连续梁直线段施工托架设计及应用

刘建顺

摘要： 文章结合连续梁施工，对连续梁直线段施工中的支架形式进行优化，方便了施工使用，节约了施工时间，减少了成本消耗，保证了施工的安全，可为连续梁直线段施工提供参考和借鉴。

Abstract： In this paper， combining with the construction of continuous beam， the form of brackets in the construction of continuous beam straight section is optimized to facilitate the construction， save the construction time， reduce the cost and ensure the safety of the construction. This paper can provide reference for construction of continuous beam straight section.

关键词： 高墩；连续梁；托架；设计

Key words： high pier；continuous beam；bracket；design

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0140-06

0 引言

近年来，随着高铁的迅速发展，高墩大跨连续梁繁多且结构形式复杂，在跨铁路、公路线施工中连续梁中0号块及边跨直线段大多采用支架现浇法施工，其施工工序繁琐、消费成本较大且施工时间长，施工极为不便，为方便施工，同时满足施工时安全，我们对0号块及边跨直线段施工采用的支架形式进行了优化设计，0号块及边跨直线段采用三角托架作为施工平台，并对其进行了检算。

1 工程概况

青荣城际铁路第二项目部施工的线路全长18.111km，线路主要位于威海市经区与环翠区，先后跨越多处市区公路线及一条铁路专用线，其中桥梁合计8539.26延长米/10座，涉及跨青岛南路等市区公路以及港区专用铁路线的连续梁9处，合计需要施工的0号块及边跨直线段36个，连续梁主墩及边墩墩身较高，设计普遍采用空心墩，高度17～40m不等，根据现场实际情况原计划采用Ф630×12mm螺旋钢管搭设钢管支架进行现浇施工，由于图纸到位较迟，工期紧张，且螺旋钢管支架成本消耗较大，经过优化对比采用三角托架代替支架现浇。本文对现场边跨直线段三角托架进行阐述，因本项目连续梁边跨直线段除了截面中心处梁高不同其余结构形式相同，在此考虑结构自重时取最大值即采用（48+80+48）m跨连续梁直线段结构进行设计计算。

2 三角托架设计

2.1 三角托架构造

连续梁直线段的三角托架设计结构由预埋件、牛腿、托架及各种纵横梁构成。

其中设计的三角托架沿顺桥向安装在桥墩壁外侧，共设置6榀（32+40+32m连续梁采用5榀），用于支撑直线段悬臂端混凝土。

托架由水平杆、竖杆和斜杆构成，其中预埋件、牛腿、托架均采用双拼I36工字钢，各杆之间均采用焊接，水平杆由精轧螺纹钢与墩壁联结，竖杆及斜杆直接支撑在牛腿上。

横梁采用45a工字钢，置于托架主节点上。作为底模桁架和各类纵梁的支座梁，并与其它纵横梁组成平面板架结构，以支撑底模和外侧模。

平台四周设置防护立柱和栏杆，立柱可直接焊在纵横梁上。

有人员操作的纵横梁上密铺脚手板。

根据现场施工连续梁的图纸，48+80+48m跨连续梁边跨直线段长7.75m，其实际需要的墩身悬臂段长6m。

直线段与三角托架布置如图1、图2所示。

2.2 三角托架材料计算取值

所用材料为板材和型钢，均为Q235型，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：

挠度容许值：L/400

Q235钢：E=2.06×105 MPa

壁厚《16mm：[σ]=215 MPa [τ]=125 MPa

C35砼轴心抗压强度标准值：fc=23.5MPa

I36a普通工字钢部分截面特性如下：

截面惯性矩：Ix=15800cm4

截面抵抗矩：Wx=875cm3

腹板厚度：b=10mm

截面面积：A=76.48cm2

单位重量：m=60.037kN/m

45a普通工字鋼部分截面特性如下：

截面惯性矩：Ix=32200cm4

截面抵抗矩：Wx=1430cm3

腹板厚度：b=11.5mm

截面面积：A=102.446cm2

单位重量：m=80.42kg/m

2.3 三角托架受力荷载取值

根据《铁路桥涵施工技术规范》规定，计算现浇段支架时，应考虑下列荷载：模板、支架自重；钢筋混凝土的自重；施工人员、机具及其他荷载；振捣混凝土时产生的荷载。

采用48+80+48m直线段结构形式，取梁顶板、底板、腹板最厚的尺寸截面如图3所示。

混凝土自重：

取用墩顶之外部分的混凝土重量；

q1=0.96×26=24.96kN/m，q2=2.87×26=74.62kN/m

q3=2.00×26=52.00kN/m，q4=2.26×26=58.76kN/m

模板重量取混凝土重量的20%；

人员、机具荷载取2.5kN/m2；

静载系数：1.2

动载系数1.4；

组合后的荷载为：

q1=24.96×1.2×1.2+2.5×1×1.4=39.44kN/m

同理求得：

q2=110.95kN/m，q3=78.38kN/m，q4=88.11kN/m。

2.4 三角托架受力情况检算

2.4.1 三角托架纵向分配梁受力情况检算

纵向分配梁采用45a工字钢，在结构力学求解器建立模型如图4所示。

根据边跨现浇段断面图可以知道在腹板处承载最大，选取腹板底下纵向分配梁来计算受力情况。

1）通过结构力学求解器V2.0版建模得出：

弯矩图如图5所示；

剪力图如图6所示；

支反力图7所示；

受力分析表如表1、表2所示（S2下纵梁）。

2）稳定性验算

最大挠度：

满足《钢结构设计规范》要求。

由以上分析及计算过程可得其他纵梁均满足要求。

重复以上分析过程可得其他纵梁的支反力如表3所示。

2.4.2 三角托架横向分配梁受力情况检算

根据纵梁验算结果可知，中横梁受力最大，取中横梁进行验算，横梁采用45a工字钢，横梁长度为12.2m。

通过结构力学求解器V2.0版建模如图8所示。

弯矩图如图9所示。

剪力图如图10所示。

支反力图如图11所示。

受力分析表如表4、表5所示（中横梁）。

中横梁稳定性验算：

满足《钢结构设计规范》要求。

由以上分析及计算过程可得其他横梁梁均满足要求。

重复以上分析过程可得其他横梁梁的支反力如表6所示。

2.4.3 三角托架横稳定性检算

由横梁验算结果可知，1#/6#托架受力最大，因此取1#托架验算即可。经结构力学求解器V2.0版建模计算：

弯矩图如图12所示、剪力图如图13所示、轴力图如图14所示、反力图如图15所示。

内力计算结果如表7、表8所示。

1）横梁验算：横梁为4、5、6单元，其中4单元受力最大，因此取4单元计算。

采用I36a双拼工字钢，按剪弯压杆件计算：

抗剪满足要求。

2）外斜杆验算：7#/8#单元为外斜杆，取8#单元验算采用I36a双拼工字钢，按

压弯杆件计算：

满足要求。

3）外竖杆验算：采用I36a双拼工字钢，按受压弯杆件计算：

抗弯满足要求。

竖杆不进行抗剪验算。

4）内竖杆验算：内竖杆为9单元，采用I36a双拼工字钢，按压弯杆件计算

5）内斜杆验算：内斜杆为10单元，采用I36a双拼工字钢，为受拉杆件，顾不需验算。

6）上预埋件（精轧螺纹钢）验算：每榀托架上部均由4根Ф32的精轧螺纹钢承担，截面面积A=804.2mm2，屈服点不小于785MPa，抗拉强度不下于980MPa，每根精轧钢筋承担的水平应力为：

抗拉满足要求。

7）牛腿验算：牛腿采用I36a双拼工字钢，按剪弯压杆件计算

8）混凝土局部抗压验算：

式中： M——牛腿根部弯矩；

V——牛腿根部剪力；

Sd——牛腿埋入深度；

Wc——相当于埋入牛腿翼缘宽度和牛腿埋入深度的混凝土截面的模量；

fc——墩身混凝土局部允许应力C35fc=23.5MPa。

满足要求。

综合混凝土局部承压和型钢粘聚力所确定的数值取埋入深度h=900mm，满足要求。

2.4.4 墩身整体稳定性检算

托架范围内墩身及墩顶范围内梁的混凝土自重约为：158m3

MG=158*9.8*1.75=2709.7kN·m

托架拉力產生的弯矩

MT=484.751*6.4*5=15512.032kN·m

Ф16钢筋单根抗拉力：

445*103*0.75*200.96*10-6=67.07kN

以牛腿处为节点计算：

N*67.07*3.5+2709.7*1.75=15512.032kN·m

得N=45.88根，完全小于墩身一侧钢筋根数的设计值（约190根），因此墩身整体稳定性满足要求。

综合以上验算，该托架按照设计加工，即可满足施工要求。

3 连续梁直线段三角托架预压

3.1 托架预压

对托架采用堆积1.5t砂袋按常规方法分级预压，预压重为箱梁自重的120%，并待托架的非弹性变形消除后，才能进行模板的安装。试验方法就是模拟该段砼梁的现浇过程，进行实际加载，以验证并得出其承载能力。

预压过程如下：

0→40%（持荷1h）→60%（持荷1h）→80%（持荷1h）→100%（持荷1h）→120%（持荷24h）→卸载。

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。

预压过程中进行精确的测量，可测出梁段荷载作用下托架将产生的弹性变形值，将此弹性变形值与施工控制中提出的其它因素需要设置的预拱度叠加，算出施工时应当采用的预拱度，按算出的预拱度调整底模标高。预压完成后移除砂袋，根据直线段线形重新放样，调整立模标高。

自加载完毕，最后两次沉降量之差不大于2mm时即可卸载。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。同时在卸载过程中，每批卸载后都应再次观测一次托架变化，并绘制出托架卸载（时间——回弹）变化关系曲线。

通過加载和卸载变化曲线，对比分析托架弹性变形和非弹变形量。在卸载全部完毕后，在托架顶面上予以调整托架标高，消除非弹性变形，预留弹性变形上拱度。

托架搭设和顶面铺设平整后，在搭设托架的横梁上设置4个观测点。在首次加载前先观测一次，作为起始观测值，以后每加载完毕观测一次，至全部加载完毕，按精密水准测量作业要求，加载前观测一次，加载后每天观测两次，直至24h连续沉降量小于1mm，认为托架已经稳定。

3.2 预压注意事项

直线段注意加载时两侧同时加载，避免产生对墩身的偏压；加载时注意进行观测，发现异常变形立即停止加载；预压时墩身周围严禁上下交叉作业，安全人员划出警戒范围，严禁任何人员入内；加载时现场有专人统一指挥；所有作业人员戴好安全帽，系好安全带。

4 三角托架使用情况

由于项目连续梁图纸到位较迟，施工工期紧张，且施工现场连续梁边墩普遍较高，其中报信特大桥连续梁边墩高达40m，工程所在地区又为沿海地区，季节性风力强，支架法施工边墩直线段安全风险大，施工困难，施工周期长，对场地要求较高。为保证施工工期，同时满足施工安全要求，项目在中后期施工中大量采用了三角托架施工边墩直线段。

该施工方法优点为：三角托架安装时间较短，消耗钢材较少，且加工拆除方面，周转运输便捷，对施工空间要求较小，施工过程可同步进行，施工干扰少。

项目先后在7个连续梁14处直线段施工中采用三角托架法施工，先后加工三角托架8组，消耗钢材约为240T，如采用那个支架法施工需要消耗钢材640T，节约成本200余万元，并在3个月内，先后合拢（32+48+32）m连续梁1处，合拢（40+64+40）m连续梁2处，合拢（48+80+48）m连续梁3处，极大地缩短了连续梁的施工工期，在施工过程中未出现安全事故，圆满完成了年度施工任务。

传统支架法是施工与三角托架法施工连续梁直线段对比情况如表9所示，由表9中可看出三角托架法较传统支架法施工连续梁直线段消耗钢材少，需要人工少，施工时间短，周转运输方便，同时不需要占用附近地面，减少跨路施工交通干扰，可以在连续梁直线段施工中推广使用，节约了成本，节约工期，减少了必要的损耗。

三角托架在施工连续梁边墩直线段施工中的使用情况见图16。

5 结束语

在现场的连续梁直线段施工中，我们大量采用了三角托架法施工，极大方便了施工，压缩了施工工期，同时保证了施工安全，实践证明，三角托架法施工连续梁直线段能提高施工效率，减少成本的支出，是一种切实可行的施工方法。

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