連續(xù)剛構(gòu)橋0段箱梁施工托架的設(shè)計(jì)與施工

1、連續(xù)剛構(gòu)橋0#段箱梁施工托架的設(shè)計(jì)與施工張安方(中鐵十五局集團(tuán)第七工程有限公司 河南洛陽）摘要：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論明確，施工工藝成熟，養(yǎng)護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為橋梁工程中尤其是跨江河、峽谷橋梁中廣泛采用的橋型。該橋型墩頂首節(jié)箱梁（0#段）無法使用掛籃等專用設(shè)施進(jìn)行施工，其施工需要搭設(shè)臨時(shí)施工平臺(tái)，施工平臺(tái)雖是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，但由于該橋型墩身普遍較高，平臺(tái)樣式的選擇對(duì)于施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的影響，本文結(jié)合工程實(shí)例，簡要介紹了連續(xù)剛構(gòu)橋0#段施工平臺(tái)樣式的一種托架的設(shè)計(jì)與施工過程，對(duì)于類似工程具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：剛構(gòu)橋 托架 設(shè)計(jì) 施工1.工程概況1.1工程簡介 永

2、保大橋?yàn)橐豢鐬憸娼B續(xù)剛構(gòu)橋。橋墩為雙肢薄壁墩，單肢橫截面尺寸為1.8*5.5m，兩墩內(nèi)側(cè)間距為4.2m，墩身高度43m.上部結(jié)構(gòu)為75+130+75m預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)，箱梁0#段為單箱單室結(jié)構(gòu)，高8m,長10m,箱底寬度5.5米，頂板兩端懸臂長2.25米，混凝土方量296.64m3,重756.73噸。具體結(jié)構(gòu)尺寸見下圖：1.2 箱梁0#段施工方案 由于箱梁0#塊高度高（8.0m），混凝土方量大，成橋后該處為全橋受力較復(fù)雜的部位之一，為保證其施工質(zhì)量，施工方案經(jīng)各方共同研究，并借鑒同類型其他橋梁的施工經(jīng)驗(yàn)，確定采用水平分層法，分兩次（6.5m+1.5m）進(jìn)行混凝土澆筑（分層示意見下圖）。由于該部

3、位的施工屬于特級(jí)高處作業(yè)（施工高度大于30m），施工平臺(tái)支撐體系的選擇在對(duì)比承臺(tái)大直徑鋼管支架和墩身預(yù)埋托架方案后，綜合安全和經(jīng)濟(jì)等方面的考慮，確定采用后者。模板方面，底模采用50mm厚松木板材的木模,木模上面釘鍍鋅薄鋼板（白鐵皮），側(cè)外模為掛籃的側(cè)模系統(tǒng)（拆模后可直接懸吊在安裝好的掛籃側(cè)模吊梁上），其中用鋼桁架作為骨架，內(nèi)模及橫隔墻模板為標(biāo)準(zhǔn)小型鋼模板外加雙鋼管背帶。 2托架設(shè)計(jì) 2.1托架設(shè)計(jì)的原則1）能滿足箱梁0#段施工的安全、質(zhì)量、技術(shù)要求；2）方便后續(xù)掛籃在0#段上初裝的需要；3）結(jié)構(gòu)簡單，受力明確，方便施工、拆卸；4）造價(jià)較經(jīng)濟(jì)。2.2托架設(shè)計(jì)方案托架具體設(shè)計(jì)方案為：在墩上部適當(dāng)位

4、置預(yù)埋大剛度托架做為支撐體系，托架之上鋪設(shè)工字鋼并橫向連為一體，工字鋼上布設(shè)碗扣支架，碗扣支架上放支撐方木和木模，通過碗扣支架頂部可調(diào)頂撐進(jìn)行底模高程微調(diào)和固定。為減輕托架結(jié)構(gòu)重量，達(dá)到受力明確、結(jié)構(gòu)簡單的目的，采用斜腿三角撐結(jié)構(gòu)形式，即墩身預(yù)埋主梁，通過在橋墩生根的斜腿支撐主梁懸空部分，形成托架。托架構(gòu)件主要由工字鋼與糟鋼組成，按0#塊混凝土一次性澆筑（頂板除外）的全載面設(shè)計(jì)，每個(gè)墩上的托架各自成為一體，兩托架各同位置主梁之間通過連接鋼板栓接。各墩托架構(gòu)件間的連接全部采用焊接以減小受力后結(jié)構(gòu)的非彈性變形，托架主承重梁標(biāo)高設(shè)定以便于底模的拆裝以及標(biāo)高調(diào)整為準(zhǔn)，將碗扣支架作為托架的一部分。設(shè)計(jì)按

5、一次性澆筑全部荷載（頂板除外）考慮。 正面圖示1、鍍鋅薄鋼板 2、木板 3、橫向方木 4、木斜塊 5、頂桿DG-90 6、托座KTC-60 7、橫向工字鋼 8、托架主梁 13、螺栓14、拼接板 15、內(nèi)斜撐側(cè)面圖示9、橫桿HG-30 10、橫桿HG-60 11、外斜撐 12、預(yù)埋件 （平面示圖）2.3托架各構(gòu)件相關(guān)參數(shù)（1）主梁 每個(gè)托架主梁4根，各采用單根28b工字鋼，在各主梁出入墩身混凝土處，在工字鋼腹板兩側(cè)各補(bǔ)焊600mm*226mm*10mm鋼板補(bǔ)強(qiáng)，其中補(bǔ)強(qiáng)鋼板埋入混凝土面300mm,伸出混凝土面300mm；在斜撐法蘭與主梁焊接處同樣在主梁腹板兩側(cè)各加焊325mm*226mm*10m

6、m鋼板補(bǔ)強(qiáng)。（2）斜撐 外斜撐采用兩根14a的槽鋼口對(duì)口焊接成箱形桿件； 內(nèi)斜撐采用兩根14a的槽鋼，并在槽內(nèi)補(bǔ)焊10mm的鋼板補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)鋼板與槽鋼同長，槽鋼最后口對(duì)口焊接成箱形桿件，內(nèi)外斜撐箱形桿件兩端均焊接16mm厚鋼板法蘭，用以跟主梁和下部支點(diǎn)的焊連。外斜撐與墩身設(shè)計(jì)夾角27度，內(nèi)斜撐與墩身設(shè)計(jì)夾角35度。（3）斜撐下部生根預(yù)埋件 預(yù)埋鋼板尺寸700mm*410mm*20mm,居鋼板中心按照鋼板尺寸走向鉆取間距布置為200*100mm，三排三列布置的36mm孔，共9個(gè)，單根500mm長32mm螺紋鋼筋插入孔內(nèi)15mm后與鋼板進(jìn)行周邊焊接，焊縫高度10mm，螺紋鋼端頭部分與鋼板滿焊，繞外側(cè)

7、螺紋鋼纏繞10mm圓鋼箍筋，間距150mm。（4）橫排工字鋼 橫排工字鋼為20a工字鋼（5）碗扣支架 碗扣支架在腹板位置下的布設(shè)為300*300mm，兩側(cè)腹板下順橋向各布設(shè)四排，其余位置設(shè)置為600*600mm。（6）方木 碗扣架頂撐之上的方木為硬柞木，截面尺寸100mm*100mm。2.4托架各構(gòu)件驗(yàn)算荷載計(jì)算時(shí)的荷載取值按照箱梁0#段一次性澆筑除頂板外的所有部位時(shí)托架承受荷載計(jì)取。從托架結(jié)構(gòu)的組成圖可以看出，0段的混凝土荷載除了墩頂部分外，其余全部由托架承載，即0#段的橫隔板混凝土荷載由橋墩承受，而墩頂外的腹板和底板混凝土荷載由托架承載。從梁部斷面圖可以看出，腹板高度總高度是8m，那么在橫

8、向方木擺放間距是30cm的情況下：腹板橫向混凝土的荷載分布應(yīng)該是：（1.4×0.3m×6.7m2×2.6t/m3）/0.8m1t/m10.15t/m，取值10 t/m；其中1.4是荷載分項(xiàng)系數(shù)，0.3m為橫向方木擺放間距（即單根方木所承受的荷載的范圍），6.7 m2 為單側(cè)腹板加翼板的橫截面面積，2.6t/m3為鋼筋混凝土比重，0.8m為腹板厚度尺寸，1t/m是該部位施工荷載取值。底板橫向混凝土的荷載分布應(yīng)該是：（1.4×0.3m×4.8m2×2.6t/m3）/3.9m1.2t/m2.54t/m，取值2.5 t/m；其中1.4是荷載分

9、項(xiàng)系數(shù)，0.3m為橫向方木擺放間距（即單根方木所承受的荷載的范圍），4.8 m2 為底板除去腹板下方位置后橫橋向的截面面積，3.9m為底板除去腹板位置后的寬度，1.2t/m是該部位施工荷載取值。2.4.1方木驗(yàn)算：0段的混凝土荷載通過底模的木板傳遞給方木，方木的支點(diǎn)就是碗扣支架的立桿，荷載按照所承載的混凝土的重量分配，方木的間距是300mm，那么傳遞給單根方木的混凝土荷載就是300mm范圍內(nèi)的荷載，通過2.4中對(duì)混凝土箱梁梁斷面的計(jì)算，可以得出方木的計(jì)算受力模型如下：1） 模型圖：(荷載：t/m)2） 位移圖：(單位：mm)3） 應(yīng)力圖：(單位：MPa)4） 支反力：(單位：t)方木最大應(yīng)力2

10、.4 MPa，小于容許橫紋抗壓應(yīng)力（10 MPa），位移極小，滿足要求。方木的支反力就是碗扣支架所受到的壓力，即碗扣支架立桿的最大受力是3.4t，能夠滿足要求（碗扣支架的立桿穩(wěn)定性最低的是立桿頂端，按照一端固定，一端自由的狀態(tài)計(jì)算其失穩(wěn)荷載是9.5 t）。下面就根據(jù)此荷載進(jìn)行20a平臺(tái)工字鋼的驗(yàn)算。2.4.2 橫向工字鋼驗(yàn)算：1、計(jì)算模型：為增加安全儲(chǔ)備，計(jì)算時(shí)將碗扣支架對(duì)20a工字鋼的受力3.4t乘以1.2的安全系數(shù)，那么碗扣支架對(duì)20a工字鋼的壓力就是4t，計(jì)算模型如下圖所示。2、支反力：(單位：t)最大的支點(diǎn)反力是13.1t。3、位移：(單位：m) 最大的豎向位移是2mm。4、應(yīng)力：(單

11、位：MPa)最大應(yīng)力是94MPa<140MPa，最大豎向位移2mm，滿足要求。上面計(jì)算出20a工字鋼的支反力，這個(gè)力就是加在主梁和斜撐上的荷載。2.4.3 主梁和斜撐驗(yàn)算：根據(jù)2.4.2計(jì)算結(jié)果可知，20a工字鋼的支反力分別是12.9t和13.1t，取13.1t進(jìn)行計(jì)算。1、 計(jì)算模型：荷載單位t計(jì)算模型如下圖所示：2、 支點(diǎn)反力：單位t根據(jù)上圖的計(jì)算結(jié)果可知，斜腿下支點(diǎn)的豎向支反力是31t和24t，主梁豎向的支反力是16t和21t。3、 豎向位移：單位mm從上圖的計(jì)算結(jié)果可以看出，主梁的豎向位移最大是1.8mm。4、 斜腿的軸力：單位t。從上圖可以看出，斜腿的軸力分別是：外斜腿軸力27

12、t，內(nèi)斜腿軸力38t。5、 桿件應(yīng)力：單位MPa。外斜腿的應(yīng)力是104MPa，內(nèi)斜腿的應(yīng)力是76MPa，主梁的最大應(yīng)力是107MPa。均小于140MPa，都滿足要求。通過計(jì)算，該托架方案中各構(gòu)件受力后各部位應(yīng)力滿足要求，豎向最大位移累加為3.9mm，總體結(jié)構(gòu)可以滿足使用要求。3托架的施工安裝為保證托架安裝的施工質(zhì)量，托架區(qū)域范圍內(nèi)的混凝土分兩次進(jìn)行澆筑，。托架高程位置確定后，首次安裝預(yù)埋斜撐下部生根鋼板，并澆筑墩身混凝土至托架主梁底30cm處,第二次將主梁安裝并臨時(shí)固定后完成后澆筑墩身剩余混凝土。施工采用塔吊起吊各構(gòu)件，按以下次序進(jìn)行托架的安裝施工斜撐生根預(yù)埋件縱（主）梁主梁栓接（墩身混凝土澆

13、筑）斜撐桿件與生根預(yù)埋件和主梁焊接橫向分配工字鋼與縱梁焊接搭設(shè)碗扣支架根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整標(biāo)高鋪架頂支撐方木進(jìn)行橫縱向連接提高支架的整體穩(wěn)定性。 施工注意事項(xiàng)1）主梁吊裝完成后要臨時(shí)固定，主梁位置與墩身鋼筋沖突的地方鋼筋調(diào)整須征得設(shè)計(jì)同意，并依據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)調(diào)整的鋼筋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；2）預(yù)埋件埋設(shè)和焊接施工時(shí)必須保證精度要求，以保證托架整體受力協(xié)調(diào)性；3）底板預(yù)拱度設(shè)置時(shí)在設(shè)計(jì)要求預(yù)拱度的基礎(chǔ)上考慮托架構(gòu)件的彈性變形； 4）主梁預(yù)埋臨時(shí)固定好后，需要將相對(duì)應(yīng)的兩根主梁用連接板栓接好后，才能澆筑墩身混凝土； 5）斜撐生根預(yù)埋件和主梁埋設(shè)好后，進(jìn)行斜撐腿的焊接，為了保證焊接斜撐腿施工的安全和質(zhì)量，可以在埋設(shè)好的生

14、根預(yù)埋件上焊接臨時(shí)人行通道掛點(diǎn)； 6）斜撐腿的焊接質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)托架的受力狀況，因此焊接位置和高度均需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，另外焊縫的高度直接決定了受力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此焊縫高度要嚴(yán)格保證。根據(jù)計(jì)算，斜撐腿和下預(yù)埋件的焊接采用周邊角焊縫，焊縫高度為14mm，并嚴(yán)格保證焊縫的質(zhì)量。斜撐腿法蘭與主梁焊接，采用角焊縫，焊縫高度為14mm，滿焊； 7）橫向工字鋼與主梁需要點(diǎn)焊，防止工字鋼錯(cuò)動(dòng)，另外垂直橫向工字鋼方向焊接四道75*8角鋼，以保證工字鋼受力后的整體穩(wěn)定性； 8）在20a工字鋼上拼裝碗扣支架時(shí)支架底座需要和20a工字鋼點(diǎn)焊； 9）碗扣支架上放置方木和木板，木板和方木需要用鐵釘釘在一起，木板上釘薄鍍鋅鋼板（白鐵皮），通過調(diào)整碗扣支架調(diào)整模板高程； 10）現(xiàn)場托架及底模安裝完成后，對(duì)底模進(jìn)行初步預(yù)壓，盡可能消除支撐系統(tǒng)及底模的非彈性變形； 11）托架切割拆除后，要做好墩身外