高速公路高墩大跨度刚构连续梁0#块牛腿托架法施工技术

赵发伟

摘要： 高墩大跨度刚构连续梁0#块托架设计是连续梁施工的关键所在，本文详细阐述了高墩大跨度刚构连续梁大体积0#块牛腿托架法施工的设计思路和托架受力计算，并通过现场实际施工论证了牛腿托架法在高墩大跨度连续梁大体积0#块施工的安全、经济、合理性。为今后大跨度高墩连续梁0#块托架设计与施工积累了经验，并为同类结构的设计提供参考与借鉴。

Abstract： High pier long-span rigid frame continuous beam 0 # block bracket design is the key to construction of continuous beam. This article expounded the design idea and bracket stress calculation of high pier long-span rigid frame continuous beam 0 # block corbel bracket construction， and demonstrated the safety， economy and rationality of corbel bracket method in high pier large span continuous beam mass 0# block construction. This paper accumulates experience for the design and construction of large-span high pier continuous beam 0# block bracket， and provides reference for design of similar structures.

关键词： 薄壁高墩；大跨度；刚构连续梁；三角托架；有限元法

Key words： thin-wall high piers；large span；rigid frame continuous beam；triangle bracket；finite element method

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0080-05

0 引言

高墩托架法施工以简便、轻巧、经济和适用等优点被广泛采用，但对于大跨度、大体积连续梁0#块托架的承载能力和变形要求很高，本文借助于某高速公路**大桥大跨度高墩刚构连续梁0#块牛腿托架设计和计算，在保证质量的情况下，安全、经济、合理的设计托架，通过计算，论证了简便、轻巧的牛腿托架在大体积0#块施工中的应用，并得到了现场实际施工的验证，也证明了简易、轻巧的托架在大跨度刚构连续梁中应用的可行性。

1 工程概况

**高速公路**大桥为双幅：2-40m+（81+150+81）m+8-40m， 桥全长722.24m，主跨3#、4#主墩高分别为88m和73m，2#、5#边墩高分别为52m和53m，主墩和过渡墩均采用双薄壁空心墩，群桩基础。0#块长度13m，顶板宽11.25m，底宽6.5m，高9.2m，腹板厚90cm，底板厚120cm，顶板厚50cm，两侧翼板悬臂长237.5m，C55砼452.8m3。0#块分两次浇筑，第一次浇筑0～6m高度，中间停顿7天后浇筑6～9.2m高度。

2 托架设计思路

本桥0#块托架，初步设计呈扁担梁和挑梁式，薄壁高墩跨间预埋56b工字钢10根（长度7m），跨外两侧悬臂部分对称采用各8根40b工字钢（长度3.5m），两侧共计16根，一个墩仅平台托架需要型钢12.711t，托架布置多，预埋间距较密，墩身主筋阻断面积较大。如图1所示。

后经比较与反复思考，决定采用牛腿托架，0#块高度9.2m，若按全高9.2m竖向荷载设计牛腿托架，势必造成牛腿托架及平台型钢的投入加大，为节省钢材，因此考虑0#块拟按高度分两次浇筑施工，第一次施工高度0～6.0m，第二次施工高度6.0～9.2m，因此托架設计荷载按第一次施工高度取值（含内外模板及型钢托架自重），第二次浇筑利用已浇筑的砼结构做支撑体系，不考虑托架再参与第二次浇筑高度的受力。

3 0#块托架布置

主墩跨间和跨外均布设4榀单25b工字钢牛腿，主墩侧向也对称布置4榀单牛腿。具体为：在主墩上纵向摆放4根长度15m（4.5m+6m+4.5m两段钢板焊接）的40b通长工字钢，中心距依次为165cm、280cm、165cm，分纵向跨间托架和纵向外侧托架；下设25b工字钢斜撑，横向在40b工字钢上摆放25b工字钢分配梁，间距60cm，分配梁上布设15×15cm方木，间距90cm（腹板下25cm），其上布设10×10cm方木，间距25cm，最上铺设18mm厚竹胶板做底模；高墩侧面两侧预埋钢板，焊接25b工字钢牛腿，牛腿外伸长度2m，斜撑长度2.121m，上面两侧各摆放1根15m长40b工字钢和2根3m短工字钢作为翼板和作业过道荷载支撑。（托架结构及平台见图2）

4 0#块托架受力计算

4.1 荷载 ①翼板区：P1=（0.2+0.5）×26=9.1kPa；②箱室区：P2=1.2×26=31.2 kPa；③腹板区：P3=6×26=156kPa；④内模及支撑：P4=2.0 kPa；⑤外模及支撑：P5 =2.5kPa；⑥胶合板：P6=0.018×10kN/m3=0.2 kPa；⑦10×10cm方木：P7=0.4 kPa；⑧15×15cm方木：P8=0.54 kPa；⑨翼板轮扣支架：P9=1.5 kPa；⑩砼施工倾倒荷载：P10=2.0 kPa；？輥？輯？訛砼施工振捣荷载：P11=2.0 kPa；？輥？輰？訛施工机具人员荷载：P12=2.5 kPa；？輥？輱？訛风载：P13=0.4 kPa。

4.2 牛腿及平台强度和刚度检算

4.2.1 25b工字钢分配梁 按一根跨间25b工字钢计算，长度12m，工字钢下为40b工字钢牛腿，牛腿排布间距为：2.2m、1.65m、2.8m、1.65m、2.2m，所受线荷载计算如下：（考虑倒角、侧模、胀模等因素腹板两侧荷载增加5cm）

q1=27.2×0.6+0.42=16.7kN/m L=2.7m；

q2=219.1×0.6+0.42=131.9kN/m L=1.0m；

q3=55.5×0.6+0.42=33.7kN/m L=4.6m。

25b工字钢力学特征如下：

惯性矩：I=5278×104mm4；抵抗矩：W=422.2×103mm3；

截面积：A=5351mm2；面积矩：S=246300mm3；

单位重量：42kg/m b=10mm。

采用SAP2000 V15结构计算软件进行分析计算，计算简图和计算结果如下：

①支反力（kN）如图5。

②剪力图（kN）如图6。

③弯矩图（kN-m）如图7。

④最大应力图（KPa）如图8。

⑤最大挠度（m）如图9。

根据以上输出结果，25b工字钢分配梁受力满足！

4.2.2 跨间托架计算 跨间托架纵梁采用40b工字钢，牛腿采用25b工字钢，按最大支反力130.4kN计算。（图10）

①支反力（kN）如图11。

②轴力图（kN）如图12。

③剪力图（kN）如图13。

④弯矩图（kN-m）如图14。

⑤最大应力图（kPa）如图15。

⑥最大挠度（m）如图16。

根据以上结果，跨间托架40b工字钢和25b工字钢牛腿受力满足！

4.2.3 牛腿根部20b工字钢 墩身牛腿根部预留20×20.5cm孔洞，穿2根20b工字钢，工字钢长4.5m，牛腿焊接在双20b工字钢上，20b工字钢惯性矩I=2502cm4，面积矩S=146100mm3，按抗剪计算：τ■=■=■

=102.3MPa？燮[τ]=120MPa（可）

4.2.4 縱向外侧托架计算 外侧托架40b工字钢伸出墩身外200cm，斜撑采用25b工字钢，长212.1cm，与40b工字钢夹角45°，受力如图17。

①支反力（KN）如图18。

②轴力图（kN）如图19。

③剪力图（kN）如图20。

④弯矩图（kN-m）如图21。

⑤最大应力图（kPa）如图22。

故纵向外侧托架受力完全满足！

4.2.5 翼板下通长40b工字钢计算 翼板下最外侧40b工字钢靠墩两侧4榀牛腿支撑，工字钢通长15m，摆放距墩侧壁1.5m，承受翼板、模型及作业过道荷载，根据25b工字钢分配梁支反力计算结果，承担每根25b工字钢分配梁传递的集中荷载N=28.37kN，集中荷载间距60cm，转换线荷载为：q=28.4kN×22根/13m+0.74kN/m=48.8kN/m，计算简图（图23）及计算结果如下：40b工字钢力学特征如下：惯性矩：I=22781×104mm4；抵抗矩：W=1139×103mm3；截面积：A=9411.2mm2；面积矩：S=671200mm3；单位重量：73.88kg/m b=12.5mm。

①支反力如图24。

②剪力图，如图25。

τ■=■=■

=33.4MPa？燮[τ]=120MPa（可）

③弯矩图，如图26。

④最大应力：σ■=■=■

=96.1MPa<[σ]=210MPa（可）

⑤最大挠度，如图27。

最大挠度：ω■=5.3mm？燮■=14.5mm（可）

4.2.6 侧向牛腿计算 翼板下墩壁侧向牛腿25b工字钢伸出墩身外200cm，斜撑采用25b工字钢，长212.1cm，与水平工字钢夹角45°，上面摆放2根40b工字钢，外侧按上面通长15m40b工字钢最大支反力N1=223.19kN计算，内侧3m短工字钢受力按翼板区27.2 kPa计算，N2=27.2×0.6×1=16.3kN，计算简图及计算结果如下：

①支反力（kN），如图29。

②剪力图（kN），如图30。

③轴力图（kN），如图31。

④弯矩图，如图32。

⑤最大应力：如图33。

⑥最大挠度，如图34。

5 施工控制要点

①托架施工中，应注意严格定位预埋件，减小或消除安装应力对托架的影响。②对牛腿及每一杆件的焊缝长度进行计算，并对现场焊接质量逐一进行细致检查和严格控制，保证托架加工尺寸和加工质量。③托架安装后要进行荷载试验，对托架的受力和变形进行观测，同时也要对每一焊缝进行逐一检查，是否有开裂现象，确保整个托架受力安全。④第一次浇筑在高度6m处形成的施工缝必须保持水平，在第二次浇筑前要清理表面浮浆、凿毛、并将砼表面冲洗干净。

6 问题和思考

以往托架设计是按0#块最大竖向分布荷载进行设计和计算，如果对于大体积0#块的托架仍按常规最大竖向分布荷载进行设计，势必造成钢材的投入加大，浪费很多；通过该桥4#墩已完0#块施工证明，在大跨度刚构连续梁的大体积0#块施工中，三角托架按第一次浇筑高度荷载设计是完全可行的，即经济又安全。

值得思考的是：通过该桥0#块施工，4#高墩一个0#块浇筑到6m高度，浇筑C55砼260m3，用了15个小时，间隔7天，底层砼强度达已到了90%，已形成结构受力支撑体系；第二次浇筑6～9.2m高度，浇筑C55砼192m3，用了7个小时，高墩浇筑时间较长，托架设计还偏于保守。在今后的类似结构施工中，对于百米高墩托架设计可按0#块半高竖向荷载取值设计，对于较低的高墩（30～60m高墩）荷载可按0#块高度最大竖向分布荷载的三分之二取值设计是较为经济、合理的。

参考文献：

[1]曾莉，雷霖，邹志全.钢筋混凝土连续梁桥牛腿开裂及加固模型试验研究[J].四川建筑科学研究，2009（06）.

[2]张广乐.高墩连续梁0#块两榀栓接托架的设计与施工[J].内蒙古科技与经济，2012（12）.

[3]周鑫.浅谈某桥梁工程中的两面高墩连续刚构的施工技术[J].黑龙江交通科技，2013（01）.