金 鵬，余其鑫，程世斌

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖241006）

連續(xù)體系橋梁施工中，在橋墩上安裝0號(hào)塊托架進(jìn)行主梁0－1號(hào)塊箱梁施工應(yīng)用非常廣泛，在滿足橋墩抗傾覆要求的前提下，它較之落地支架具有結(jié)構(gòu)輕型、施工方便、造價(jià)低、干擾性小等優(yōu)點(diǎn)。

托架構(gòu)件拼裝焊接與預(yù)埋件布設(shè)是托架設(shè)計(jì)與施工的最重要兩個(gè)因素。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，實(shí)際工程中，常見0號(hào)塊托架多采用在橋墩澆筑前綁扎普通鋼筋或精扎螺紋鋼筋作為預(yù)埋錨筋，或直接在橋墩澆筑前預(yù)埋貫穿的型鋼或鋼管作為預(yù)埋件，待橋墩澆筑后再將托架構(gòu)件焊接在埋件上，如圖1、圖2所示。

不難看出，以上常見托架1、2的設(shè)計(jì)與施工中存在三個(gè)較為顯著的不足或隱患。其一，預(yù)埋普通鋼筋或精扎螺紋鋼筋須要為托架構(gòu)件提供抗拉、抗彎、抗剪的邊界剛度，而明顯鋼筋抗剪性能較差，即便是密布眾多鋼筋，也會(huì)由于錨板與鋼筋錨固處存在微小孔隙導(dǎo)致下層鋼筋并未共同參與抗剪作用；其二，預(yù)埋型鋼或鋼管截面較大，嚴(yán)重影響橋墩鋼筋綁扎及澆筑質(zhì)量；其三，托架構(gòu)件采用高空焊接作業(yè)較危險(xiǎn)且焊接質(zhì)量難以控制，特別是高空懸吊時(shí)的立焊。

針對(duì)以上問題，筆者構(gòu)思，是否可以采用一種結(jié)構(gòu)，既可以在橋墩邊界處提供抗拉、抗彎尤其是抗剪剛度，又可以盡量減少錨筋的數(shù)量和避免高空焊接作業(yè)。筆者經(jīng)探究分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工，構(gòu)思出一種既可以完全在陸地上組合焊接拼裝，又僅需布置少量精軋螺紋鋼筋來進(jìn)行抗拉及抗彎，而設(shè)簡易剪力鍵來進(jìn)行抗剪的新型0號(hào)塊托架。下面結(jié)合實(shí)際工程背景做詳細(xì)描述。

圖1 常見托架1

圖2 常見托架2

1 工程概況

S333（原S313）株洲縣淥口至米山塘公路工程之重要節(jié)點(diǎn)工程株洲七橋主橋?yàn)?5m＋6×90m＋55m的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋，主橋橋墩采用花瓶墩，墩身順橋向厚度2.8m，橫橋向?qū)挾?.5m。

經(jīng)驗(yàn)算，施工圖紙中設(shè)計(jì)的臨時(shí)錨固措施已經(jīng)能夠滿足橋墩在最大懸臂時(shí)的抗傾覆要求，擬采用托架結(jié)構(gòu)來進(jìn)行0號(hào)塊及1號(hào)塊的施工。

2 托架方案比選

2.1 材料規(guī)格

考慮項(xiàng)目部現(xiàn)有可用材料，托架結(jié)構(gòu)除主橫梁采用321型貝雷片外，其余構(gòu)件均采用工25a型鋼，錨筋采用Φ32精扎螺紋鋼筋，牛腿及剪力鍵均采用20mm厚度鋼板焊接而成。

工25a型鋼均采用Q235B鋼材，依照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017－2003），Q235－B鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:f＝215MPa，fv＝125MPa。

單片321軍用貝雷片截面特性:I＝250 497.2cm4；E＝2×105MPa，W＝3 578.5cm3。設(shè)計(jì)控制承載能力:［M］＝788.2kN·m；［Q］＝245.2kN；每片貝雷（3m）重300kg（含支撐架、銷子等）。

2.2 常見方案

如上所述，實(shí)際施工中常見的0號(hào)塊施工托架施工流程如圖3所示。

圖3 常見方案工藝流程圖

2.3 新型方案

本新型全組拼式托架方案的施工流程如圖4所示。

對(duì)比分析，新型方案有三大優(yōu)勢，其一，設(shè)有剪力鍵能夠很好地承擔(dān)托架抗剪要求，擯棄了常見方案中利用數(shù)量眾多且效果不佳的鋼筋來抗剪；其二，避免了采用體積較大的型鋼或鋼管埋件，減少對(duì)橋墩鋼筋綁扎的干擾及對(duì)澆筑質(zhì)量的影響；其三，所有的構(gòu)件焊接工作均在陸地上完成，避免了危險(xiǎn)性較大的高空焊接作業(yè)。因此，本背景工程擬采用新型方案進(jìn)行0號(hào)塊及1號(hào)塊的澆筑施工，下面闡述新型方案的設(shè)計(jì)計(jì)算。新型托架方案布置如圖5所示。

圖4 新型方案工藝流程圖

3 托架設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.1 結(jié)構(gòu)形式

株洲湘江七橋主橋箱梁施工13#～19#墩0號(hào)塊托架主要構(gòu)件規(guī)格為:2工25a型托架上弦桿、2工25a型托架下弦桿、2工25a型托架撐桿、工25a型豎桿、工25a型斜桿、321型貝雷片主橫梁、工25a型鋼分配梁。新型托架立面尺寸如圖6所示。

牛腿與型鋼構(gòu)件在陸地上焊接成整體；錨筋采用Φ32精扎螺紋鋼筋，利用高強(qiáng)螺栓將牛腿與錨筋錨固在一起。

圖5 新型托架方案布置圖（單位：mm）

3.2 托架構(gòu)件計(jì)算

首先去托架自身構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，后續(xù)再對(duì)錨筋、剪力鍵及牛腿進(jìn)行計(jì)算。

3.2.1 設(shè)計(jì)荷載

1）砼箱梁自重:偏保守取箱梁梗腋根部截面作為計(jì)算截面，箱梁自重分布如圖7所示。

2）托架構(gòu)件自重；

3）施工及人員設(shè)備荷載、振搗荷載、模板重量等:5kN／m2；

4）風(fēng)荷載:設(shè)計(jì)風(fēng)速按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60－2004）附錄 A 偏保守取值27.2 m／s。

圖6 新型托架立面尺寸圖（單位：mm）

圖7 箱梁自重分布（單位：尺寸mm，自重kN／m2）

3.2.2 邊界條件

1）托架上弦桿、托架下弦桿、托架撐桿分別與橋墩連接處均偏保守按鉸結(jié)計(jì)算；

2）貝雷片上橫梁與托架上弦桿連接處釋放橫橋向轉(zhuǎn)動(dòng)，與分配梁連接處釋放縱橋向轉(zhuǎn)動(dòng)、其余自由度全約束；

3）其它各桿件連接處均固結(jié)。

3.2.3 荷載組合

每種工況考慮兩種荷載組合形式，即標(biāo)準(zhǔn)組合和基本組合。

標(biāo)準(zhǔn)組合用來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)剛度并求出支反力用于后續(xù)錨筋、剪力鍵及牛腿計(jì)算，基本組合用來評(píng)價(jià)托架構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定性指標(biāo)。

3.2.4 計(jì)算模型

0號(hào)塊托架計(jì)算采用 Midas／Civil 2013有限元計(jì)算軟件進(jìn)行，各構(gòu)件均采用梁單元，貝雷片按截面特性（I＝250 497.2cm4；E＝2×105MPa；W＝3 578.5cm3）等效為矩形截面，如圖8所示。

圖8 托架計(jì)算模型及應(yīng)力云圖

3.2.5 計(jì)算結(jié)果

整體模型各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 整體模型各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果匯總表

結(jié)果表明，托架各構(gòu)件強(qiáng)度剛度均滿足要求。

3.2.6 撐桿穩(wěn)定性計(jì)算

由前述計(jì)算模型調(diào)取:支架撐桿（2工25a）最大軸壓應(yīng)力為57.5MPa，最大彎應(yīng)力為22.8MPa。

按兩端鉸接計(jì)算，撐桿計(jì)算長度為

撐桿回轉(zhuǎn)半徑為

則長細(xì)比為

查表可知

其抗彎壓穩(wěn)定性

滿足要求。

3.3 錨筋、剪力鍵及牛腿驗(yàn)算

錨筋、剪力鍵及牛腿布置如圖9所示。

圖9 牛腿及錨筋布置圖（單位：mm）

經(jīng)上述計(jì)算求出托架自身構(gòu)件的邊界支反力:N＝265.0kN；V＝413.4kN；考慮實(shí)際情況，驗(yàn)算牛腿及錨筋時(shí)偏安全地合理考慮一定的抗彎約束剛度，再帶入上述托架自身模型中求出邊界處存在一定的彎矩M＝139.0kN·m。

錨筋、剪力鍵及牛腿布置如圖9所示。

3.3.1 錨筋抗彎拉驗(yàn)算錨筋最不利受力為

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010－2010）第9.7.2款計(jì)算

式中:fy為精扎螺紋鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；V為剪力設(shè)計(jì)值；N為法向拉力設(shè)計(jì)值；M為彎矩設(shè)計(jì)值；αr為錨筋層數(shù)的影響系數(shù)，三層取計(jì)算取0.9；αv為錨筋的受剪承載力系數(shù)，d為鋼筋直徑，取32mm；且不大于0.7；αb為錨板的彎曲變形折減系數(shù)；t為錨板厚度，取20mm；z為沿剪力作用方向最外層錨筋中心線之間間距；αb＝。經(jīng)計(jì)算的As＝3 373.3mm2，須布5根d＝32mm精扎螺紋錨筋，實(shí)際布設(shè)6根，滿足要求。

3.3.2 剪力鍵抗剪驗(yàn)算

剪力鍵承受最大剪力值為V＝413.4kN

則剪應(yīng)力

滿足要求。

3.3.3 牛腿構(gòu)件計(jì)算

采用Midas FEA有限元軟件對(duì)牛腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)部分析計(jì)算，如圖10所示。

圖10 牛腿計(jì)算模型及應(yīng)力云圖

經(jīng)計(jì)算，牛腿構(gòu)件（均采用20mm鋼板）應(yīng)力最大值為92.8MPa，滿足要求。

3.3.4 焊縫計(jì)算

1）牛腿支座結(jié)構(gòu)與錨板之間采用雙面角焊縫，焊腳尺寸為10mm。

連接焊縫應(yīng)滿足

實(shí)際連接焊縫長度

滿足要求。

2）托架結(jié)構(gòu)與牛腿連接焊縫。

托架結(jié)構(gòu)與牛腿之間采用單面角焊縫，焊腳尺寸為8mm。

連接焊縫應(yīng)滿足

實(shí)際連接焊縫長度

滿足要求。

綜上計(jì)算結(jié)果表明，新型全組拼式托架方案結(jié)構(gòu)受力明確，合理有效。實(shí)際施工效果如圖11所示。

4 結(jié) 論

經(jīng)實(shí)際施工驗(yàn)證，新型全組拼式0號(hào)塊施工托架操作可行，施工簡便。施工中應(yīng)著重注意以下幾個(gè)方面:預(yù)留孔道要精確定位并保證內(nèi)部暢通、安裝過程中對(duì)精軋螺紋鋼要嚴(yán)格保護(hù)、吊裝作業(yè)要控制好垂直度等指標(biāo)。

圖11 實(shí)際施工效果

綜上所述，新型全組拼式0號(hào)塊施工托架

1）設(shè)計(jì)合理，剪力盒抗剪，錨筋受彎拉，受力明確，充分發(fā)揮材料性能。

2）牛腿結(jié)構(gòu)簡易高效，安裝拆卸方便，且錨筋數(shù)量較大程度較小，工作量大幅減少。

3）埋件體積較小，對(duì)橋墩鋼筋綁扎干擾及混凝土澆筑質(zhì)量影響相對(duì)小得多。

4）同時(shí)施工中避免或減少了高空焊接等危險(xiǎn)作業(yè)，焊接質(zhì)量及安全性得以提高。

因此本方案合理可行，較之其他常見的方案具有一定的優(yōu)勢，值得推廣并進(jìn)一步研究優(yōu)化。

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