上跨省道“T”形剛構(gòu)橋臨時支架施工及穩(wěn)定性研究

摘 要：上跨省道“T”形剛構(gòu)橋施工具有安全風(fēng)險高、施工難度大等技術(shù)難點(diǎn)，本文以山東省某“T”形剛構(gòu)橋為研究案例，使用有限元軟件建立了剛構(gòu)橋臨時支架三維模型，分析了臨時支架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和受力最不利位置，提出了施工過程中的技術(shù)控制要點(diǎn)，研究結(jié)果表明：橫梁的組合應(yīng)力在靠近橋梁墩身處出現(xiàn)最大值，為170.2MPa，托架組合應(yīng)力的分布形態(tài)呈現(xiàn)對稱分布特征，托架鋼梁桿的交界處，剪應(yīng)力會出現(xiàn)較大值。相關(guān)結(jié)論保障了工程施工的安全，為類似工程提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：剛構(gòu)橋；臨時支架；有限元；堆載預(yù)壓

中圖分類號：U 44" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0#塊是“T”形剛構(gòu)橋的關(guān)鍵梁段，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大。在現(xiàn)場施工中，多采用在橋位處搭設(shè)支架，在支架上澆注混凝土的方式。0#塊施工主要有結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、梁段高、節(jié)段長、混凝土數(shù)量多、各向預(yù)應(yīng)力管道布置密集交錯等難點(diǎn)[1-2]。本文以山東省某上跨省道“T”形剛構(gòu)橋0#塊施工及臨時體系搭設(shè)為研究對象，介紹了這種剛構(gòu)橋的技術(shù)概況和施工難點(diǎn)，設(shè)計了臨時支架的結(jié)構(gòu)形式及型材種類，采用有限元軟件計算了臨時支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，得到了臨時支架的受力特點(diǎn)，確定了支架最不利位置，討論了0#塊臨時支架施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)，保障了橋體施工的安全。

1 工程概況

山東省某高速公路在省道上方設(shè)有一處（48+48）m“T”形剛構(gòu)橋，主梁梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，主梁計算跨度為（48+48）m，支座中心線至粱端0.75m，梁全長97.5m。中支點(diǎn)截面中心處梁高5.636m，邊跨5.5m等高段，截面中心處梁高3.086m。截面采用單箱單室、變截面直腹板形式。箱梁頂寬12.6m，底寬7.0m。頂層厚度除梁端附近及中支點(diǎn)附近外均為0.4m。腹板厚0.5～0.7m。全聯(lián)在端支點(diǎn)及中支點(diǎn)處共設(shè)置4個橫隔板。

48m+48m“T”形剛構(gòu)橋梁0#塊與梁底以下3m范圍內(nèi)墩身設(shè)計為一同澆筑，為固結(jié)墩。該橋主墩高65m，并采用輕型掛籃懸臂澆筑施工工藝，對臨時支架施工安全質(zhì)量要求高，同時橋下為通行省道，過往車輛頻繁，施工安全風(fēng)險高。

2 臨時支架設(shè)計及施工流程

“T”形剛構(gòu)橋0#塊支架采用上部滿堂支架，下部托架的支架形式。模板采用厚1.8cm的木膠板，模板底縱向支墊10cm×10cm方木，腹板方木間距為12cm，空腔區(qū)方木間距為20cm，方木下采用I12.6的工字鋼橫梁，放置在支架頂部的可調(diào)托座上。

2.1 托架

滿堂支架縱向方木與I12.6工字鋼橫梁之間可采用木楔等固定。墩頂斜率較大處采用扣件式腳手架斜向支撐模板（立桿與模板垂直），并與盤扣式腳手架進(jìn)行連接，立桿底部與托架連接固定，可在托架上焊接橫梁等，并與其固定。應(yīng)對I45a（2I45a）工字鋼與托架水平橫梁接觸位置進(jìn)行加強(qiáng)并固定。

托架連接：角焊縫等級為Ⅲ級，焊縫長度及高度除支架設(shè)計圖中除已注明外，其余均為角焊縫，滿焊且有效焊縫長度不小于60mm。采用間斷焊焊接三角托架中的雙拼槽鋼（2[32c和2[28c）。安裝定位用三角托架與墩身的預(yù)埋錨筋，托架定位安裝完成后立即安裝精軋螺紋鋼筋并進(jìn)行張拉，持力狀態(tài)下100kN，精軋螺紋鋼墩內(nèi)預(yù)留?50mm孔道。牛腿3I56c工字鋼采用Q345鋼。在施工及預(yù)壓過程中，應(yīng)設(shè)專門人員監(jiān)測托架，若發(fā)現(xiàn)有異常，則應(yīng)及時采取防護(hù)措施，找到原因，排除問題后才能繼續(xù)進(jìn)行施工。

2.2 滿堂支架

盤扣式支架的搭設(shè)必須滿足《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231—2010）[3]及設(shè)計和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。盤扣式鋼管架是利用楔形插銷連接立桿上的插座與橫桿上插頭的一種新型鋼管架，節(jié)點(diǎn)主要由連接盤、扣接頭插銷、水平桿桿端扣接頭、水平桿、斜桿、斜桿桿端扣接頭、立桿構(gòu)成。根據(jù)立桿及橫桿的設(shè)計組合，從底部向頂部依次安裝立桿、橫桿。下部裝完作業(yè)面的底部立桿及部分橫桿，再逐層往上安裝，同時安裝所有橫桿。立桿和橫桿安裝完畢后，考慮支架的整體穩(wěn)定性，按照每4步～6步設(shè)置一道水平剪刀撐（扣件式鋼管腳手架），安裝時自下而上進(jìn)行順接。采用扣件與支架連接斜撐，盡量將其布置在框架結(jié)點(diǎn)上，由專人檢查支架盤扣松緊情況。

3 臨時支架數(shù)值模擬計算

使用邁達(dá)斯軟件對臨時支架三維建模進(jìn)行數(shù)值模擬仿真計算，可以對盤扣支架、型鋼支架等較復(fù)雜的臨時結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模計算，從計算結(jié)果可以看出臨時結(jié)構(gòu)的三維受力狀態(tài)，采用鉸接固定托架，分配梁之間采用鉸接進(jìn)行約束[4-5]。橫梁受力計算云圖如圖1所示。

3.1 荷載取值

支架結(jié)構(gòu)（含防護(hù)設(shè)施和附加構(gòu)件）自重為0.5kPa。

施工人員、材料及施工機(jī)具荷載：當(dāng)計算模板時，均布荷載可取2.5kPa。

當(dāng)計算支撐模板的縱橫梁時，均布荷載可取1.5kPa。

當(dāng)計算支架立柱及其他結(jié)構(gòu)時，均布荷載可取1kPa。

振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：水平模板可取2kPa，垂直模板可取4kPa。

澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：2kPa。

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk：0.7kN/㎡。

風(fēng)荷載體型系數(shù)μs：1.3。

風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz：1.13。

基本風(fēng)壓ω0：0.25kPa。

3.2 荷載組合

荷載組合按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018）進(jìn)行取值。

橫梁受力計算云圖如圖2所示，根據(jù)計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，橫梁的組合應(yīng)力基本呈軸對稱分布，在靠近橋梁墩身處組合應(yīng)力出現(xiàn)最大值，最大值為170.2MPa。剪應(yīng)力的分布形態(tài)與組合應(yīng)力的分布形態(tài)也基本一致，呈現(xiàn)出對稱的特點(diǎn)，最大值為37.1MPa。

橫梁受力：f=170.2MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力fv=37.1MPalt;

125MPa，最大相對變形：l=12mmlt;2500/200=12.5mm，滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。

由翼緣墊梁受力計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，組合應(yīng)力的分布形態(tài)整體上呈現(xiàn)兩邊小，中間大的分布特征，整體變化較為平緩，其中最大應(yīng)力為135.3MPa，而剪應(yīng)力呈現(xiàn)中心對稱分布，剪力變化基本呈現(xiàn)線形特征，最大值為30.5MPa。橫梁受力：f=135.3MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力fv=30.5MPalt;125MPa，最大相對變形：l=1mmlt;5700/400=14.25mm，滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。

三角托架橫桿采用2[32c（靠墩側(cè)1m范圍內(nèi)的腹板兩側(cè)貼10mm板），豎桿、斜桿采用2[28c鋼，根據(jù)計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，組合應(yīng)力最大值出現(xiàn)在豎桿上，為127.1MPa，沿豎桿桿體大小基本保持不變。剪應(yīng)力最大值出現(xiàn)在豎桿上方、接近豎桿與斜桿交界處位置，最大值為67.7MPa，同時，在其他部位桿的交界處，剪應(yīng)力均會出現(xiàn)較大的數(shù)值。

橫梁受力：f=127.1MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力fv=67.7MPalt;

125MPa，滿足設(shè)計及規(guī)范的要求。

托架所受內(nèi)力計算：托架受力計算云圖如圖2所示。托架豎桿采用 2[28c鋼，計算長度l=3.3m，回轉(zhuǎn)半徑i=70mm，長細(xì)比λ=47.1，穩(wěn)定系數(shù)為0.869。軸力最大處為140.8MPa，均滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

計算精軋螺紋鋼筋水平反力，托架橫桿端部采用4束PSB830?32 mm精軋螺紋鋼對拉，最大水平反力為611kN，考慮2倍的安全系數(shù)，則精軋螺紋鋼的安全系數(shù)k=4.4gt;2。

4 支架堆載預(yù)壓

采用堆載預(yù)壓塊方式對0#塊施工支架進(jìn)行預(yù)壓，模擬等效多點(diǎn)集中荷載施加面荷載。通過測量觀察各施壓節(jié)點(diǎn)處的變化來檢驗托架穩(wěn)定性、安全性及變形情況，消除非彈性變形，測定彈性變形關(guān)系曲線，為確定立模標(biāo)高和預(yù)留預(yù)拱度提供依據(jù)。每塊預(yù)壓塊約2t。0#塊施工支架預(yù)壓分三級加載，第一級60%，第二級100%，第三級120%。

每級加載后1h觀測變形值，加載完畢后每6 h測一次。按照支架變形穩(wěn)定原則確定預(yù)壓荷載時間，當(dāng)最后兩次沉落量觀測平均值之差不大于2mm時，可進(jìn)行下一級預(yù)壓。記錄詳細(xì)數(shù)據(jù)，卸載按相反工序進(jìn)行并測量測點(diǎn)標(biāo)高。檢查牛腿焊縫、臨時支墩豎直度，如果無異常就表明支架體系承載力滿足施工要求。為使底板受力均勻，在托架橫梁頂布置20個觀測點(diǎn)，分為4個斷面，共5個觀測點(diǎn)。支架預(yù)壓后，應(yīng)及時檢查支架的變形情況，如果發(fā)現(xiàn)支架變形超過規(guī)定值，就應(yīng)及時采取措施。當(dāng)分片吊裝外側(cè)模板時，應(yīng)注意模板的垂直度和水平度。當(dāng)安裝底模板時，應(yīng)注意底模板的垂直度和水平度。

5 結(jié)論

根據(jù)有限元計算結(jié)果，橫梁的組合應(yīng)力基本在靠近橋梁墩身處組合應(yīng)力出現(xiàn)最大值，最大值為170.2MPa。剪應(yīng)力呈現(xiàn)對稱的特點(diǎn)，最大值為37.1MPa。托架組合應(yīng)力的分布形態(tài)整體上呈現(xiàn)兩邊小，中間大的分布特征，其中最大應(yīng)力為135.3MPa，剪力變化基本呈現(xiàn)線形特征，最大值為30.5MPa。

下部托架軸力最大處為140.8MPa，剪應(yīng)力最大值出現(xiàn)在豎桿上方、接近豎桿與斜桿交界處位置，最大值為67.7MPa，同時，在其他部位桿的交界處，剪應(yīng)力均會出現(xiàn)較大的數(shù)值，在日常施工檢查中需要重視。

支架下部托采用4束PSB830?32mm精軋螺紋對拉鋼筋，計算發(fā)現(xiàn)最大水平反力為611kN，此時精軋螺紋鋼的安全系數(shù)為4.4，能夠滿足臨時支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。

參考文獻(xiàn)

[1]程顯濤.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（T型剛構(gòu)橋）轉(zhuǎn)體跨越既有高速鐵路施工設(shè)計[J].工程技術(shù)研究，2023，8（14）：152-154.

[2]刁兆順，劉波.大跨度T型剛構(gòu)橋混合支架設(shè)計與關(guān)鍵施工技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2023（5）：143-147，20-21.

[3]張建忠.鐵路橋梁連續(xù)梁掛籃施工技術(shù)研究[J].科技資訊，2023，21（20）：98-101.

[4]錢雪松.某3×30m鋼板組合梁橋計算分析[J].安徽建筑，2019，26（8）：108-111.

[5]王建圣.高速鐵路小半徑曲線T形剛構(gòu)橋設(shè)計[J].山東交通學(xué)院學(xué)報，2023，31（3）：93-100，128.