连续刚构高墩长悬臂0#块托架设计与施工分析

匡志强

文章以天峨龙滩特大桥引桥（72+135+72） m桥跨连续刚构为例，针对高墩长悬臂0#块施工托架设计以及预压工艺难点问题，提出一种装配式托架结构以及高墩原位预压方式，并应用Midas Civil有限元软件对托架结构及预压进行仿真分析，验证托架结构的刚度、稳定性，避免了大量高空焊接作业且操作简便，具有良好的效益，可为相关类似工程提供参考借鉴。

0#块;托架设计;Midas Civil有限元软件验算;预压

U445.55+9A281013

0 引言

0#块施工是大跨径连续刚构桥梁的一个重要施工步骤，采取合理的托架设计方式及预压方法是保障0#块施工安全及质量的关键。本文以天峨龙滩特大桥引桥（72+135+72） m桥跨连续刚构为例，对该工程高墩长悬臂0#块施工托架以及预压进行了系统设计及验算，提出了一套安全可靠、施工便捷的0#块托架施工方法，有效保证了高墩长悬臂0#块施工安全和质量。

1 简要概况

天峨龙滩特大桥是南丹至天峨下老高速公路的控制性工程，大桥位于河池市天峨县境内，跨越龙滩库区，位于龙滩水电站上游6 km处。天峨龙滩特大桥全长2 488.55 m。其中主桥长624 m，采用上承式劲性骨架混凝土拱桥方案，计算跨径600 m，主桥两侧为（72+135+72） m桥跨预应力混凝土连续刚构+40 mT梁。

（72+135+72） m桥跨预应力混凝土连续刚构为左右分幅布置，单幅桥宽为12 m，采用单箱单室截面。0#块中心箱高为8.5 m，长度为15 m，墩身纵桥向厚度为6 m，0#块两端各悬挑4.5 m。0#块下部结构主墩均为空心薄壁墩，最大高度为116.22 m。

2 0#块托架设计

2.1 设计原则

（1）0#块混凝土浇筑分两次进行，但托架荷载设计按0#块一次浇筑完成，进行加载验算，验算结果偏安全。

（2）尽量减少托架高空拼装、焊接作业。

（3）改变常规托架牛腿预埋方式，避免对墩身大型模板割孔损伤。

2.2 托架总体设计及施工

托架采用双拼Ⅰ40 b工字钢焊接成三角承重桁片，横桥向按4道进行布置。三角桁片底部设置抗剪牛腿伸入提前在墩身内预埋的钢盒形成下部牛腿受力支点，主要承担竖向荷载;三角桁片顶部采用精轧螺纹钢进行对拉，形成受力结构。托架三角桁架片在地面现场焊接完成后，利用塔吊整体起吊，托架安装就位后及时安装对拉精轧螺纹钢并进行张拉初紧。

在三角桁片托架上横桥向铺设型钢作为横向承重梁。模板采用定制钢模。内模顶板支撑采用盘扣式钢管支架作为支撑体系，立杆采用60型钢管，水平杆采用48型钢管，斜杆采用33型钢管搭设。支架纵横向间距为90 cm×90 cm，立杆水平杆步距高度为1.5 m。

2.3 托架下牛腿及预埋钢盒设计

牛腿结构由三角桁片下牛腿、钢盒和精轧螺纹钢组成，钢盒与精轧螺纹钢为墩身预埋件，墩柱施工过程中测量定位预埋件位置，并在相应标高墩柱施工时进行预埋件施工，钢盒预埋深度为40 cm，精轧螺纹钢预埋深度为70 cm。[2]采用20/6 mm钢板焊接而成的预埋钢盒，同时设置角钢增强与混凝土锚固连接，牛腿采用双拼40b工字钢，工字钢腹板加焊10 mm厚钢板，增强抗剪能力。

3 托架仿真分析计算

3.1 计算分析说明

计算按容许应力法进行计算，应力标准如下所示：

Q235C钢：[σ轴]=140 MPa，[σ]=145 MPa，[τ]=85 MPa。

连接：各杆件用梁单元;杆件之间的连接采用刚性连接，牛腿预埋位置采用一般支承。

荷载：混凝土重按压力荷载计，混凝土容重取26 kN/m3，人员机具及混凝土倾倒及振捣取3 kN/m3，模板荷载按0.75 kN/m2计算，托架结构自重由软件自动计算。各荷载通过计算采用梁单元荷载的叠加方式進行模拟。

计算荷载工况：0#块混凝土分两次浇筑，第1次浇筑至离底板4.5 m高处，第2次浇筑剩余部分。计算时按0#块一次浇筑完成工况，施加荷载，计算结果偏安全[3]。

计算荷载=托架结构自重+施工人员机具荷载+模板荷载+0#块混凝土荷载。

3.2 计算结果（图1）

3.2.1 强度

主要构件最大应力计算汇总如表1所示。

托架强度满足要求。

3.2.2 刚度

主要承重构件挠度变形情况如下：

三角承重桁片最大挠度变形2.11 mm

横向Ⅰ32工字钢分配量13.12 mm

托架刚度满足要求。

3.2.3 稳定性

托架结构整体稳定屈曲分析最小临界特征值为23.9>4，整体稳定性满足要求。

4 托架预压

4.1 预压设计原则

（1）采用原位预压，验证托架安全性以及消除部分非弹性变形。

（2）预压加载荷载按托架承受荷载110%考虑，加载位置进行优化调整，使加载时托架受力尽量与实际接近。

（3）考虑操作简便。

4.2 预压设计

由于墩身高度较大，最大高度为116.22 m，从安全、经济角度考虑，在墩顶设置反力架，通过千斤顶反顶实现托架预压，反力架通过提前在墩顶墩身内预埋的精轧螺纹钢锚固[4]，精轧螺纹钢以≤75%抗拉

强度设计值进行控制。如图2所示。

施工特点：（1）反力架提前制作加工，整体吊装，安全高效;（2）反力架通过墩顶预埋精轧螺纹钢锚固，装拆方便。

4.3 预压荷载及加载顺序

预压荷载主要根据0#块托架牛腿计算反力采用等效节点荷载进行模拟施加。在计算结果分析中，采用1.1倍荷载系数进行分析[5]。

预压系统由托架、反压架体及千斤顶组成。荷载预压试验采用分三级的方式进行加载。

卸载过程同样分三级进行，当卸载至每一级荷载时，即110%、100%、50%、0荷载时，均观测一次，观测记录好数据后，开始继续卸载，直至完成卸载。

单个加载点荷载施加如表2所示。

5 结语

天峨龙滩特大桥引桥（72+135+72） m桥跨连续刚构0#块托架方案设计，通过理论仿真计算分析设计，同时结合工程设计特点，提出了一套安全可靠且高效的0#块设计及施工工艺，主要存在如下优点：

（1）采用预埋钢盒+带剪力牛腿三角承重桁片的架体结构，该结构可以在厂内先加工制作成成品单元件，在现场进行安装，有利于保障托架结构加工制作质量，减少了高空作业，降低了安全风险。

（2）托架采用Midas Civil有限元软件进行整体建模，根据各项荷载情况在对应部位进行准确加载并运算分析，验算托架结构强度、刚度及稳定性符合要求。同时结合托架计算反力情况，模拟预压加载，使预压加载情况下托架受力更贴合实际情况。

（3）常规0#块托架采用在承台埋设螺纹钢利用钢绞线张拉方式或采取吊装沙袋或预压块实物进行预压。由于本工程0#主墩墩身最高达到116.22 m，墩身较高，若采用在承台埋设螺纹钢利用钢绞线张拉方式会导致钢绞线张拉伸长量过长，千斤顶张拉行程不够从而需要多次张拉问题，张拉作业麻烦，材料浪费较大。若采取吊装沙袋或预压块实物进行预压，高空吊装作业量极大，存在较大的安全风险。而通过采取在墩顶设置反力架，利用千斤顶反顶实现托架预压，较好地避免了上述问题。

[1]周彦文，汪泉庆，孙 鹏.大跨径连续梁0号块托架结构设计及预压施工[J].世界桥梁，2019，47（3）：32-37.

[2]黄小良.万盛特大连续刚构桥0号块托架设计与承载力分析[J].公路，2014，59（11）：97-101.

[3]張开顺.大跨连续刚构桥0号块托架设计与施工技术[J].公路交通技术，2012（2）：52-54，61.

[4]王海军，王朋飞.超百米高墩连续刚构桥0号块支架反力法预压技术[J].珠江水运，2020（10）：84-85.

[5]JTG/T 3650-2020，公路桥涵施工技术规范[S].