0号块三角托架施工技术在大跨径单箱双室连续梁中的应用

2020-03-30张凌云

工程建设与设计 2020年2期

张凌云

（中交一公局集团有限公司，北京100024）

1 工程概况

官渡黄河大桥主桥跨径布置为3×（75m+125m×5+75m）连续现浇梁，连续箱梁为左右分幅，单幅为单箱双室箱梁结构。主桥连续箱梁共1170块，其中0号块36块。0号块采用三角托架作为模板支撑，即在墩身侧面设预埋盒及预留孔，通过张拉精扎螺纹钢将三角托架（包括牛腿）锚固在墩身上，在三角托架上铺设纵横向分配梁以支撑0号块施工。

2 挂篮0号块施工方案及对比

2.1 方案1——0号块三角托架

人员配置：共4人。机械配置：630型塔吊1台。材料比选：一套0号块三角托架需12片三脚架，12个牛腿。工期对比：托架组装1d，安装2d，共3d，一套托架施工周期为60d。

费用对比：一套托架共重34692.16kg，一月租金为1.5061万元，综合考虑1套托架周转时间为2个月，其费用为1.5061万元/月×2=3.0122万元；塔吊费用567元/d×3=0.17万元；人工费150元/d×4d=0.06万元，合计3.2422万元。

2.2 方案2——落地钢管柱支架

人员配置：共6人。机械配置：630型塔吊1台，70t履带吊1台，DZ90型振动锤1个。材料比选：630mm钢管长354.42m,300mm钢管长112m，[20槽钢96m，共重50.53t。工期对比：钢管柱插打1d，平联、斜撑、节点板、加劲肋焊接3d，共计4d，使用周期为60d。

费用对比：一个0号块支架需钢管共重50.53t，一月租金为50.53t×0.13万元/t=6.5689万元，综合考虑1个墩落地支架周转时间为2个月，其费用为13.1378万元；塔吊费用567元/d×3d=0.17万元；人工费用150元/d×6d=0.09万元；履带吊3000元/d×1d=0.3万元，合计13.6978万元。

经过综合方案比较，从高效、经济、适用的角度采用0号块三角托架施工技术。

3 挂篮0号块托架施工特点及原理

3.1 挂篮0号块三角托架施工特点

挂篮0号块三角托架施工特点包括：

1）构件简单易于拼装。0号块三脚架由横杆、竖杆、斜杆等组成，通过销轴连接构成一片三角托架，三角托架下设垫梁、牛腿、牛腿预埋盒支撑于墩身上，每片三脚架通过平联、剪刀撑组合成一个整体，只需精轧螺纹钢上下对拉，即可完成固定。

2）施工效率高。一套托架由12片三脚架组成，需4名作业人员、一台吊车或塔吊，3d即可完成托架安装。

3）施工质量易于控制。0号块三角托架下部由墩身牛腿预埋盒提供支撑，而上部通过精轧螺纹钢进行对拉，彻底解决了焊接质量无法保证的问题，墩身上只有少量预留孔和预埋盒，墩身外观质量得以保障。

4）三角托架预压。0号块三角托架预压采用反拉法，即在三角托架顶部设置反力架，反力架通过精轧钢与承台预埋件连接，通过张拉螺纹钢的方法，模拟混凝土施工工况时荷载加压。减少起重设备的运用，无须装沙袋或运输、吊装石块，且预压效果显著。

5）经济效益明显。0号块三角托架的应用比传统的钢管柱搭设托架施工速度快，效率高，节约材料用量，减少人员、机械设备的投入，造价低，安全环保等优点。

3.2 挂篮0号块三角托架施工原理

主桥0号块采用三角托架作为模板支撑，即在墩身侧面设预埋盒及预留孔，通过张拉精扎螺纹钢将三角托架（包括牛腿）锚固在墩身上，在三角托架上铺设纵横向分配梁以支撑0号块施工。

整个托架一侧采用6片三脚架，每片间通过联结系连接，增强横向稳定，三脚架高度为5m，下部支撑在墩身侧面的牛腿上，且上下分别通过张拉精扎螺纹钢的方式锚固在墩身侧面。

三角托架上依次摆放调节砂筒（楔形块）、横向分配梁（双拼H500型钢）和纵向小三脚架；纵向小三脚架顶面高度应与箱梁底面纵向线形的变化一致。最后在纵向小三脚架顶面铺设底模板。托架安装采用全自动吊篮，吊篮挂在墩顶临时固结的预埋钢筋上。在横向分配梁上三脚架四周设置操作平台。

4 挂篮0号块三角托架施工工艺

4.1 工艺流程

施工准备→墩身预埋盒、预留孔埋设→三角托架拼装→安装牛腿穿精扎螺纹钢对拉→垫梁安装→三角托架整体吊装→穿顶部精扎螺纹钢对拉固定三脚架→安装砂筒→安装横梁→托架预压→三角托架交付使用→安装纵向三脚架→底模安装。

4.2 托架结构验算

4.2.1 托架结构受力分析

托架结构受力简图和轴力及支点反力如图1所示。

图1 托架结构受力简图和轴力及支点反力图

4.2.2 托架计算

根据受力分析可知，托架结构采用铰接连接，结构由杆件体系构成。托架横杆为单I56b工字钢，根据GB 5007—2017《钢结构设计规范》计算如下。

1）托架横杆正应力验算：

式中，σ为正应力；N为轴向力；A为截面面积；τ为切应力；F为剪切力。

2）支撑斜杆与竖杆的验算：根据受力分析可知支撑斜杆竖杆为受压构件，采用双拼[40槽钢组合箱型截面（b类截面），A=150cm2，λx=l0x/ix=0.5m/15.3cm=3.2，λy=l0y/iy=0.5m/2.81cm=18。式中，λ为杆件长细比；l为杆件长度；i为回旋半径。

正应力验算：σ=Nmax/A=1122.4/0.976×150=76.7MPa＜215MPa。

3）连接销轴计算：杆件之间采用φ80mm销轴连接，故单片三脚架反力按φ80mm的销轴单面受剪计算，销轴材质为40Cr钢，根据受力模型得知三脚架最大轴力为764.96k N，因此，销轴承受的最大剪力为：N=σA=570×5024=2863.7k N。其安全储备为：K=2863.7/1294=2.2，符合要求。

4）销轴耳板的强度计算：此销轴耳板厚 30mm，按三角托架的最大轴力 F=1294k N 考虑：P=F/2=1294/2=647k N；σ=1.4[σ]=1.4×210=294MPa；δ=P/Dσ=647/80σ；求得 δ=26mm。

通过上述计算可知，在销轴所能承受的最大轴力下销轴板总厚度δ=26mm＜30mm。满足要求。

5）锚固精轧螺纹钢验算。托架顶端采用φ32mm精轧螺纹钢进行锚固。普通托架采用上锚固2根φ32mm精轧螺纹钢，下锚固采用2根φ25mm精轧螺纹钢。根据上述受力分析，对精轧螺纹钢验算如下：

根据受力模型计算得知，上支座处横向最大反力为417.66k N，则可提供锚固力为：

支座处：N提供=2A[σ螺纹钢]=2×3.14×322/4×770×10-3=1237.9k N。其安全储备为：K=1237.9/417.66=2.96。

上锚固精扎螺纹钢锚固在墩身上，以平衡托架产生的水平力，其所受拉应力计算：σ=N/A=417.66k N/16084mm2=259.7MPa＜770MPa。故满足安全要求。

5 挂篮0号块三角托架施工质量控制要点

挂篮0号块三角托架施工质量控制要点包括以下几方面：（1）牛腿安装时与墩身混凝土面紧贴并夹垫土工布；（2）牛腿安装后应用水平尺测平，并保证牛腿标高一致；（3）垫梁安装前将其内部灌注C30混凝土（垫梁内部未加加劲板），并在安装前将钢垫块上下平面处混凝土浮浆清理干净方可使用；（4）托架安装时应保证牛腿与垫梁、垫梁与托架底口紧贴密实，如有空隙应用调平薄钢板垫平；（5）上口对拉螺纹钢位置处与墩身紧贴面应加垫0.5～1cm钢板；（6）每一片托架都要用吊锤测定其垂直度，确保托架垂直受力；（7）托架安装后应保证上口精轧螺纹钢与墩身预埋钢管上沿紧贴,与托架螺栓孔下沿紧贴，确保精轧螺纹钢不受剪力；（8）对拉精轧螺纹钢安装时必须上双螺母并拧紧；（9）托架全部安装后相邻垫梁间应用槽钢或角钢将其焊接连成整体；（10）砂筒砂子烘干，对砂筒进行预压；（11）砂筒位置处的双拼型钢应加焊加劲板[1]；（12）托架加固：砂筒与托架、砂筒与横梁之间进行点焊，确保其稳定；底模三角架、横梁、砂筒、托架之间通过14号槽钢门式架固定为整体；横梁与纵梁之间进行焊接；侧模桁架与纵梁之间进行焊接。