(jié)段中通常為尺寸和澆筑方量最大的節(jié)段，通常使用落地支架或墩身托架進(jìn)行施工。高墩上的0#塊施工多采用托架結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，并通過(guò)堆載法或反力架法來(lái)核驗(yàn)托架的性能，同時(shí)達(dá)到消除臨時(shí)結(jié)構(gòu)非彈性的目的。合理的托架體系設(shè)計(jì)及配套的預(yù)壓驗(yàn)證方法可以更準(zhǔn)確地驗(yàn)證托架的性能，減少誤差對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工安全的影響。

本文以廣西濱海公路龍門(mén)大橋東引橋花瓶墩0#塊施工為例，采用Midas Civil有限元計(jì)算軟件對(duì)0#塊施工及預(yù)壓過(guò)程中使用的托架進(jìn)行建模，并與現(xiàn)場(chǎng)預(yù)壓試驗(yàn)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，復(fù)核其在預(yù)壓及混凝土澆筑工況下結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。所得結(jié)果符合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)構(gòu)安全可靠且滿足施工要求，設(shè)計(jì)過(guò)程可為其他同類(lèi)交通建設(shè)工程提供借鑒及參考。

1 工程概況

1.1 工程環(huán)境

龍門(mén)大橋是國(guó)道G228丹東至東興廣西濱海公路建設(shè)的控制性工程，是北欽防一體化基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程之一。該項(xiàng)目線路全長(zhǎng)7.637 km，由引橋+龍門(mén)大橋主橋構(gòu)成，東引橋第八至第十聯(lián)為變截面連續(xù)梁懸臂施工段，墩高自12.7 m到32.6 m變化。墩身為花瓶墩設(shè)計(jì)，其中92#墩頂口尺寸為6 m×2.5 m，花瓶收頸處距墩頂6 m，截面尺寸為4.5 m×2.5 m，全墩截面邊角處設(shè)有R50 cm圓角。其0#塊截面為斜腹板單箱單室梁，梁底寬度與墩頂一致為6 m，腹板斜率為1∶2.5，梁段最高處為4.8 m，梁頂橋面寬為16.25 m。單個(gè)0#塊順橋向長(zhǎng)度為10 m，最大澆筑方量為232 m3，共重616 t。如圖1、圖2所示。

圖1 東引橋92#墩身正面圖(mm)

圖2 東引橋92#墩身側(cè)面圖(mm)

1.2 托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

圖3 主托架結(jié)構(gòu)尺寸示意圖(mm)

圖4 副托架結(jié)構(gòu)尺寸示意圖(mm)

圖5 托架系統(tǒng)正視圖(mm)

圖6 托架系統(tǒng)側(cè)視圖(mm)

圖7 托架系統(tǒng)俯視圖(mm)

1.3 托架預(yù)壓體系設(shè)計(jì)概況

預(yù)壓形式采用預(yù)埋于承臺(tái)內(nèi)的PSB830φ32 mm精軋螺紋鋼配合千斤頂進(jìn)行預(yù)壓(見(jiàn)圖8)。因精軋螺紋鋼作用于托架上的荷載形式為點(diǎn)荷載，設(shè)計(jì)中需考慮預(yù)壓荷載總重、預(yù)壓荷載對(duì)支架的彎矩與實(shí)際鋼筋混凝土荷載大體一致。考慮到實(shí)際施工中橋梁模板的剛度極大，可認(rèn)為鋼筋混凝土荷載對(duì)托架體系的作用與其混凝土體積于托架上的投影比例關(guān)系一致，通過(guò)對(duì)混凝土荷載的計(jì)算及靜力平衡、力矩平衡的原理(見(jiàn)圖9)，并考慮前文所述的施工中的其他荷載，即可做出預(yù)壓節(jié)點(diǎn)的布置(見(jiàn)圖10)。

圖8 精軋螺紋鋼托架預(yù)壓體系平面圖

圖9 計(jì)算所得各混凝土投影區(qū)域內(nèi)總重示意圖(t)

圖10 預(yù)壓節(jié)點(diǎn)布置示意圖(mm)

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 結(jié)構(gòu)建模

2.2 荷載數(shù)值

恒載：結(jié)構(gòu)自重，鋼材基本容重取78.5 kN/m3。

活荷載：混凝土澆筑荷載，將圖9中所知的投影區(qū)域混凝土荷載總重分?jǐn)倿樵搮^(qū)域內(nèi)的局部梁?jiǎn)卧奢d。機(jī)械設(shè)備荷載，參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)取值為3.5 kN/m2[2]。人員施工荷載參照《建筑施

圖11 托架體系模型圖

圖12 位移觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖(mm)

工承插型盤(pán)扣式鋼管腳手架安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJT 231-2021)取值為2.5 kN/m2[3]。預(yù)壓荷載依照?qǐng)D10中所示數(shù)值布置節(jié)點(diǎn)荷載。

2.3 施工工況及荷載組合

托架的驗(yàn)證主要針對(duì)預(yù)壓試驗(yàn)階段及實(shí)際施工階段[4]，兩者結(jié)構(gòu)體系及對(duì)應(yīng)荷載組合如表1所示。

表1 施工工況及對(duì)應(yīng)荷載組合及激活結(jié)構(gòu)表

3 結(jié)果分析與應(yīng)用

模型采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算[5]，各項(xiàng)荷載系數(shù)取值均為1.0，各工況下主體型材計(jì)算結(jié)果如下頁(yè)表2所示。

由表2各項(xiàng)結(jié)果可以看出，托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性能滿足施工要求，且在預(yù)壓試驗(yàn)的工況中各項(xiàng)構(gòu)件所受力都達(dá)到或超過(guò)實(shí)際施工的工況，可判斷預(yù)壓點(diǎn)位布置能夠充分模擬實(shí)際施工情況。在預(yù)壓試驗(yàn)工況中選取圖12所示的內(nèi)側(cè)及外側(cè)貝雷片豎桿合計(jì)20處作為預(yù)壓觀測(cè)點(diǎn)，記錄其位移值，用于驗(yàn)證實(shí)際作業(yè)中的托架性能是否與設(shè)計(jì)一致。

施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)時(shí)，采用激光測(cè)量機(jī)器人對(duì)20個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行7次高程觀測(cè)，其中包含100%預(yù)壓荷載、100%預(yù)壓荷載卸載兩種情況。因托架經(jīng)過(guò)預(yù)壓后可消除大部分因安裝工藝造成的非彈性變形，通過(guò)對(duì)比100%預(yù)壓荷載和100%預(yù)壓荷載卸載后的差值可知托架預(yù)壓的彈性變形值，其與模型中記錄的位移數(shù)值對(duì)比可反映托架結(jié)構(gòu)性能是否與設(shè)計(jì)一致，如表3所示。

由表3可知，實(shí)際位移值與模型位移值相差在1 mm以內(nèi)，且實(shí)際位移值偏小，考慮到鋼材的加工普遍有著一定的安全性能儲(chǔ)備，可認(rèn)為實(shí)際施工托架與模型內(nèi)托架位移值一致，托架體系的結(jié)構(gòu)性能滿足施工要求。

表2 模型內(nèi)計(jì)算結(jié)果表

表3 實(shí)際位移與模型內(nèi)位移計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)0#塊托架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)滿足施工要求。龍門(mén)大橋東引橋87#～88#、92#～93#墩0#塊托架采用本篇所述方法進(jìn)行施工，未發(fā)生任何質(zhì)量、安全事故，驗(yàn)證了該托架體系設(shè)計(jì)安全可靠，為同類(lèi)工程提供設(shè)計(jì)及驗(yàn)證參考。

(2)采用精軋螺紋鋼施加反力的托架結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證方法切實(shí)可行，與實(shí)際施工情況較吻合，在混凝土結(jié)構(gòu)施工前為施工提供了安全驗(yàn)證手段。

(3)托架結(jié)構(gòu)體系中最關(guān)鍵桿件為貝雷片豎桿，最大應(yīng)力為180 MPa，施工中應(yīng)著重關(guān)注貝雷片擺放位置，避免因貝雷片豎桿位置超出托架主梁支撐范圍。