连续箱梁挂篮悬浇0号段托架设计及控制技术

摘要：结合具体施工案例，详细阐述了高墩悬浇连续箱梁0号段托架的方案比选，托架设计,托架施工关键技术措施，同时对托架结构进行了力学检算，确保托架结构安全可靠，对同类项目的施工具有一定的参考价值。

关键词：悬浇连续梁0号段托架设计 受力检算施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

1工程概况

绿豆坡特大桥位于湖南省浏阳市镇头镇境内，跨浏阳河的一条支流及S211省道。桥梁全长1149.3m，中心里程为DK872+851.88，孔跨布置为1-24m简支梁+9-32m简支梁+1-24m简支梁+10-32m简支梁+1-（40+56+40）m连续梁+10-32m简支梁。特大桥跨越S211省道设计为（40+56+40）m连续梁，采用挂篮悬臂浇筑法施工。

连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12m，箱梁底宽6.7m。中间支点处梁高4.35m，跨中10m直线段及边跨17.75m直线段梁高为3.05m。顶板厚度除梁端附近外均为40cm；底板厚度40至80cm，按直线线性变化；腹板厚48至80cm，按折线变化。

0号段是悬浇连续箱梁施工的关键工序，其工艺复杂，施工质量要求高，故对托架的稳定性、安全性及经济性均提出了很高要求。本文根据绿豆坡特大桥成功施工作为工程背景，对0号段托架的设计及施工工艺技术作了阐述，以与同行共勉。

2托架方案的比选

托架不仅作为支立模板的依托，还需要承受0号段施工时产生的荷载，要满足强度及稳定性、经济合理、便于施工等要求。托架的结构设计需与0号段的施工方案相适应，如果分两次浇注0号段时，托架所要承受的荷载比一次浇注成型所承受的荷载要小许多，托架也就更为节省材料。但分两次浇注会出现上下两层混凝土收缩差及水平施工接缝问题。由于0号段钢筋及波纹管密集，分两次施工时在接缝的处容易堆积松散粗骨料，难以处理，形成空洞及结构受力薄弱环节。为了确保施工质量，决定采用一次浇注成形技术。

采用一次浇注成型技术，托架一般采用斜腿支撑技术或落地支架，因本桥主墩墩高达25.5m，落地支架不仅存在施工难度大，所需材料多，且易产生较大沉降量，稳定性差，施工质量难以保证，经项目部进行综合分析及评价，托架最终采用斜腿支撑技术。

3托架的设计及施工

3.1托架的结构设计

托架纵向每侧设5道斜撑，横向每侧设2道斜撑。斜撑采用2I32a工字钢，纵梁与斜撑连接采用焊接，并加焊一块加劲钢板。纵向中间三道斜撑下端支撑处需承受较大的荷载，如采用预埋钢板焊接的办法，不仅安装斜腿时焊接工程量大，焊接质量要求较高，且施工时质量控制难度大，决定斜撑下端采用精轧螺纹钢固定，加固工字钢采用2根I40a工字钢，并用钢板将2根工字钢连接。其余斜撑下部采用预埋钢板焊接的办法。

托架水平梁采用2I40a工字钢，水平梁上方横梁采用I40a工字钢，横梁间距为60cm，以与其上的碗扣式支架立杆间距相适应，共设7道。详细结构见图1所示。

图1托架支撑布置图

3.2托架施工

（1）三角托架施工

①锚固钢板、工字钢

施工前加工12块40×80×2cm钢板，在每块钢板上按照图示位置焊接钢筋，墩柱施工时准确预埋。纵向中间斜支撑下端按附图示位置预埋螺栓孔，螺栓孔直径为5cm。施工时首先对穿4根5.2m长Ⅱ32精轧螺纹钢筋，然后用精轧螺母在墩柱两侧锚固I40a工字钢，最后对精轧螺纹钢筋施加500kN张拉力。

②托架上部水平梁

三角托架的上部水平梁由双肢I40a焊接组合而成，单根长4m。施工前用连接钢板把两根I40a连接在一起。连接钢板上下各3块，尺寸为30×30×1cm。施工时切好端部位置，然后用塔吊起吊，人工配合就位，直接把端部焊接在锚固钢板和牛腿上，工字钢顶底部各用4块三角形钢板加强焊接。焊接时必须确保工字钢轴线与锚固钢板面垂直。

③斜撑

三角托架的斜撑由双肢I32a工字钢钢焊接组合而成，单根长3m。施工前用连接钢板把两根I32a组合在一起。连接钢板上下各3块，尺寸为25×25×1cm。施工时按照45°角处理两端，然后用塔吊起吊，人工配合就位，把两端部分别焊接在锚固钢板和水平梁下连接钢板上。焊接时必须确保斜撑轴线与水平梁轴线处在同一个竖直面内。

④稳定措施

托架安装结束后，用[10a对墩柱两侧的托架进行连接成整体，确保稳定。

（2）底模平台

在托架水梁上横桥向按照60cm等间距布置7根I40a工字钢横梁作为底模系统受力平台，每根工字钢长14m。

（3）底模支架

①支架立杆位置放样

用全站仪放出箱梁中心线，然后用钢尺按照60×60cm放出底座十字线，并标示清楚。

②安放底座

按标示的底座位置先安放底座，然后将旋转螺丝顶面调整在同一水平面上。

③安装立杆、横杆和上托座

从一端开始，安装底层立杆和横杆，调整立杆垂直度和位置后并将碗扣扣紧，最后安放上托，并依设计标高将U型上托座调至设计标高位置。

④安放方木、铺底模

在上托座调整好后铺设纵向15×15cm方木，铺设时注意使其两纵向方木接头处于U型上托座上，接着按20cm间距铺设横向10×10cm方木，根据放样出的中线铺钉涂塑板做为箱梁底模。

⑤侧模

侧模采用组合钢模组成，施工时现在组装成型，采用塔吊吊装就位。采用侧模夹底模的加固方式。

（4）托架预压

用塔吊吊运预压砂袋到指定位置从一端向另一端预压（从低处向高处预压），按每平方米的预压袋的数量堆码整齐（注意在变形观测点处预留空隙，以便竖塔尺）。

从预压袋加载完成后每12小时观测一次，将观测的数值记录到变形观测表内，在变形稳定后，卸载前和卸载完成后各观测一次。

通过预压测定底模及支架的弹性变形（非弹性变形已消除），对底模标高进行调整，两个测点之间数据用内差法进行处理。

4.支架受力检算

4.1连续梁0号段自重荷载及其它荷载取值

①砼自重

0号段为变截面结构，墩中心处截面尺寸为最大，托架受力检算以此截面进行荷截取值，结果趋于安全。0号块墩中心高度为4.35米，底板宽6.7米，顶板宽12米，腹板厚80cm。经计算，纵向每延米半幅底板、顶板砼为3.29m3，腹板为3.48m3，翼板为1.22m3。

钢筋砼容重按26kN/m3计算。

②模板自重（含内模、侧模及支架）荷载：3kN/m3。

③施工人员、施工料具堆放、运输荷载：1kN/m3。

④倾倒混凝土时产生的冲击荷载：2kN/m3。

⑤振捣混凝土产生的荷载：2kN/m3。

4.2顶部碗扣件受力检算

对于碗扣支架而言，腹板以下立杆承受的轴向压荷载为最大，腹板下横截面每处有两根立杆承受荷载，立杆纵向间距为0.6cm，单根立杆承受的轴向压力计算：

N=[（4.35×26+3+1+2+2) ×0.8×0.6]/2=29.1KN＜30KN。所以满足要求。

4.3底模下横梁检算

横梁与碗扣式支架立杆一样间距为0.6m，I40a工字钢查型钢表得：Ix=21720cm4；Wx=1090cm3； A=86.1cm2。

（1）荷载

底板下及翼缘板荷载按均布荷载进行计算：

底板下q1=[(3.29+3.48)×26/(6.7/2)+（3+1+2+2)）×0.6=57.3KN/m。

翼板下q2=[1.22×26/2.65+（3+1+2+2)）×0.6=16.8KN/m。

（2）受力分析

图2横梁受力计算图

由受力计算图可得最大弯矩为58.99KN.m；最大剪力为78.47KN。

（3）刚度、强度验算：

弯拉应力：σ=Mmax/W=58.99×103/（1090×10-6）=54.1MPa＜[σ]=180MPa

剪应力：τ=Qmax/A=（78.47×103）/（86.1×10-4）=9.1MPa＜[τ]=100MPa

挠度：f=3.29mm＜L/400=8mm（满足要求）

4.4三角托架计算

①上部水平梁

由图2可得上部水平梁所承受荷载为7个165.5KN的集中荷载。受力分析图如下：

图3三角托架受力计算图

经受力计算图可得最大弯矩为347.55KN.m，最大剪力为496.5KN。

弯拉应力：σ=Mmax/W=347.55×103/（2×1090×10-6）=159.4MPa＜[σ]=180MPa

剪应力：τ=Qmax/A=（496.5×103）/（2×86.1×10-4）=28.8MPa＜[τ]=100MPa

挠度：f=6.8mm＜L/400=8mm

②斜撑计算

由图3可知，斜撑承受轴向压力，其大小为：

NCD=896.97/COS45°=1268.5KN

CD斜撑为2I40a，Ix=21720cm4；Wx=1090mm3；A=86.1cm2；回转半径r=15.9cm；长3.25m，杆件长细比λ=L/r=3250/159=20.4。

查表得稳定折减系数=0.957

σ=N/A=1268.5×103/（0.957×86.1×10-4×2）=76.8MPa＜[σ]满足要求。

③JL800精轧螺纹钢检算

精轧螺纹钢抗剪应力[σ]=450MPa，A36=3.14×182=1017.4（mm2），CD斜杆作用于螺栓的总剪力为896.97kN。

则单根精轧螺纹钢承受的剪应力为：τ=Qmax/A=（896.97×103）/（4×1017.4×10-6）=220.4MPa＜[τ]=450MPa

④牛腿检算

由图3可得托架牛腿承受的剪力为251.8KN。牛腿由两块15mm梯形钢板组成，与预埋件双面满焊，焊缝长40cm，则牛腿的焊缝剪应力为：

τ=251.8×103/（0.7×0.015×0.4×4）=15.0MPa＜fwv=125MPa

5结论

通过对托架、支撑体系计算，其强度、刚度、稳定性均满足设计要求。

6结束语

根据本桥的结构特点，经技术及经济等方面的综合比选，0号段施工采用了斜撑的托架方案，并精心设计，严格组织施工，0号段比计划工期提前17天完成，比原预算成本节约56万元。在0号段施工期间，支架稳定牢固，确保了的施工质量及安全，体现了采用的托架结构是技术先进、经济合理的，为今后相类工程施工积累了经验。

参考文献

[1]余丹丹・道路与桥梁施工技术[M]・北京：中国水电水利出版社，2011，01。

[2]张彬・桥梁工程施工技术详解[M]・北京：机械工业出版社，2012，10。