290 m 空腹式刚构桥三角区箱梁施工支架受力分析

韩洪举

(贵州路桥集团有限公司，贵州贵阳 550001)

290 m 空腹式刚构桥三角区箱梁施工支架受力分析

韩洪举

(贵州路桥集团有限公司，贵州贵阳 550001)

针对贵州北盘江大桥三角区特殊的构造，提出了下弦采用挂篮施工并辅以扣索张拉，上弦采用支撑于下弦顶面的施工支架现浇施工方法。建立了三角区箱梁、扣索和施工支架于一体的有限元模型，开展了3种不同工况下的施工支架力学分析。计算结果表明:施工支架立柱内力受下弦梁段浇筑、扣索张拉和预应力张拉等影响较大，会出现内力集中现象。

空腹式刚构桥;施工支架;受力分析;内力集中

预应力混凝土连续刚构桥是山区高速公路常用的结构形式，由于受到地形、地质条件限制，某些连续刚构桥跨度很大，目前国内最大跨径已经达到330 m［1］。为减轻结构自重，重庆石板坡长江大桥跨中段采用钢箱梁取代混凝土箱梁，而贵州北盘江大桥则采取在根部箱梁挖空，做成空腹式(斜腿)刚构桥。这种空腹式刚构桥在国内外建造很少，有关三角区梁段施工方法和施工计算的介绍也很少。

施工支架是桥梁施工中重要的临时结构，常用的有满堂式支架、大钢管柱支架和贝雷架支架［2-5］，这些支架的共同特点是底模系统都为固定形式，支架不能移动。文献［6］采用固定式支架(墩顶、边跨现浇段)和落地移动式支架(其余梁段)，应用于一座45 m+75 m+45 m预应力混凝土连续梁桥施工中;文献［7］采用支架平移技术应用于南昌新八一大桥的施工中;文献［8］介绍了一种支承在桥墩上的非落地移动支架，并成功应用于一座多跨连续梁桥的施工中。这3种移动支架受力明确，而北盘江特大桥是一座290 m空腹式(斜腿)刚构桥，该桥难点在于三角区施工。根据三角区上弦相对较柔、下弦刚度较大的特点，提出了下弦采用挂篮浇筑，上弦采用支架法施工的方法。为克服过大支架自重对下弦杆产生的不利变形，提出了移动式支架，同时在下弦杆上设置了临时预应力扣索。受到上下弦杆变形、上下弦杆预应力张拉和临时扣索张拉的影响，支架受力复杂，部分支架杆件会出现内力集中现象，因此有必要开展详细的力学分析。

1 工程概况

北盘江特大桥位于水盘高速公路水城县发耳乡与营盘乡交界处。主桥为82.5 m+220 m+290 m+220 m+82.5 m预应力混凝土悬浇空腹式(斜腿)刚构桥(图1)。大桥分左右两幅，采用单箱单室的截面形式，桥面宽10.5 m，箱梁底宽6.5 m，顶板悬臂长2 m，悬臂端部厚0.2 m，根部厚0.65 m，箱梁顶设有2%的横坡。三角区上下弦箱梁悬臂长为44 m，悬臂根部高35 m，分为11个现浇梁段(图2)。

图1 北盘江特大桥主桥总体布置(单位:m)Fig.1 General layout of main bridge of Beipanjiang Bridge

2 施工支架构造

三角区钢管支架系统由预埋件、钢管支架、底模系统构成。钢管采用φ630×10 mm钢管，在高度方向上每间隔6.5 m设置纵、横向联系，柱间纵梁采用I 40a的型钢，柱间横梁采用32a槽钢箱，柱间撑杆采用I 20a的型钢。底模设计为可行走式支撑系统，采用液压同步千斤顶进行底模安装与脱模。底模横向分配梁采用3段分离式设置，以满足纵向移动需求。在模板脱离混凝土后，靠两侧底模及分配梁内收后借助纵梁整体前移至下一节段位置，再重新安装外侧底模，顶升后形成下一节段的底模系统。其总体布置图如图2。

图2 三角区钢管支架总体布置(单位:m)Fig.2 General layout of steel bracket in triangular area

3 三角区施工步骤

针对三角区域构造特点，下弦(斜腿)段采用挂篮浇筑并配以施工扣索，上弦段采用施工支架法施工，支架搭设于已完成的下弦上，总体施工步骤如下:

1)施工上下弦0#段箱梁，在上弦0#块拼装上弦挂篮并加载试验。

2)施工上弦1#段箱梁，并在该梁段上利用永久索的孔道设置临时预应力索。

3)将上弦挂篮的底篮下放至下弦1#段底面，利用上弦挂篮，完成下弦1#段箱梁施工;上弦挂篮前移，浇筑下弦2#节段，并张拉1#扣索。

4)在下弦1#和2#梁段上拼装下弦挂篮主桁，并将上弦挂篮的底篮和下弦挂篮的主桁重新进行连接，形成下弦施工挂篮，将下弦挂篮移动到下弦2#段的梁端，准备施工下弦3#梁段;同时在下弦1#梁段的前端支撑1#钢管立柱，用1#钢管立柱支顶上弦的1#梁段，并解除上弦的临时预应力索。

5)浇筑下弦3#梁段，并张拉2#扣索。

6)将下弦挂篮移动到下弦3#梁段的前端，准备浇筑下弦4#梁段;同时搭设2#钢管立柱，并铺设上弦箱梁2#梁段的底模，利用上弦挂篮剩下的内外模系统，作为上弦箱梁2#梁段的内外模。

7)浇筑下弦4#梁段和上弦2#梁段，并张拉3#扣索。

8)将下弦挂篮移动到下弦4#梁段的前端，准备浇筑下弦5#梁段;同时搭设3#钢管立柱，上弦2#梁段的底模下降后，滑移到上弦3#梁段的底部，顶升底模托架，调整底模标高后，将上弦的内外模系统随着上弦的主桁向前推移至上弦的3#梁段，准备浇筑上弦3#梁段。

9)浇筑下弦5#梁段和上弦的3#梁段;并张拉4#扣索。

10)循环8)～9)步骤浇筑下弦的6～11#梁段和上弦的4～9#梁段，并拆除下弦挂篮的主桁，把底篮扣挂在下弦11#梁段的底板上;但浇筑完成下弦11#梁段后，10#扣索暂时不张拉。

11)搭设上弦10#梁段钢管立柱和铺设底模，并浇筑混凝土，待上弦10#梁段达到设计强度后先张拉下弦11#梁段对应的10#扣索，再张拉上弦第10节段预应力索。

12)搭设上弦11#梁段钢管立柱和铺设底模，并浇筑混凝土，张拉上弦第11节段预应力，完成三角区汇合前的全部施工。

13)将上下挂篮的主桁和下弦挂篮的底篮又重新进行组合，形成包括汇合段在内的以后梁段的施工挂篮。汇合梁段为12#梁段，分2层浇筑，第1层混凝土浇筑至距上弦顶面7 m处，当混凝土达到80%设计强度等级后张拉11#和12#扣索;浇筑第2层混凝土。

14)三角区施工完成。

4 施工支架受力分析

4.1 计算工况与分析模型

根据三角区段的施工步骤，共分为20个施工计算阶段。应用Madis/civil程序，将上下弦杆和施工支架划分为梁单元，扣索划分为索单元，相应的计算模型如图3。

图3 三角区结构模型Fig.3 Structural model of triangular area

计算时考虑了以下3种工况:

工况1:不考虑下弦杆变形、扣索和上弦预应力张拉影响;

工况2:不考虑下弦杆变形及扣索张拉影响，计入上弦预应力张拉影响;

工况3:考虑下弦变形、扣索和上弦预应力张拉的影响。

相应的计算荷载取值如下:混凝土自重取26 kN/m3，振捣荷载取 2.0 kN/m2，施工机具荷载取1.5 kN/m2，底模板取 1.0 kN/m2，挂篮自重 76 t。

4.2 计算结果分析

表1～表3给出了3种工况在不同施工阶段的施工支架柱1～柱11的轴力值，表4列出了各柱在不同工况中的轴力最大值。

表1 不考虑扣索、下弦变形、上弦预应力张拉影响各阶段上弦支架轴力Tab.1 Axial force of bracket in the upper chord without taking deformation of cable and the lower chord and pretension of the upper chord into account /kN

表2 不考虑扣索、下弦变形影响各阶段上弦支架轴力Tab.2 Axial force of bracket in the upper chord without taking deformation of cable and the lower chord into account /kN

(续表2)

表3 考虑扣索、下弦变形、上弦预应力张拉影响各阶段上弦支架轴力Tab.3 Axial force of bracket in the upper chord with taking deformation of cable and the lower chord and pretension of the upper chord into account /kN

表4 3种工况下不同施工阶段各柱轴力最大值比较Tab.4 Comparison among maximal axial force under three different working condition /kN

从表1～表4可以看出:

1)按工况1计算时，由于不考虑下弦变形、扣索张拉和上弦杆预应力张拉的影响，施工支架受力比较均匀，但当上弦11#、12#梁段采用上弦挂篮浇筑时，因受到挂篮荷载的影响，支架轴力有所增大;

2)工况2不考虑扣索、下弦变形影响，当上弦顶板预应力张拉将使上弦产生向上位移，减小了支架的轴力，因此柱1～柱8轴力较工况1要小。而柱9～柱11较工况1大，是因为上弦箱梁9#、10#梁段预应力布置为底板预应力筋，预应力张拉后上弦向下变形，从而增大了支架轴力，且增幅显著;

3)工况3综合考虑施工过程中下弦变形、扣索(预应力)张拉各工序影响，支架受力总体上介于工况1和工况2之间，符合实际受力状态。当下弦浇注、上弦顶板预应力张拉时，下弦向下变形，上弦向上变形，支架轴力减小;当扣索张拉后下弦上挠，支架轴力增大。与工况2相同，因上弦箱梁9#、10#梁段预应力布置为底板预应力筋，预应力张拉后上弦向下变形，引起前端支架轴力显著增大，而后端支架力有所减少。由于三角区支架和扣索是在全桥合龙后拆除，因此在三角区汇合后的后续悬臂梁段的浇筑将使支架受力发生不断变化，最大悬臂状态下1～8支架基本处于不受力状态，但第10排支架最大轴力达5 013 kN，出现内力集中现象，与常规落地式现浇支架受力差异显著。

4.3 施工支架验算

根据上述计算结果，选取最不利工况对施工支架进行强度、刚度、稳定性验算，均满足相关要求。

5 结语

针对北盘江大桥构造特点，结合三角区段上下弦杆施工步骤和支架构造，提出了下弦采用挂篮施工并辅以扣索张拉，上弦采用支撑于下弦顶面的施工支架现浇施工方法。通过对支架施工的全过程计算分析发现，支架部分杆件有内力集中现象，因此，在开展支架受力分析时必须考虑弦杆构造、上下弦变形以及预应力束筋与扣索张拉的影响。实践表明:文中提出的施工方法是合理可行的，确保了大桥按期完工。

［1］邓文中，代彤.重庆石板坡长江大桥复线桥总体设计［J］.桥梁建设，2006(6):28-32.

DENG Wen-zhong，DAI Tong.Overall design of double-line bridge of Shibanpo Changjiang River Bridge in Chongqing［J］.Bridge Construction，2006(6):28-32.

［2］冯延明.大体积盖梁钢管桁架法施工设计［J］.铁道建筑技术，2010(8):11-12.

FENG Yan-ming.The construction design of mass cap beam with steel tubular truss method［J］.Railway Construction Technology，2010(8):11-12.

［3］张瑞霞，魏发保.厦门演武路立交桥上部结构现浇支架设计［J］.桥梁建设，2004(3):31-33.

ZHANG Rui-xia，WEI Fa-bao.Design of cast-in-situ scaffolding for superstructure of Yanwu road interchange in Xiamen［J］.Bridge Construction，2004(3):31-33.

［4］王彦辉.碗扣式满堂支架在现浇混凝土连续箱梁施工中的应用［J］.交通标准化，2010(7):192-193.

WANG Yan-hui.Application of bowl button full space stent in continuous box girder construction of cast-in-place concrete［J］.Transport Standardization，2010(7):192-193.

［5］彭建萍.赣州章江大桥V构施工技术［J］.世界桥梁，2009(2):21-23.

PENG Jian-ping.Construction techniques for v-shaped rigid frame of Ganzhou Zhangjiang river bridge［J］.World Bridges，2009(2):21-23.

［6］邬剑飞，祁彪，葛德书.辽东边墙分离式上部移动支架浇筑连续箱梁施工方法［J］.辽宁省交通高等专科学校学报，2010，12(3):4-6.

WU Jian-fei，QI Biao，GE De-shu.Construction method of movable bracket to cast separate continuous box girder for Liaodong Bianqiang bridge［J］.Journal of Liaoning Provincial College of Communications，2010，12(3):4-6.

［7］方世淮，胡建华.支架平移技术在南昌新八一大桥施工中的应用［J］.重庆交通学院学报，2003，22(2):41-42.

FANG Shi-huai，HU Jian-hua.Application of support translation method in construction of Nanchang new Bayi bridge［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University，2003，22(2):41-42.

［8］周光强，陈学兵.现浇箱梁非落地式移动支架设计与施工［J］.河港工程，2000(3):18-21.

ZHOU Guang-qiang，CHEN Xue-bing.Design and construction of non-supported movable bracket for cast-in-place box girder［J］.River and Harbor Engineering，2000(3):18-21.

Mechanics Analysis of Construction Bracket for 290m Spandrel Rigid Frame Bridge

HAN Hong-ju
(Guizhou Road ＆ Bridge Group Co.，Ltd.，Guiyang 550001，Guizhou，China)

Based on the special construction details at spandrel zone of Beipanjiang Bridge，the construction with cantilevered segmental method in the lower chords and on-site construction of bracket in the upper chords were conducted.A finite element model including box girders，cables and brackets was built;the mechanics analysis of the bracket in three different cases was performed.The results demonstrated that lower chords girder concrete casting，cables and pre-stress bars tensioning exerted great influence on internal forces of bracket columns;internal forces concentration would occur.

spandrel rigid frame bridge;construction bracket;mechanics analysis;internal force concentration

U448.21

A

1674-0696(2001)03-0361-05

2010-11-15;

2011-03-10

韩洪举(1970-)，男，贵州遵义人，高级工程师，主要从事桥梁施工方面的研究。E-mail:hanhongju@126.com。