连续钢构桥高墩边跨现浇段托架设计

刘晓青

摘 要：六六高速公路夹岩特大桥第11孔至13孔采用（75+140+75）m预应力混凝土连续刚构跨越山间沟谷溪流，11#和14#过渡墩高度达55米和77米，造成边跨现浇段混凝土箱梁施工相当困难，通过设计安装边墩顶三角托架完成3.85m梁段现浇施工。

关键词：连续刚构桥；高墩；现浇；托架设计

中图分类号：U448.23 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0083-03

1 前言

目前，预应力混凝土连续刚构（或连续梁）边跨现浇段主要施工方法有：满堂支架法、膺架法、导梁法、墩顶托架法以及挂篮法等。导梁法、挂篮过渡法近适用于先中跨后边跨合龙的桥梁，同时还应经设计单位认可。具体采用哪种方法要根据桥墩的高度、现浇段的悬臂长度、荷载大小等因素结合工程实际情况灵活选择。但对于山区高墩大跨桥梁应优先选用墩顶托架法和挂篮法。

2 工程概况

贵州省六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段夹岩特大桥长1099.08m，桥梁宽度为2-12.0m，主桥上部为（75+140+75）m三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，采用分离的上、下行独立的两座桥进行设计，单幅单箱单室截面，箱梁高度从跨中为3.2m，支点处箱梁中心梁高8.4m，梁底按1.8次抛物线变化。主桥箱梁在中墩对应桥墩薄壁位置设计4个中横板，厚度各为0.7m；中跨跨中设置0.5m的跨中横隔板，边跨端部设厚度为1.5m的横隔梁，其余部位不设横隔板。箱梁在横桥向底板保持水平，腹板竖直，顶板设横坡，单向横坡通过内外侧腹板高度来调整。箱梁顶板厚度为0.28m；底板厚度由跨中的0.32m按1.8次抛物线变化至根部的1.0m；箱梁腹板厚度由根部至跨中分别采用0.7m、0.55m、0.45m。

（75+140+75）m预应力混凝土变截面连续刚构主要采用挂篮悬浇施工，设计桥梁合龙顺序为先边跨后中跨。边跨现浇段长度为3.85m，悬臂2.0m，由于11号和14号过渡墩高度分别达77m和55m，常规的支架法现浇施工是无法进行的，经反复比较，最终边跨现浇段采用在过渡墩单侧设置三角托架施工方案。

3 托架方案设计

3.1 方案概述

边直段施工托架结构由以下几个部分组成：模板（竹胶板）、纵向方木、横向方木、碗扣支架、横向工字钢分配梁、三角托架、预埋件及牛腿等几部分组成，如图1所示。分配梁采用32b工字钢，托架采用三角斜腿结构形式，每组采用2-36b工字钢及2-32b槽钢组焊而成，共设2组。托架上放置横向分配梁32b工字钢，间距按照60cm布置。分配梁上放置碗扣支架、横向150×100mm方木、纵向100×100mm方木和1.5cm厚底模板的竹胶板。

2-36b工字钢纵梁通过精轧螺纹钢拉在墩身上，托架斜腿上端焊接在2-36b工字钢纵梁上，下端则采用螺栓连接在预埋于墩身的预埋件上。

3.2 托架荷载分析

托架承受所有边直段悬臂于墩外的混凝土荷載，以及模板及施工机具荷载。边直段悬臂于墩身外部的部分主要有变截面断面，如图2所示。

由图2可以看出，边直段为变截面箱梁，腹板厚度从450mm逐渐增大到950mm，而底板厚度则从320mm增大到820mm，顶板中间位置高度从280mm增大到780mm，而箱室外轮廓尺寸不变。

3.3 荷载确定

箱梁混凝土根据确定的方量进行计算，钢筋混凝土的容重按2.65t/m3取值，施工人员及设备荷载标准值1kN/m2，浇筑和振捣混凝土时产生的荷载标准值2kN/m2，混凝土超灌系数按1.05取值，倾倒荷载荷载标准值4kN/m2，底模与侧模均采用1.5cm厚的竹胶板及方木（背带），模板及支撑的荷载系数按混凝土重量的0.1倍取值。

那么Am2混凝土梁面积上的荷载是：

N=[Am2×高度hm×26.5kN/m3×1.05×1.1+Am2×（1kN/m2+2kN/m2+4kN/m2）]

=（30.6Ah+7A）kN

3.4 碗扣支架受力计算

因为碗扣支架的间距和步距均为0.6m，所以腹板下碗扣支架立杆承受的荷载最大，轴力N=（30.6Ah+7A）=（30.6×0.6×0.6×3.2+7×0.6×0.6）=37.8kN<[N]=40kN，能够满足受力要求。

3.5 方木受力计算

横向方木直接放置在碗扣支架顶端，在腹板下受力最大，荷载大小q=（30.6Ah+7A）÷0.6=（30.6×0.6×0.6×3.2+7×0.6×0.6）÷0.6=63.0kN/m。

弯矩：M=63×0.62÷8=2.83KNm

弯曲应力：σ=2.83÷0.375=7.55MPa<[σ]=12MPa，满足受力要求。

纵向方木在混凝土箱梁的腹板下间距是20cm，其余地方则是30cm。腹板处箱梁高度是3.2m，而顶底板处最大厚度是1.6m。腹板下纵向方木荷载q=（30.6Ah+7A）÷0.6=（30.6×0.2×0.6×3.2+7×0.20×0.6）÷0.6=21.0kN/m

弯矩：M=21.0kN/m×（0.6m）2÷8=0.95kNm

弯曲应力：σ=0.95÷0.167=5.7MPa<[σ]=12MPa，满足受力要求。

3.6 横向工字钢计算

横向工字钢32b的间距是60cm，放置在托架上，承受底模直接传递的荷载，由于箱梁在墩身外部分是变截面结构，而横梁间距又是一样的，因此只需要计算靠近墩身的一根横向工字钢分配梁的受力即可。根据箱梁断面可以得出荷载图示如图3。

通过利用maids建模计算，计算结果见图4，工字钢分配梁的最大变形均不超过10mm。工字钢分配梁的最大应力是123MPa，小于容许值150MPa，能够满足要求。

3.7 托架计算

托架主要承受横向工字钢分配梁传递的荷载。由于托架上的横向分配梁工字钢是均布放置，因此托架可以按承受混凝土箱梁的均布荷载进行计算。而混凝土箱梁在墩身外部分是变截面，因此托架承受的荷载为梯形荷载。

根据边跨直线段的箱梁两个断面尺寸可知，靠近墩身截面的箱梁面积是17m2，而边直段端部的截面面积是10m2。计算出其均布荷载值在这两个断面的线荷载值分别是：靠近墩身线荷载（一个托架承受的）：17×26.5×1.4×1.05×1.05）÷2≈348kN/m，端部线荷载（一个托架承受的）：（10×26.5×1.4×1.05×1.05）÷2≈205kN/m，托架结构计算：通过利用maids建模计算，将工字钢按1根进行，计算结果除以2才是实际变形和应力。力学计算模型及托架底部支反力如图5，托架的变形如图6，托架的杆件应力计算结果如图7和图8。

托架的实际变形及应力计算：

托架纵梁的最大变形是6mm÷2=3mm，能够满足要求。

托架纵梁的最大应力是240MPa÷2=120MPa，小于容许值150MPa，能够满足要求。

托架斜腿及豎腿最大应力是109MPa÷2=54.5MPa，小于容许值150MPa，能够满足要求。

斜腿的最大水平力大小是31t，竖向力最大是120t。

三角托架上端的拉力31t采用2根直径32mm的精轧螺纹钢拉在墩身内，下端的120t支反力通过8颗10.9级的M30螺栓连接在墩身的预埋件上，单颗螺栓能够承受24t的剪力，那么8颗共计可承受192t的剪力，足够满足120t的承载要求。

托架的斜腿承受轴心压力荷载。最大应力是109MPa。托架斜腿是2-32b槽钢口对口组焊而成，把斜腿折算为箱形钢，截面特性见图9。

斜腿长度480cm，λ=480÷7.16=67，

查表得稳定系数φ=0.769。

斜腿的轴心受压应力109MPa<0.769×215=165MPa，能够满足要求。

3.8 托架安装注意事项

预埋螺纹钢时，一定要在螺纹钢断面不同位置放置至少3层钢筋网，钢筋网的高度不小于1m，且一定要保证浇筑螺纹钢周围混凝土要一次性完成，包括墩顶垫石的浇筑在一起。螺纹钢在墩壁位置同样采用木盒留出至少14cm长的孔洞，以便安装螺纹钢连接器，且保证连接器全部在孔洞内。

预埋上下预埋件时一定要保证上下的相对位置关系，且保证预埋件周边的混凝土要浇筑密实。上部的精轧螺纹钢预拉力按10t控制即可。

两组三角托架安装完成后，要用不小于25b的槽钢将其交叉焊接起来，使之形成一个整体。

4 结语

受山区峡谷地形限制，山区连续刚构桥梁常具有高边墩的特点。通过优化设计，然后采用三角托架施工边跨现浇段，达到了降低施工风险、缩短工期、改善结构受力、减少施工成本的效果，为山区刚构桥高大边跨的设计施工提出有益的参考。

参考文献

[1]张磊.悬空托架在连续刚构桥边跨现浇段施工中的应用[D].长安大学，2012.

[2]史维杰.预应力在高墩托架预压中的应用[J].工程科技，2007，（1）：37-42.

[3]李凯.导梁法和托架法在连续钢构桥边跨现浇段施工中的分析研究[J].四川建材，2014，（3）：212-213.