悬臂浇筑连续箱梁利用临时支柱搭设0# 块支架平台施工技术

张志敏

中铁十五局集团第五工程有限公司 天津 300133

随着我国交通运输事业的快速发展，大跨度桥梁在公路、铁路、市政工程中广泛应用。在一些跨越河流、铁路、公路的地方更加能发挥出预应力混凝土连续梁桥的跨度大、施工简便、抗震性能良好等优点[1]。连续梁桥一般采用分节段施工，0# 块是悬臂施工时在桥墩上方最先浇筑的单元。0# 号块一般采用一次浇筑的施工工艺，通过永久支座及临时固结结构与墩身、承台连接，以保持悬臂浇筑过程中梁体稳定。

临时固结支柱的设置主要是确保挂篮悬浇过程中不会出现梁体倾覆。如果将临时支柱和0# 块施工平台结合考虑，可以达到简化施工工艺、节约成本的目的。

1 工程概况

神岗山大桥主桥跨径采用（50+80+50）m 变截面预应力混凝土现浇连续箱梁，全长为180m。全桥共分为13 个梁段，其中0#梁段为支架现浇，1-9# 梁段采用挂篮悬臂现浇施工，10# 和12#梁段为合龙段，11# 段为边跨现浇段，采用满堂支架施工。

箱梁采用单箱双室断面，梁宽17．75m，根部梁高4．8m，跨中及边跨端部梁高2．3m，梁高变化采用二次抛物线[2]。

图1 桥式立面布置图（尺寸单位：mm）

2 0# 块支架构造

2.1 临时固结支柱

临时固结支柱采用φ920mm（壁厚10mm）螺旋钢管，下端采用8-ML32 精轧螺纹钢筋锚固在承台上，上端采用8-ML32 精轧螺纹钢筋锚固在梁体内，管内填充C50 混凝土，确保在极端工况条件下不发生梁体倾覆。

2.2 0# 块施工平台

临时支柱间设纵桥向和横桥向连接系，横桥连接系向采用φ325×8 钢管，纵桥向连接系上弦杆采用HW400×400H 型钢，下弦杆和斜撑采用φ325×8 钢管。支架纵向和横向均设悬挑三角架，三角架横杆采用HW400×400H型钢，斜撑采用φ325×8钢管。横向主梁采用2-200×400×10 矩形钢管，搁置在纵平联上弦杆和悬挑三角架横杆上，中间设φ377×10 钢管支撑，用于标高调整及支架卸架。纵向分配梁采用300×300×8mm 方钢管，搁置在横向主梁上，墩身范围内需在墩顶抄垫，荷载直接传递至墩身[3]。

临时固结钢管柱顶端混凝土在施工0# 块时不浇筑，待底模拆除留出空间后再浇筑，为保持梁体稳定，在墩顶两侧设置4 个φ325×8 钢管混凝土临时支柱，确保底模平台拆除后梁体不会倾覆。平台底模中间部位采用木胶板，两侧采用挂篮钢底模。

3 支架整体受力分析

3.1 有限元建模模拟

使用MIDASCivil2018 软件模拟0 号块支架， 支架总体模型如图3 所示。按实际所用材料，选择Q235 钢材，允许应力。梁单元以铁摩辛柯的梁理论( 垂直于中和轴的截面，在变形后保持平面形状，但不一定要继续垂直于中和轴)为基础，分析时考虑剪切变形。MIDAS 中的梁单元具有六个自由度，并默认计算剪切变形。一般用于杆系构件或变截面( 如楔形变截面)构件上，也可以作为连接自由度不同的两种单元的连接构件。所以采用梁单元模拟钢管，能很好地反映钢管的实际受力表现。6 根钢管立柱底部与承台焊接，所以在软件中约束了立柱底部的x，y，z 方向的自由度。在支架与墩身锚固的位置，设置了水平方向的约束[4]。

图2 支架结构布置图

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTGT-F50-2011），荷载包括支架自重荷载，梁体自重，施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放荷载为2．0kN/m2，振捣荷载为2．0kN/m2。其中采用桥墩外延的梁截面及0 号块端部截面的平均值作为验算截面，以此计算梁体自重，这样的换算假设较于实际截面的变化，是偏于安全的计算[8]。根据以上荷载组合，换算为节点荷载，分布在横梁节点上。节点荷载分布如表1 所示。

图3 支架模型图

表1 等效节点荷载分布表

3.2 支架整体受力计算

图4 支架整体受力及变形图

4 临时支柱的受力分析

临时支柱的主要作用是承担挂篮悬臂浇筑时两侧产生的不平衡荷载，同时兼做0# 块施工平台。临时支柱用于0# 块施工时，根据MIDAS 计算结果，如图5 所示，立柱最大轴力，最大弯矩。

图5 临时支柱内力图

极端情况下，当主梁施工至最大悬臂状态（9# 块）、单侧挂篮产生坠落事故时，临时支柱轴力最大。此时产生的不平衡荷载主要有：

①挂篮底篮系统及模板G2、G2'。挂篮底篮系统及新浇筑混凝土坠落后，顶部荷载G2'=200KN，挂篮及模板G2=760KN

②节段混凝土自重G1=1290KN。

③不平衡施工荷载G3=90KN。

④ 梁 段 混 凝 土 浇 筑 施 工 误 差G4=680KN。1-8# 梁 段 总 重13481KN，0# 块 重 量10350KN，G=2×13481+10350=37312KN。

图6 单侧挂篮坠落不平衡荷载布置图（尺寸单位mm）

假定N=G/3，以支点N1 为转动中心力矩平衡，则：

6N2+31G2'+3N=40G1+39G2+40G3+20G4+3G

N2=（40×1290+39×760+40×90+20×680+3×37312-31×200-3×37312/3）/6=27811KN

N1=G1+G2+G2'+G3+G4+G-N1-N=1290+760+200+90+680+37312-37312/3-27811=84KN

从计算结果得知，悬臂浇筑不平衡荷载产生的临时支柱轴力远大于0# 块施工荷载产生的轴力，以悬臂浇筑不平衡荷载产生的临时支柱轴力N2 计算钢管混凝土的承载力。

单根钢管柱最大承载力为F=27811/3=9270KN，考虑不均匀系数1．2，则F=11124KN。

根据蔡绍怀《现代钢管混凝土结构》，钢管混凝土单肢柱的设计承载力Nu 按下式计算：

Nu=φ1φ2N0

=faAa/fcAc=（205×286）/（32．4×6362）=0．28 ＜[θ]=1

N0=fcAc（1+αθ）（式中α=2）

式中：

N0——钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值；

θ——钢管混凝土的套箍指标；

Fc——混凝土抗压强度设计值，C50 取32．4MPa；

Ac——钢管内混凝土的横截面面积，为6362cm2；

fa——钢管的抗压强度设计值，取205MPa；

Aa——钢管的横截面面积，为286cm2；

φ1——考虑长细比影响的承载力折减系数，

φ1=1-0．115( √L/d-4)=1-0．115( √14200/920-4)=0．611

φ2——考虑偏心率影响的承载力折减系数，取1；

由以上计算得：

Nu=φ1φ2fcAc（1+αθ）=0．611×1×32．4×6362（1+2×0．28）/10=19647KN ＞F=11124KN

临时支柱承载力满足要求[7]。

5 结语

挂篮悬浇连续箱梁临时固结支柱需要考虑极端工况条件下（最大悬臂时一侧挂篮坠落）梁体不会出现倾覆，因此临时支柱的强度、刚度都较大。将临时支柱与0# 块施工平台结合，支架平台的安全性得到大幅提高，实际使用中，神岗山大桥支架平台接受了2019年赣江10 年一遇洪水的考验。同时，临时支柱和0# 块平台同时施工，简化了施工工艺，节约了施工工期，施工成本也大大减少[8-12]。