翠溪2号特大桥0#块托架设计与施工初论

摘　要：以翠溪2号特大桥0#块托架设计与施工为例，初步探讨了在托架选型、计算、施工中相对容易被忽视并可能增加施工风险的部分问题。

关键词：托架　设计　施工　计算

中图分类号：TU7

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）003-013-02

1 引言

目前国内高墩0#块施工大多采用托架，但托架形式过于雷同，并且在施工中因计算理论错误和加工失误出现了不少控制偏差。本文结合具体工程实例，从顺桥向托架平面内外失稳及施工便利方面探讨了托架的选型；从荷载理论组合与现场实际工况等方面的差异探讨了托架的相关计算问题，重点从计算思路上进行阐述；从托架安装等方面讨论了托架施工中容易被忽视的问题。

2 工程概况

翠溪2号特大桥位于政和县杨源乡黄淡坑村北向，上跨山间河沟及S202。桥面宽度为2?2米。左右幅桥桥孔均分三联布设，其中第二联为85+155+85米预应力混凝土变截面箱梁连续刚构。0#块下主墩高度均在60m以上，其中0#块长12m，梁高9.5m。

设计选型

在托架施工中，因三角形托架具有体积小，传力路径明确等优点，被广泛采用。设计优先考虑采用三角形托架。托架材料一般可采用制式构件如万能杆件等组拼，也可采用型钢加工，考虑本工程的特点，确定采用型钢加工。

三角托架主要由上弦杆、斜杆、预埋件、分配梁等组成。本工程在托架设计中遵循“受力明确、加工简单、安装方便、拆除安全”的原则。顺桥向托架上弦杆采用HN500?00??3型钢，斜杆采用D=426mm(%]=10mm)螺旋钢管，分配梁采用12m长HN500?00?0?6。

这里对斜杆的选择做了重点比选，首先是从平面内与平面外稳定性上分析，螺旋钢管因其平面内外上截面惯性矩相同因而能够确保托架平面外具有同等的稳定性，在安装时可以不用考虑或者不用过多考虑平面外的横向连接，因而减少了安装时的工作量和高空作业的安全风险。同时，对于传统的使用工钢或者槽钢作为斜杆，需要采用双拼加工来确保结构平面外不致失稳，因此大量的焊接工作对结构杆件造成无法定量的损伤。另外，考虑到边直段落地支架的施工，可将螺旋钢管进行倒用，因而从这个层面上讲使用螺旋钢管也节约了工程成本。

4 结构计算

4.1 荷载选取及组合

本结构计算参照《公路桥涵施工技术规范》中的支架强度

算和刚度计算的相关要求进行了荷载的选取与组合，同时参照《公路桥涵设计通用规范》将恒载分项系数选取为1.2，可变荷载分项系数选取为1.4。考虑到工程施工地位于河沟地带，风载作用明显，那么在本结构的三角托架计算中对顺桥向和横桥向的风荷载根据《公路桥涵设计通用规范》选取为0.45kn/m2，对横向分配梁、底模等未予考虑风荷载影响。

4.2 模型分析及计算

本结构计算采用Midas Civil6.7.1进行，在此只对顺桥向托架进行阐述，计算中遵循从整体到局部的原则，同时对部分梁单元的薄弱部分进行了局部分析。本计算中假定三角托架与墩身固结，对其节点的六个自由度均进行约束。上弦杆与预埋件之间按刚性节点进行处理，横向分配梁与上弦杆之间按不可压缩的弹性节点处理。

0#块浇注拟分两次进行，第一次浇注5m，第二次浇注4.5m。那么整个计算理论上应该分这两个工况进行，但是第一次浇注完成后混凝土强度对第二次浇注的计算工况有较大影响。如果混凝土强度达到设计要求，那么整个第一次浇注的混凝土将与托架成为一个重新组合的结构参与受力。同时考虑到两次浇注的混凝土的龄期间隔不能太长，那么在第一次浇注的混凝土强度还未完全增长的前提下，第一次浇注的墩顶混凝土与悬臂部分的混凝土之间的联系还比较弱，有可能造成在第二次浇注的时因托架变形过大悬臂本分混凝土开裂。为避免上述情况发生，此处按一次浇注荷载取值，同时也作为安全储备　以上计算过程中，横梁最大正应力单元为34号，为-84.21MPa，应力水平满足规范要求，同时各单元位移均满足规范要求。在腹板内侧的托架所受支承反力极小（10.1kn），基本可以忽略。但考虑到混凝土在浇注过程中的流动性和混凝土的扩散角作用，其腹板荷载会向远离腹板方向传递，导致此处托架受力实际大于理论计算值，因此此处托架不宜取消。

托架计算：

横向分配梁支点反力，即为托架节点荷载，且最大支反力出现在最外侧。严格意义上讲每根横向分配梁的最外侧支点反力都是不同的，但因为进行了荷载等效假定，此处认为是一致的。　以上建模计算过程中，单元1(上弦杆)正应力为123.44MPa，单元2（斜杆）正应力为-47.2MPa(受压)应力水平满足规范要求，托架整移和上弦杆各单元位移均满足规范要求。

斜杆稳定性计算：

这里还需对容易忽视的斜杆稳定性进行验算，因在Midas建模中并未进行屈曲计算，在手算过程中应特别注意长度系数%e的取值，这里将斜杆选择为一端自由一端固定状态，长度系数因此取2。

焊缝、螺栓连接计算：此处略。

5 托架安装

(1)在0#块钢筋邦扎过程中对托架的受力牛腿进行预埋，严格确保各构件相对尺寸。对上弦杆预埋件通过通长型钢进行对拉连接，以克服水平拉力。

(2)在塔吊、倒链的配合下，将单片托架调整就位，并在临时固定后进行焊接，全部安装到位后进行整体联结。安装托架时将托架顶部调整到同一水平面上，以便支架安装并保证托架均匀受力，确保安全。

(3)三角架安装完毕后进行其上的横向分配梁安装，此环节主要防止HN500型钢倾倒，通过焊接斜撑消除此风险。另外，需考虑横梁及以上模板系统的拆除措施，此处通过设置砂箱作为拆除的卸落支承点。

(4)在托架加工、安装过程中均对各焊接点和焊接件进行必要的仪器探伤，从而确保结构安全。

6 托架预压

根据本工程特点可以通过塔吊，使用比较传统可靠的堆码砂袋方法预压。同时也可使用在底模上铺设纵、横垫梁后通过千斤顶辅以钢绞线进行张拉预压。两种方法各有优劣，堆码砂袋法耗时较长，但比较可靠，安全风险小。采用千斤顶张拉预压，对本程而言因荷载较大，需采用较大垫梁，运输安装难度大，但吊装速度较快。经综合比较最终确定采用堆码砂袋法预压。

按照0#块悬臂端重量的1.2倍，进行分级预压，墩顶部分荷载可以不必考虑。在预压过程中分级进行监测，通过数据分析得出弹性变形和非弹性变形。预压完成后将预压变形值与理论值进行比较，托架刚度满足要求。

7 结束语

目前该桥已成功高效的完成了0#块的整体现浇施工，结构的实测变形情况和用Midas Civil6.7.1软件计算结果比较吻合，同时该桥的外观无明显缺陷和裂纹产生，表明设计合理、计算正确以及本托架结构体系的可行性。

考文献：

[1]　公路桥涵施工技术规范.JTJ041-2000[S].

[2]　公路桥涵设计通用规范.JTG D60-2004[S].

[3]　公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.JTG D62-2004[S].

[4]　路桥施工计算手册[S].

[5]　公路桥涵钢结构及木结构设计规范.JTJ025—86[S].