匡志強

文章以天峨龍灘特大橋引橋（72+135+72） m橋跨連續(xù)剛構為例，針對高墩長懸臂0#塊施工托架設計以及預壓工藝難點問題，提出一種裝配式托架結構以及高墩原位預壓方式，并應用Midas Civil有限元軟件對托架結構及預壓進行仿真分析，驗證托架結構的剛度、穩(wěn)定性，避免了大量高空焊接作業(yè)且操作簡便，具有良好的效益，可為相關類似工程提供參考借鑒。

0#塊;托架設計;Midas Civil有限元軟件驗算;預壓

U445.55+9A281013

0 引言

0#塊施工是大跨徑連續(xù)剛構橋梁的一個重要施工步驟，采取合理的托架設計方式及預壓方法是保障0#塊施工安全及質量的關鍵。本文以天峨龍灘特大橋引橋（72+135+72） m橋跨連續(xù)剛構為例，對該工程高墩長懸臂0#塊施工托架以及預壓進行了系統(tǒng)設計及驗算，提出了一套安全可靠、施工便捷的0#塊托架施工方法，有效保證了高墩長懸臂0#塊施工安全和質量。

1 簡要概況

天峨龍灘特大橋是南丹至天峨下老高速公路的控制性工程，大橋位于河池市天峨縣境內，跨越龍灘庫區(qū)，位于龍灘水電站上游6 km處。天峨龍灘特大橋全長2 488.55 m。其中主橋長624 m，采用上承式勁性骨架混凝土拱橋方案，計算跨徑600 m，主橋兩側為（72+135+72） m橋跨預應力混凝土連續(xù)剛構+40 mT梁。

（72+135+72） m橋跨預應力混凝土連續(xù)剛構為左右分幅布置，單幅橋寬為12 m，采用單箱單室截面。0#塊中心箱高為8.5 m，長度為15 m，墩身縱橋向厚度為6 m，0#塊兩端各懸挑4.5 m。0#塊下部結構主墩均為空心薄壁墩，最大高度為116.22 m。

2 0#塊托架設計

2.1 設計原則

（1）0#塊混凝土澆筑分兩次進行，但托架荷載設計按0#塊一次澆筑完成，進行加載驗算，驗算結果偏安全。

（2）盡量減少托架高空拼裝、焊接作業(yè)。

（3）改變常規(guī)托架牛腿預埋方式，避免對墩身大型模板割孔損傷。

2.2 托架總體設計及施工

托架采用雙拼Ⅰ40 b工字鋼焊接成三角承重桁片，橫橋向按4道進行布置。三角桁片底部設置抗剪牛腿伸入提前在墩身內預埋的鋼盒形成下部牛腿受力支點，主要承擔豎向荷載;三角桁片頂部采用精軋螺紋鋼進行對拉，形成受力結構。托架三角桁架片在地面現(xiàn)場焊接完成后，利用塔吊整體起吊，托架安裝就位后及時安裝對拉精軋螺紋鋼并進行張拉初緊。

在三角桁片托架上橫橋向鋪設型鋼作為橫向承重梁。模板采用定制鋼模。內模頂板支撐采用盤扣式鋼管支架作為支撐體系，立桿采用60型鋼管，水平桿采用48型鋼管，斜桿采用33型鋼管搭設。支架縱橫向間距為90 cm×90 cm，立桿水平桿步距高度為1.5 m。

2.3 托架下牛腿及預埋鋼盒設計

牛腿結構由三角桁片下牛腿、鋼盒和精軋螺紋鋼組成，鋼盒與精軋螺紋鋼為墩身預埋件，墩柱施工過程中測量定位預埋件位置，并在相應標高墩柱施工時進行預埋件施工，鋼盒預埋深度為40 cm，精軋螺紋鋼預埋深度為70 cm。[2]采用20/6 mm鋼板焊接而成的預埋鋼盒，同時設置角鋼增強與混凝土錨固連接，牛腿采用雙拼40b工字鋼，工字鋼腹板加焊10 mm厚鋼板，增強抗剪能力。

3 托架仿真分析計算

3.1 計算分析說明

計算按容許應力法進行計算，應力標準如下所示：

Q235C鋼：[σ軸]=140 MPa，[σ]=145 MPa，[τ]=85 MPa。

連接：各桿件用梁單元;桿件之間的連接采用剛性連接，牛腿預埋位置采用一般支承。

荷載：混凝土重按壓力荷載計，混凝土容重取26 kN/m3，人員機具及混凝土傾倒及振搗取3 kN/m3，模板荷載按0.75 kN/m2計算，托架結構自重由軟件自動計算。各荷載通過計算采用梁單元荷載的疊加方式進行模擬。

計算荷載工況：0#塊混凝土分兩次澆筑，第1次澆筑至離底板4.5 m高處，第2次澆筑剩余部分。計算時按0#塊一次澆筑完成工況，施加荷載，計算結果偏安全[3]。

計算荷載=托架結構自重+施工人員機具荷載+模板荷載+0#塊混凝土荷載。

3.2 計算結果（圖1）

3.2.1 強度

主要構件最大應力計算匯總如表1所示。

托架強度滿足要求。

3.2.2 剛度

主要承重構件撓度變形情況如下：

三角承重桁片最大撓度變形2.11 mm

橫向Ⅰ32工字鋼分配量13.12 mm

托架剛度滿足要求。

3.2.3 穩(wěn)定性

托架結構整體穩(wěn)定屈曲分析最小臨界特征值為23.9>4，整體穩(wěn)定性滿足要求。

4 托架預壓

4.1 預壓設計原則

（1）采用原位預壓，驗證托架安全性以及消除部分非彈性變形。

（2）預壓加載荷載按托架承受荷載110%考慮，加載位置進行優(yōu)化調整，使加載時托架受力盡量與實際接近。

（3）考慮操作簡便。

4.2 預壓設計

由于墩身高度較大，最大高度為116.22 m，從安全、經(jīng)濟角度考慮，在墩頂設置反力架，通過千斤頂反頂實現(xiàn)托架預壓，反力架通過提前在墩頂墩身內預埋的精軋螺紋鋼錨固[4]，精軋螺紋鋼以≤75%抗拉

強度設計值進行控制。如圖2所示。

施工特點：（1）反力架提前制作加工，整體吊裝，安全高效;（2）反力架通過墩頂預埋精軋螺紋鋼錨固，裝拆方便。

4.3 預壓荷載及加載順序

預壓荷載主要根據(jù)0#塊托架牛腿計算反力采用等效節(jié)點荷載進行模擬施加。在計算結果分析中，采用1.1倍荷載系數(shù)進行分析[5]。

預壓系統(tǒng)由托架、反壓架體及千斤頂組成。荷載預壓試驗采用分三級的方式進行加載。

卸載過程同樣分三級進行，當卸載至每一級荷載時，即110%、100%、50%、0荷載時，均觀測一次，觀測記錄好數(shù)據(jù)后，開始繼續(xù)卸載，直至完成卸載。

單個加載點荷載施加如表2所示。

5 結語

天峨龍灘特大橋引橋（72+135+72） m橋跨連續(xù)剛構0#塊托架方案設計，通過理論仿真計算分析設計，同時結合工程設計特點，提出了一套安全可靠且高效的0#塊設計及施工工藝，主要存在如下優(yōu)點：

（1）采用預埋鋼盒+帶剪力牛腿三角承重桁片的架體結構，該結構可以在廠內先加工制作成成品單元件，在現(xiàn)場進行安裝，有利于保障托架結構加工制作質量，減少了高空作業(yè)，降低了安全風險。

（2）托架采用Midas Civil有限元軟件進行整體建模，根據(jù)各項荷載情況在對應部位進行準確加載并運算分析，驗算托架結構強度、剛度及穩(wěn)定性符合要求。同時結合托架計算反力情況，模擬預壓加載，使預壓加載情況下托架受力更貼合實際情況。

（3）常規(guī)0#塊托架采用在承臺埋設螺紋鋼利用鋼絞線張拉方式或采取吊裝沙袋或預壓塊實物進行預壓。由于本工程0#主墩墩身最高達到116.22 m，墩身較高，若采用在承臺埋設螺紋鋼利用鋼絞線張拉方式會導致鋼絞線張拉伸長量過長，千斤頂張拉行程不夠從而需要多次張拉問題，張拉作業(yè)麻煩，材料浪費較大。若采取吊裝沙袋或預壓塊實物進行預壓，高空吊裝作業(yè)量極大，存在較大的安全風險。而通過采取在墩頂設置反力架，利用千斤頂反頂實現(xiàn)托架預壓，較好地避免了上述問題。

[1]周彥文，汪泉慶，孫 鵬.大跨徑連續(xù)梁0號塊托架結構設計及預壓施工[J].世界橋梁，2019，47（3）：32-37.

[2]黃小良.萬盛特大連續(xù)剛構橋0號塊托架設計與承載力分析[J].公路，2014，59（11）：97-101.

[3]張開順.大跨連續(xù)剛構橋0號塊托架設計與施工技術[J].公路交通技術，2012（2）：52-54，61.

[4]王海軍，王朋飛.超百米高墩連續(xù)剛構橋0號塊支架反力法預壓技術[J].珠江水運，2020（10）：84-85.

[5]JTG/T 3650-2020，公路橋涵施工技術規(guī)范[S].