重载铁路连续刚构0号段托架施工技术.doc

重载铁路连续刚构0#段托架施工技术刘小锋（中铁十七局四公司中南通道5标桥分部 山西省石楼县 032500）摘要：本文以预应力混凝土连续刚构施工理论为基础，针对龙交河大桥(48+80+48)m预应力混凝土连续刚构0#段实际施工，分析了0#段施工所面临的问题，提出了采用托架法进行施工，并且探讨了托架法施工对本桥0#段施工的优点及可行性。首先根据本桥0#段的相关设计要求对托架法施工进行方案设计；然后对外托架设计方案进行全方位的受力分析及检算，论证该托架设计方案在理论上的可行性；最后对按方案要求安装就位的托架进行现场预压，实践证明该托架方案达到了运用于实际施工的要求。关键词：连续刚构、托架、施工、设计1、工程概况山西中南部铁路通道龙交河大桥(48+80+48)m预应力混凝土连续刚构起止里程DK199+151.77DK199+329.47，全长177.7m，梁体总重8403t。本桥为双线轴重30t的重载铁路桥梁，全部位于直线上，设计坡度为5.7。箱梁为单箱单室、直腹板、变高度、变截面结构，中支点处梁高6.5m。主梁共47个梁段，其中0#梁段12m，顶板宽度为11.4m，厚1.0m，局部变薄为0.5m；底板宽7.6m，局部变窄为6.6m，底板厚度由1.0m变化至0.92m；腹板厚度由1.6m变化为1.1m；横隔板厚1m，设置过人孔。0#段顶面设2%的横坡，腹板设通气孔，翼缘板设泄水孔。0#段内设置纵、横、竖三向预应力筋体系。2、0#段托架法施工的优点及特点预应力混凝土连续刚构悬臂灌注法施工连续梁，0#段一般采用支架法或托架法进行现浇。因本桥主墩分别为51.5m和67m，若采用支架法施工，耗费钢管较多，搭设支架比较耗费工期及人力，且支架稳定性较差，支架受力后弹性变形及非弹性变形均较大，这对工程安全、质量都有极不利影响，而采用托架法施工则避免了这些不利因素。采用托架法施工，需经过严密的托架受力计算，且在托架安装完成后需进行预压，根据预压结果调整模板，设置预拱值后，方可进行0#段施工，可保证施工的安全和质量。3、托架的设计3.1外托架设计墩身施工时预埋钢板盒子，盒子与墩身钢筋焊接牢靠，精确定位，墩身钢筋如有切断应作补强；顺桥向穿两根25精轧螺纹钢预施1.2倍水平力。纵梁采用3片I32a工字钢，牛腿采用I32a工字钢，斜角34。在纵梁上横桥向铺设3道I20a工字钢作为分配梁，外支架为10槽钢整体桁架，在现场加工成整体，整体起吊安装，桁架需要设置两排对拉杆，以抵消水平分力。模板体系均采用木模，面板为厚度1.5cm的竹胶板，肋木为1010cm的方木。3.2内托架设计在桥墩横向每侧预埋两个I32a的工字钢牛腿，两侧纵梁在箱梁中心线处焊接接牢，以抵消相互的水平力。主纵梁上设置I20a工字钢分配梁，最大间距80cm，在分配梁上设置扣件钢管支架，注意扣件钢管支架必须设置可靠的剪刀撑，以抵消内倒角传过来的水平分力。托架具体结构详见图1。图1 托架结构示意图4、托架受力分析及检算梁部砼荷载，墩壁以上部分由墩壁承担，墩壁以外由外托架承担，墩壁以内由内托架承担。在此针对该托架设计方案中外托架进行全方位的受力分析及检算如下，其中荷载取混凝土容重：2.6t/m3；施工平台、防护等附属荷载：1kpa；施工荷载：2kpa，以下检算中已考虑。4.1桁架受力分析桁架采用双拼10槽钢，支对支焊接，间距100cm+3160+100，托架牛腿及纵梁采用3道I32a工字钢，分配梁采用3道I20a工字钢。第一次浇筑至悬臂部分底板上倒角，第二次浇筑完剩余部分。根据梁体截面形式，腹板处及底板处纵向断面，如图2。图2 荷载截面图根据断面形式，以桁架为支座，把方木梁当成整体作受力杆件分析如下：腹板处q=4.2426=110.24KN/m，实际取125KN/m；底板处q=3.326=85.8KN/m，实际取100KN/m。图3 桁架受力分析图根据图3分析得：方木梁整体最大弯矩为 21.8 KNm；方木梁整体最大剪力为 83.1KN；桁架受力最大的为（由左往右）43.2KN、165KN、162KN、162KN、165KN、43.2KN。4.2纵梁受力分析将I20a工字钢横梁当作整体杆件作受力分析，把桁架的支反力作为通过I20a工字钢横梁传递至纵梁的集中荷载。根据各桁架支反力得出20a工字钢横梁荷载分部及弯矩、剪力图，如图4。 图4 纵梁受力分析图根据图4分析得：20a工字钢横梁整体最大弯矩为 50.4 KNm；20a工字钢横梁整体最大剪力为111 KN；纵梁整体支反力为：259.2KN、222KN、259.2KN。4.3桁架简化受力分析把桁架简化成水平杆件，以3根20a工字钢分配梁为支点，进行受力分析：根据图2中腹板纵断面图中数据计算相应荷载计算如下：q1=（1.37+1.5）26=74.6KN/m，实际取85KN/m；q2=1.3726=35.6KN/m，实际取46KN/m；q3=1.1226=29.1KN/m，实际取40KN/m。根据图2中底板纵断面图中数据计算相应荷载计算如下：q1=（1.5+0.82+0.55）26=74.6KN/m，实际取85KN/m；q2=0.9226=24KN/m，实际取34KN/m。由以上计算计算结果得荷载分部、剪力及支反力图，如图5。图5 桁架简化受力分析图由图5得出腹板处每道分配梁支反力比为：44.2: 45.9 :50.1；底板处每道分配梁支反力比为：42.3: 36.4 :40.7。4.4托架检算根据图4纵梁受力分析结果，纵梁受力分别为259.2KN、222KN、259.2KN。由图5得腹板处3个集中荷载比例为：44.2: 45.9 :50.1；底板处3个集中荷载比例为：42.3: 36.4 :40.7。根据荷载分配比例及纵梁所受总荷载得受力分析，如图6。 图6 受力分析图根据图6知，底板中间部分最大弯矩值为35.2 KNm，最大剪力值为99 KN；由型钢截面特性知，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:I=11080cm4；W=692cm3；截面积为：S=67cm2。截面塑性发展系数取1.0，将截面惯性矩I、截面积S和截面抵抗矩W分别代入抗弯强度、抗剪强度和挠度计算公式得：抗弯计算：35.2106/692103=50.9Mpa；抗剪计算：991000/67100=14.8Mpa；挠度计算: 最大变形 v=1mm。由型钢截面特性及钢结构设计规范知，32a工字钢抗弯强度设计值为145Mpa；抗剪强度设计值为85 Mpa。所以托架抗弯强度、抗剪强度以及最大变形量均符合钢结构设计规范要求。4.5牛腿检算由型钢截面特性及钢结构设计规范知，32a工字钢截面积为67cm2，抗压强度设计值为85 Mpa；根据图6知，底板两侧最大支座反力为160KN，底板中间最大支座反力为131KN。牛腿检算计算式如下：抗压计算：1601.21000/67100=28.7 Mpa85Mpa；两侧托架单根精轧钢拉力：1601.51.22=64KN；中间托架单根精轧钢拉力：1311.51.22=52.4KN。4.620a工字钢横梁的检算在纵梁受力分析图4得出：20a工字钢横梁整体最大弯矩为50.4KNm；横梁整体最大剪力为 111KN。根据图5，按照3根横梁荷载分配比：42.3: 36.4:40.7得：单根最大弯矩为：50.440.7119.4=17.2Mpa；单根最大剪力为：11140.7119.4=37.8KN；由型钢截面特性知，20a工字钢截面抵抗矩为237cm3，截面积为35.5cm2得：抗弯强度计算：17.21000237=72.5Mpa；抗剪强度计算：37.81000/(35.5100)=10.7Mpa。由钢结构设计规范知，20a工字钢抗弯强度设计值为145 Mpa，抗剪强度设计值为85Mpa，比较得抗弯强度及抗剪强度均符合规范要求。4.7桁架拉筋的检算由托架方案知，每片桁架设置4道20精轧螺纹对拉筋；根据图4知桁架最大竖向力为259KN，换算水平力为：259100150=388 KN，每根对拉筋受力为3884=97 KN，由钢结构设计规范知，20精轧螺纹钢受力设计值为260KN，所以桁架拉筋符合规范要求。5、托架预压5.1托架预压目的为保证现浇梁的线型控制满足设计要求，应对托架进行预压，以检查托架的承载能力，减小和消除托架的非弹性变形。5.2托架预压方法托架预压采用加载法预压，预压的最大重量为箱梁混凝土自重的120%。加载时按照荷载的60%、100%、120%分三级加载。由本桥0#段外托架部分施工最大荷载为71.55t，第一次加载为施工荷载的60%，重量为42.93t；第二次加载为施工荷载的100%， 重量为71.55t；第三次加载为施工荷载的120%，重量为85.86t。5.3预压卸载第三级预压24h且变形观测稳定后开始卸载。卸载顺序与加载顺序相反，原则是后加载先卸，先加后卸，分级分批卸载，并观测弹性变形值。5.4观测方法托架搭设和顶面铺设平整后，在现浇梁段的悬臂端线路中线和左右侧位置的托架上，各设一处观测点。在首次加载前先观测一次，作为起始观测值，以后每加载完毕静停1小时观测一次，全部加载完毕，每3h观测一次，第三级预压24h且变形观测稳定后开始卸载，并逐级观测弹性变形值。非弹性变形值=加载前高程-卸载后高程；弹性变形值=卸载后高程-卸载前高程。根据加载及卸载的观测值记录数据计算得到相应变形量，如表1。表1 预压数据表里程预压前加载60%（1h）加载100%（1h）加载120%（1h）静载24h后卸载100%卸载60%卸载完毕弹性变形值（mm）非弹性变形值（mm）DK199+284.92左944.233944.232944.231944.231944.23944.23944.231944.23221DK199+284.92中944.225944.224944.223944.222944.222944.223944.224944.22421DK199+284.92右944.225944.225944.224944.223944.222944.222944.223944.22421DK199+286.92左944.505944.504944.502944.5944.5944.501944.502944.50332DK199+286.92中944.522944.522944.521944.52944.519944.519944.52944.52121DK199+286.92右944.514944.513944.512944.51944.509944.509944.511944.512326、结束语本文针对龙交河大桥(48+80+48)m