连续梁桥悬灌施工0#和1#块现浇托架的设计及预压

连续梁桥悬灌施工0#和1#块现浇托架的设计及预压

朱振鑫

(中铁六局集团公司石家庄铁建有限公司，河北 石家庄 050000)

摘 要：结合实际工程施工，对连续梁桥悬灌施工0#、1#块现浇托架的构造及设计检算过程进行了介绍。检算表明托架满足强度及刚度要求；由于该桥主墩较高不便采用沙袋预压，因而提出了采用千斤顶反张拉法进行预压的方法，并对预压结果进行了总结分析。工程实践证明，设计的支架安全可靠，预压方案合理。

关键词：悬臂浇筑；托架；预压

1 工程概况

本工程为上跨高速公路的普通双线铁路桥梁，桥梁长967.93 m，全桥位于直线及R=800 m的曲线上。设计孔跨布置为1孔24 m简支T 梁+25孔32 m简支T 梁+(32+48+32)m连续梁。桥台截面为T形，桥墩根据墩高不同设有实体墩8个，空心墩20个；圆端形26#主墩高度23 m， 27#墩高度22 m；全桥均采用钻孔桩基础，桩径分别为?1.0 m、?1.25 m、?1.5 m。主跨桥型布置见图1。

图1 主跨桥型布置(单位：m)

主桥采用悬臂浇筑施工，因0#块节段长6 m，无法拼装悬臂施工挂篮，因此拟定中跨26#、27#墩0#块、1#块均采用托架施工。0#块悬出墩身需托架现浇部分长度1.6 m，1#块长3 m；边跨现浇直线段25#墩也为托架法施工，28#墩直线段梁体由于墩身较低，采用满堂支架浇筑，本文将对主墩托架进行设计计算。

2 托架构造

主墩托架采用三角托架形式，水平杆采用I45a，斜杆为2I28a。托架上横向分配大梁采用2I40a，底板纵向分配梁采用I28a工字钢，横桥向每侧4组，模板采用6钢模板，托架材料均为Q235，托架布置如图2、图3所示。

图2 主墩托架纵立面图(单位：cm)

图3 托架横立面(单位：cm)

3 托架设计计算

托架上支点墩壁处预埋工字钢和钢板，水平杆与钢板焊接，下支点处墩内预埋钢筋构件及不同厚度钢板，斜杆与之焊接，0#块悬出墩身部分用托架方案进行施工，单侧悬出长度为1.6 m，方量共29.04 m3。1#块长度3 m，方量45.7 m3。分浇筑0#块和浇筑1#块两种工况计算。

3.1 荷载分析

(1)施工人员、机械、材料荷载：P1=2.5 kN/m2。

(2)冲击、振捣荷载：P2=2.5 kN/m2。

(3)模板、支架自重荷载：P3=1.5 kN/m2。

(4)梁自重P4。0#块悬出墩身部分及1#块箱梁不同部位自重见表1。

表1 箱梁不同部位自重P4 kN

翼缘板腹板顶底板0#块悬臂部分54.9222.6209.91#块103.0304.2373.8

3.2 纵梁检算

腹板下选用4根I28a工字钢作为承重梁，底板下选用8根I28a，翼板选用4根I20a工字钢作为承重梁。

纵梁强度检算时荷载组合：

q1=[(P1+P2)×1.4×计算宽度+P3×1.2×计算宽度]+P4×1.2/长度

位移检算时荷载组合：

表2表示浇筑0#块和浇筑1#块两种工况下强度检算时不同部位下纵梁受到的均布荷载大小。

表2 强度检算时不同部位下纵梁荷载统计值

0#块悬出墩身部分 长度/m平均宽度/mq1/(kN/m) 1#块悬出墩身部分 长度/m平均宽度/mq1/(kN/m)腹板处1.61.7180.631.4134.0顶底板处1.63.7190.033.9183.8翼缘板处1.62.966.732.966.7

纵梁检算模型按照简支梁计算，浇筑0#块、1#块时的Midas计算模型分别如图4、图5所示，计算结果见表3。

图4 浇筑0#块纵梁计算模型(单位：m)

图5 浇筑1#块纵梁计算模型(单位：m)

表3 纵梁计算结果

浇筑0#块 RA/kNRB/kN最大应力/MPa 浇筑1#块 RA/kNRB/kN最大应力/MPa最大变形/mm腹板处264.924.130.4111.7290.383.40.3顶底板处278.725.332.0153.2398.2114.20.4翼板处97.88.952.054.6144.588.94.6

表3显示，浇筑1#块时纵梁受力最不利，纵梁最大应力均小于允许值215 MPa[1]，强度满足要求。最大变形4.6 mmL/400=9 mm[1]，满足要求。可见，各部位下纵梁强度和刚度检算均合格。

3.3 横梁计算

根据纵梁受力结果分析，两根横梁(近、远端)所受荷载计算如表4所示。

表4 横梁(近、远端)所受荷载统计

浇注0#块悬出部分 P0近/kNP0远/kNq0近/(kN/m)q0远/(kN/m) 浇注1#块悬出部分 P1近/kNP1远/kNq1近/(kN/m)q1远/(kN/m)腹板处264.924.1111.7290.3顶底板处278.725.345.34.11153.2398.224.964.7翼板处97.88.933.73.1054.6144.518.849.8

横梁计算模型为连续梁，两根横梁(近、远端)分别计算，两者计算模型相同，受力大小不同，横梁Midas分析模型如图6所示。

将表4中的荷载分别施加于模型上，分析得出横梁在两种工况下的计算结果，见表5。

图6 横梁分析模型(单位：m)

根据以上分析结果，浇筑1#块时，远端横梁所受弯矩最大，近端和远端横梁同时选用2I40a型钢做分配横梁，则：

最大应力σ=Mmax/w(截面矩)=115.6 MPa<215>MPa，满足强度要求。

最大位移发生在两侧悬臂端，最大值为5 mm，小于L/400=7.3 mm，满足刚度要求[1]。

表5 横梁Midas分析结果

0#块浇注时 RA/kNRB/kNRC/kNRD/kNMmax/(kN·m) 1#块浇注时 RA/kNRB/kNRC/kNRD/kNMmax/(kN·m)近端505.16.16.1505.1169.9267.53.03.0267.5110.4远端66.20.40.446.215.6667.569.169.1567.5251.0

3.4 三角托架计算

三角托架按纵桥向布置，沿横桥向间距205 cm，每侧4组，共8组，每组托架顶梁长4.6 m。因腹板处荷载最大，以腹板处单组三角托架进行验算,其中加在托架上的力为横梁传递的集中荷载。

浇筑0#块时，近端P0=505.1 kN，远端P0腹=66.2 kN；浇筑1#块时，近端P0=267.5 kN，远端P0腹=567.5 kN。三角托架最不利约束条件为上端固定，下端铰接，利用梁单元对结构进行模拟，简化Midas分析模型如图7所示。

将上述集中力分别施加于托架上，得到两种工况下托架应力分布及变形结果。两种工况比较，1#块浇筑时支架受力较大，图8、图9给出1#块浇筑时托架的应力及变形图。根据分析结果，托架横杆的最大拉应力出现在横杆与桥墩连接部位，其值为173.0 MPa，小于215 MPa，满足要求；而斜杆的最大压应力为129.4 MPa，应进行受压稳定检算，经检算受压稳定满足要求，篇幅所限稳定及预埋件检算不再详述。托架最大变形5.8 mm，满足使用要求。

图7 托架Midas分析模型 图8 1#块浇筑时托架的应力(单位：MPa) 图9 1#块浇筑时变形(单位：mm)

4 托架预压

4.1 预压方案

由于主墩26#墩高度23 m，27#墩高22 m，利用砂袋加载预压高空工作量大，不好实施，根据以上托架计算结果，腹板处结构受力远大于翼板及顶底板处，用砂袋加载，腹板处将出现堆载过高状况，给实际操作带来困难，因而采用千斤顶反张拉施工工艺进行预压，千斤顶布置形式见图10和图11。根据托架分析结果：两侧托架远端P远=567.5 kN，近端P近=505.1 kN；中间托架远端P远=69.1 kN，近端P近=66.2 kN。此荷载已考虑荷载组合系数，故预压时按此荷载大小进行预压。预压按60%，100%，120%加载。

承台施工时在承台上预埋40根?32 mm精轧螺纹钢，用双I20a工字钢焊接成横梁，横梁下垫10 mm厚打眼钢板，用来穿束精轧螺纹钢与托架上横梁相连。托架上横梁安装固定到位，用75 t千斤顶进行张拉作业，按预先确定的荷载数值的1.2倍进行张拉，张拉力反作用于托架，从而实现托架预压。

图10 千斤顶张拉纵桥向示意图(单位：cm)

图11 千斤顶预压横桥向示意图(单位：cm)

4.2 加载点及测点布置

托架预压点共布置24个点，即按托架受力点进行布置，边托架每个托架各4个点。观测点每个托架设两处，具体布置见图12。

图12 预压测点平面布置图(单位：cm)

4.3 预压过程及结果

加载及观测顺序为：测量加载前的托架高程→首次加载60%→测量首次加载后的变形数据并记录→持荷稳压60 min→第2次加载到100%→测量二次加载后的变形数据并记录→持荷稳压60 min→第3次加载到120%→测量加载后的变形数据并记录→持荷稳压4 h→测量1 h后的变形记录→开始卸载依次卸至1.0倍→卸载至0.5倍→卸载归零→卸载后测量其残余变形，主要测量结果见表6。

表6 观测记录表

测点 分级加载下的标高/m 加载前60%100%120%卸载后弹性变形/mm非弹性变形/mm1712.737712.734712.731712.730712.735522712.741712.740712.737712.736712.739323712.743712.742712.739712.738712.740234712.745712.742712.739712.738712.741345712.738712.735712.733712.732712.737516712.729712.728712.725712.724713.727327712.728712.726712.724712.723712.726328712.724712.721712.718713.716712.72044

根据观测记录表，可知最大弹性变形为 5 mm，平均弹性变形 3.5 mm，弹性变形量与理论计算值较为吻合，得出的变形值可以为0#、1#块施工确定立模标高提供依据。通过预压检验托架结构完好，无开裂、扭曲等异常现象，各联结构件连接牢固，说明托架的承载力能够满足施工要求。

5 结束语

托架是悬臂浇筑施工的重要临时结构，关系到0#块及其后续施工段能否安全、顺利施工，由于墩身较高本工程选用在三角托架上浇筑0#及1#块。文中对托架构造及设计检算过程进行了介绍，通过检算表明托架强度和刚度满足相关规范要求。由于主墩较高不便采用沙袋预压，本桥预压采用千斤顶反张拉施工工艺，缩短了预压周期，而且安全可靠。工程实践证明，本支架设计安全可靠，预压方案合理，可为类似桥梁施工提供参考。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.铁路桥涵施工规范：TB10203—2002[S]．北京：中国铁道出版社，2002

On the Design and Pre-Loading of the 0# and 1# Site-Cast Brackets for the Cantilever Construction of a Continuous-Girder Bridge

ZHU Zhenxin

(The Shijiazhuang Railway Construction Co. Ltd. of the 6th Bureau Group of China Railway,Shijiazhuang 050030,China)

Abstract：With practical projects as illustrative examples,the structural composition and design checking process of the 0# and 1# site-cast cantilever brackets for the cantilever construction of a continuous girder bridge are introduced in the paper.By calculation checking,it is found that the brackets are up to the requirements in both strength and rigidity.Owing to the fact that the main pier is relatively tall,it is inconvenient to pre-load them with sand bags,in which case the jack reversely-tensioning pre-loading method is suggested for pre-loading them in the paper,with the pre-loaded results summed up and analyzed.Engineering practice shows that the designed brackets are satisfactory in both security and reliability.Therefore,the pre-loading scheme is proved rational.

Key words：cantilever construction;bracket;pre-loading

收稿日期：2016-10-12

作者简介：朱振鑫(1983—)，男，工程师，主要从事桥梁施工技术管理工作。

DOI：10.13219/j.gjgyat.2017.01.007

中图分类号：U445.35

文献标识码：B

文章编号：1672-3953(2017)01-0025-05