连续刚构桥0#段箱梁施工托架的设计与施工.

1、连续刚构桥0#段箱梁施工托架的设计与施工张安方(中铁十五局集团第七工程有限公司 河南洛阳）摘要：预应力混凝土连续刚构桥由于其结构设计理论明确，施工工艺成熟，养护成本低等优点，成为桥梁工程中尤其是跨江河、峡谷桥梁中广泛采用的桥型。该桥型墩顶首节箱梁（0#段）无法使用挂篮等专用设施进行施工，其施工需要搭设临时施工平台，施工平台虽是临时结构，但由于该桥型墩身普遍较高，平台样式的选择对于施工的安全性和经济性具有十分重要的影响，本文结合工程实例，简要介绍了连续刚构桥0#段施工平台样式的一种托架的设计与施工过程，对于类似工程具有一定的参考意义。关键词：刚构桥 托架 设计 施工1.工程概况1.1工程简介 永

2、保大桥为一跨澜沧江连续刚构桥。桥墩为双肢薄壁墩，单肢横截面尺寸为1.8*5.5m，两墩内侧间距为4.2m，墩身高度43m.上部结构为75+130+75m预应力连续刚构，箱梁0#段为单箱单室结构，高8m,长10m,箱底宽度5.5米，顶板两端悬臂长2.25米，混凝土方量296.64m3,重756.73吨。具体结构尺寸见下图：1.2 箱梁0#段施工方案 由于箱梁0#块高度高（8.0m），混凝土方量大，成桥后该处为全桥受力较复杂的部位之一，为保证其施工质量，施工方案经各方共同研究，并借鉴同类型其他桥梁的施工经验，确定采用水平分层法，分两次（6.5m+1.5m）进行混凝土浇筑（分层示意见下图）。由于该部

3、位的施工属于特级高处作业（施工高度大于30m），施工平台支撑体系的选择在对比承台大直径钢管支架和墩身预埋托架方案后，综合安全和经济等方面的考虑，确定采用后者。模板方面，底模采用50mm厚松木板材的木模,木模上面钉镀锌薄钢板（白铁皮），侧外模为挂篮的侧模系统（拆模后可直接悬吊在安装好的挂篮侧模吊梁上），其中用钢桁架作为骨架，内模及横隔墙模板为标准小型钢模板外加双钢管背带。 2托架设计 2.1托架设计的原则1）能满足箱梁0#段施工的安全、质量、技术要求；2）方便后续挂篮在0#段上初装的需要；3）结构简单，受力明确，方便施工、拆卸；4）造价较经济。2.2托架设计方案托架具体设计方案为：在墩上部适当位

4、置预埋大刚度托架做为支撑体系，托架之上铺设工字钢并横向连为一体，工字钢上布设碗扣支架，碗扣支架上放支撑方木和木模，通过碗扣支架顶部可调顶撑进行底模高程微调和固定。为减轻托架结构重量，达到受力明确、结构简单的目的，采用斜腿三角撑结构形式，即墩身预埋主梁，通过在桥墩生根的斜腿支撑主梁悬空部分，形成托架。托架构件主要由工字钢与糟钢组成，按0#块混凝土一次性浇筑（顶板除外）的全载面设计，每个墩上的托架各自成为一体，两托架各同位置主梁之间通过连接钢板栓接。各墩托架构件间的连接全部采用焊接以减小受力后结构的非弹性变形，托架主承重梁标高设定以便于底模的拆装以及标高调整为准，将碗扣支架作为托架的一部分。设计按

5、一次性浇筑全部荷载（顶板除外）考虑。 正面图示1、镀锌薄钢板 2、木板 3、横向方木 4、木斜块 5、顶杆DG-90 6、托座KTC-60 7、横向工字钢 8、托架主梁 13、螺栓14、拼接板 15、内斜撑侧面图示9、横杆HG-30 10、横杆HG-60 11、外斜撑 12、预埋件 （平面示图）2.3托架各构件相关参数（1）主梁 每个托架主梁4根，各采用单根28b工字钢，在各主梁出入墩身混凝土处，在工字钢腹板两侧各补焊600mm*226mm*10mm钢板补强，其中补强钢板埋入混凝土面300mm,伸出混凝土面300mm；在斜撑法兰与主梁焊接处同样在主梁腹板两侧各加焊325mm*226mm*10m

6、m钢板补强。（2）斜撑 外斜撑采用两根14a的槽钢口对口焊接成箱形杆件； 内斜撑采用两根14a的槽钢，并在槽内补焊10mm的钢板补强，补强钢板与槽钢同长，槽钢最后口对口焊接成箱形杆件，内外斜撑箱形杆件两端均焊接16mm厚钢板法兰，用以跟主梁和下部支点的焊连。外斜撑与墩身设计夹角27度，内斜撑与墩身设计夹角35度。（3）斜撑下部生根预埋件 预埋钢板尺寸700mm*410mm*20mm,居钢板中心按照钢板尺寸走向钻取间距布置为200*100mm，三排三列布置的36mm孔，共9个，单根500mm长32mm螺纹钢筋插入孔内15mm后与钢板进行周边焊接，焊缝高度10mm，螺纹钢端头部分与钢板满焊，绕外侧

7、螺纹钢缠绕10mm圆钢箍筋，间距150mm。（4）横排工字钢 横排工字钢为20a工字钢（5）碗扣支架 碗扣支架在腹板位置下的布设为300*300mm，两侧腹板下顺桥向各布设四排，其余位置设置为600*600mm。（6）方木 碗扣架顶撑之上的方木为硬柞木，截面尺寸100mm*100mm。2.4托架各构件验算荷载计算时的荷载取值按照箱梁0#段一次性浇筑除顶板外的所有部位时托架承受荷载计取。从托架结构的组成图可以看出，0段的混凝土荷载除了墩顶部分外，其余全部由托架承载，即0#段的横隔板混凝土荷载由桥墩承受，而墩顶外的腹板和底板混凝土荷载由托架承载。从梁部断面图可以看出，腹板高度总高度是8m，那么在横

8、向方木摆放间距是30cm的情况下：腹板横向混凝土的荷载分布应该是：（1.40.3m6.7m22.6t/m3）/0.8m1t/m10.15t/m，取值10 t/m；其中1.4是荷载分项系数，0.3m为横向方木摆放间距（即单根方木所承受的荷载的范围），6.7 m2 为单侧腹板加翼板的横截面面积，2.6t/m3为钢筋混凝土比重，0.8m为腹板厚度尺寸，1t/m是该部位施工荷载取值。底板横向混凝土的荷载分布应该是：（1.40.3m4.8m22.6t/m3）/3.9m1.2t/m2.54t/m，取值2.5 t/m；其中1.4是荷载分项系数，0.3m为横向方木摆放间距（即单根方木所承受的荷载的范围），4.

9、8 m2 为底板除去腹板下方位置后横桥向的截面面积，3.9m为底板除去腹板位置后的宽度，1.2t/m是该部位施工荷载取值。2.4.1方木验算：0段的混凝土荷载通过底模的木板传递给方木，方木的支点就是碗扣支架的立杆，荷载按照所承载的混凝土的重量分配，方木的间距是300mm，那么传递给单根方木的混凝土荷载就是300mm范围内的荷载，通过2.4中对混凝土箱梁梁断面的计算，可以得出方木的计算受力模型如下：1） 模型图：(荷载：t/m)2） 位移图：(单位：mm)3） 应力图：(单位：MPa)4） 支反力：(单位：t)方木最大应力2.4 MPa，小于容许横纹抗压应力（10 MPa），位移极小，满足要求。

10、方木的支反力就是碗扣支架所受到的压力，即碗扣支架立杆的最大受力是3.4t，能够满足要求（碗扣支架的立杆稳定性最低的是立杆顶端，按照一端固定，一端自由的状态计算其失稳荷载是9.5 t）。下面就根据此荷载进行20a平台工字钢的验算。2.4.2 横向工字钢验算：1、计算模型：为增加安全储备，计算时将碗扣支架对20a工字钢的受力3.4t乘以1.2的安全系数，那么碗扣支架对20a工字钢的压力就是4t，计算模型如下图所示。2、支反力：(单位：t)最大的支点反力是13.1t。3、位移：(单位：m) 最大的竖向位移是2mm。4、应力：(单位：MPa)最大应力是94MPa140MPa，最大竖向位移2mm，满足要

11、求。上面计算出20a工字钢的支反力，这个力就是加在主梁和斜撑上的荷载。2.4.3 主梁和斜撑验算：根据2.4.2计算结果可知，20a工字钢的支反力分别是12.9t和13.1t，取13.1t进行计算。1、 计算模型：荷载单位t计算模型如下图所示：2、 支点反力：单位t根据上图的计算结果可知，斜腿下支点的竖向支反力是31t和24t，主梁竖向的支反力是16t和21t。3、 竖向位移：单位mm从上图的计算结果可以看出，主梁的竖向位移最大是1.8mm。4、 斜腿的轴力：单位t。从上图可以看出，斜腿的轴力分别是：外斜腿轴力27t，内斜腿轴力38t。5、 杆件应力：单位MPa。外斜腿的应力是104MPa，内

12、斜腿的应力是76MPa，主梁的最大应力是107MPa。均小于140MPa，都满足要求。通过计算，该托架方案中各构件受力后各部位应力满足要求，竖向最大位移累加为3.9mm，总体结构可以满足使用要求。3托架的施工安装为保证托架安装的施工质量，托架区域范围内的混凝土分两次进行浇筑，。托架高程位置确定后，首次安装预埋斜撑下部生根钢板，并浇筑墩身混凝土至托架主梁底30cm处,第二次将主梁安装并临时固定后完成后浇筑墩身剩余混凝土。施工采用塔吊起吊各构件，按以下次序进行托架的安装施工斜撑生根预埋件纵（主）梁主梁栓接（墩身混凝土浇筑）斜撑杆件与生根预埋件和主梁焊接横向分配工字钢与纵梁焊接搭设碗扣支架根据设计调

13、整标高铺架顶支撑方木进行横纵向连接提高支架的整体稳定性。 施工注意事项1）主梁吊装完成后要临时固定，主梁位置与墩身钢筋冲突的地方钢筋调整须征得设计同意，并依据设计方案对调整的钢筋进行补强；2）预埋件埋设和焊接施工时必须保证精度要求，以保证托架整体受力协调性；3）底板预拱度设置时在设计要求预拱度的基础上考虑托架构件的弹性变形； 4）主梁预埋临时固定好后，需要将相对应的两根主梁用连接板栓接好后，才能浇筑墩身混凝土； 5）斜撑生根预埋件和主梁埋设好后，进行斜撑腿的焊接，为了保证焊接斜撑腿施工的安全和质量，可以在埋设好的生根预埋件上焊接临时人行通道挂点； 6）斜撑腿的焊接质量关系到整个托架的受力状况，

14、因此焊接位置和高度均需严格按照设计要求进行，另外焊缝的高度直接决定了受力是否达到设计要求，因此焊缝高度要严格保证。根据计算，斜撑腿和下预埋件的焊接采用周边角焊缝，焊缝高度为14mm，并严格保证焊缝的质量。斜撑腿法兰与主梁焊接，采用角焊缝，焊缝高度为14mm，满焊； 7）横向工字钢与主梁需要点焊，防止工字钢错动，另外垂直横向工字钢方向焊接四道75*8角钢，以保证工字钢受力后的整体稳定性； 8）在20a工字钢上拼装碗扣支架时支架底座需要和20a工字钢点焊； 9）碗扣支架上放置方木和木板，木板和方木需要用铁钉钉在一起，木板上钉薄镀锌钢板（白铁皮），通过调整碗扣支架调整模板高程； 10）现场托架及底模安装完成后，对底模进行初步预压，尽可能消除支撑系统及底模的非弹性变形； 11）托架切割拆除后，要做好墩身外露预埋