重庆嘉陵江复线大桥0#梁段施工托架设计方案
中铁二局股份公司二分公司辜文凯
摘要本文介绍连续刚构梁桥0#梁段施工托架结构形式的选择、荷载分析、内力计算方法，并按空间杆系与平面杆系进行内力分析比较，找出采用不同方法计算的内力差异大小及原因，以便更好的指导施工生产。
关键词大桥0#梁段托架设计方案
1工程概况
重庆嘉陵江复线大桥位于牛角沱原嘉陵江大桥上游180m处。P3、P4主墩高54m，双肢薄壁结构。主桥为96+160+96m三跨预应力连续T型刚构梁桥，平面线性为S型，单箱单室结构，梁体底宽9.0m，顶宽17.5m，两侧翼板宽4.25m。墩顶0#梁段长14.0m，高8.2m，砼581.77m3，重1454.4t。
0#梁段砼分两次灌注，第一次灌注高度4.0m，砼290m3,施工荷载由托架承受，待砼强度达到龄期强度后，灌注剩余4.2m梁高的结构砼，荷载由托架和箱梁底板共同承受。
2托架结构形式的选择
托架有梁式结构和桁架结构两种形式,与墩身的连接有钢牛腿附着式和型钢埋入式两种.落地鹰架不适合本桥墩身较高的实际情况.
经认真分析并结合自身设备条件和施工经验，决定采用万能杆件拼装桁架式托架，托架与墩身的连接形式，采用将托架拼装成整体桁架后，直接将墩身断面内的杆件埋入砼内。这种连接形式的托架整体性强，与墩身连接牢固，刚度大，预埋构件简单，数量小，它克服了由于预埋大型型钢构件，砼灌注后因砼凝固收缩，造成构件四周出现裂，削弱墩身有效面积的不良后果，同时杆件断面较小，拆出托架后砼表面易于处理。
3荷载分析
3.1分析原则
3.1.1主桁节点荷载取横桥向节间宽一半，组成2m带宽作为荷载的计算宽度，并以节点上横向连续分配梁支反力作为节点荷载进行复核比较。
3.1.2在计算3-3主桁节点荷载时，考虑腹板荷载全由该主桁片承受，同时还应叠加腹板砼向内侧按450角的扩散荷载，外侧由于模板约束，荷载不散。
3.1.3在计算4-4主桁节点荷载时为偏于安全考虑，叠加腹板砼按450角向下扩散到该桁片计算带宽内的荷载，在分析横向连续梁荷载时亦按扩散叠加考虑。
3.1.4由于横隔板底部砼强度高，与模板不存在谐调变形关系，其荷载不向下扩散，全由墩身承受。
3.2各项荷载取值
3.2.1砼容重按施工技术规范有关规定取26KN/m3。
3.2.2万能杆件自重，先根据施工经验配杆并计算重量，待根据内力选定杆型后再效核。本次设计取11KN/节点。
3.2.3模板及分配梁，未设计定型前取估计值，待设计定型后再精确计算，若取值偏小则需重新计算。本次设计取13.7KN/节点。
3.2.4作业人员及小型机具，根据施工技术规范取2.5KN/m2。
3.2.5振捣及灌注砼冲击荷载，根据施工技术规范取5.0KN/m2。
3.3荷载计算
3.3.13-3纵向主桁片荷载
①1节点考虑施工作业人员及放置小型机具荷载。
Q1=2.5×1.0×2.0=5KN
②2节点考虑全部施工荷载及0.5宽底板、腹板砼荷载的一半。
Q2=11+13.7+2.5×4+1.5×0.5×1.0×25×0.25+0.6×3×0.5×25×=45
③3节点考虑全部施工荷载与相应面积的底板、腹板砼荷载，腹板砼向下扩散荷载。
Q3=1.5×2.0×1.0×25+0.6×3.0×2.0×25+11+13.7+2.5×3+5.0×3=212.2KN
④5、6节点考虑全部施工荷载与相应面积的底板、腹板砼荷载及扩散荷载。
Q5、6=1.5×2.0×1.5×2.5+1.0×2.5×2.0×25+11+13.7+2.5×3+5.0×3=285.0
⑤根据结构的对称性原理，其它结点受力与对称节点相同（见下图）。
3.3.24-4纵向主桁荷载
计算该桁片荷载时，从最不利情况考虑，腹板荷载按45角扩散部分荷载给该桁片。
①1、2两节点荷载与3-3主桁片相同
②3节点受力考虑全部施工荷载，相应面积底板及腹板砼荷载，腹板砼向下扩散荷载。
Q3=4×1.0×25+0.6×3.0×1.0×25××0.1×2+11+13.7+7.5×4=160KN
③5、6节点受力考虑全部施工荷载，相应面积底板及腹板砼扩散荷载，腹板砼向下扩散荷载。
Q5、6=4.0×1.5×25+1.0×2.5×1.0×25××1.0×2+11+13.7+7.5×4=255KN
④其它各点与对应的对称点受力相同
3.3.35-5纵向主桁片荷载
①1、2两节点荷载与3-3主桁片相同
②3节点受力考虑全部施工荷载及相应面积底板砼荷载
Q3=4×1.0×25+11+13.7+7.5×4=155KN
③5、6节点受力考虑全部施工荷载及相应面积底板砼荷载
Q5、6=4×1.5×25+11+13.7+7.5×4=205KN
其它各点与对应的对称点受力相同
3.3.4荷载分布如图
4杆件内力计算
按空间桁架结构，视埋入墩身砼内的主桁上下弦杆为固结，运用电脑软件进行内力分析，并将计算结果与按纵向简支桁片进行内力分析的结果进行比较，见下表。
采用空间结构与平面结构分析的3-3主桁杆件内力比较表
杆件
名称 编号 内力（KN） 杆件
名称 编号 内力（KN） 空间 平面 空间 平面
上
弦
杆 75 -11.0 -5.0
下
弦
杆 84 39.5 50.0 2 -5.0 -5.0 93 207.0 312.5 11 -6.7 -50 102 148.0 317.5 20 24.7 110 111 -148.0 -317.5 29 -24.7 -110
竖
杆 324 5.0 5.0
斜
杆 405 -7.1 -7.1 333 50.6 50.0 414 -71.5 -70.7 342 0 0 423 -398.0 -371.2 351 0 0 433 -558.2 -604.5 360 198.0 195.0 442 140.1 201.5 注:①根据结构的对称性原理,本表只统计3-3主桁片一半的杆件
②由上表可知，按空间桁架和平面桁架计算的内力，上下弦杆存在较大的差别，主要原因是：按空间多次超静定结构计算，上下弦杆埋入砼内，按固结处理。
5横纵梁及分配梁设计
5.1节点横向分配梁设计
5.1.1荷载分析
箱梁腹板荷载向内侧按450角扩散分布，外侧因有侧模约束不扩散，横隔板底部为刚性支承，无变形谐调关系，荷载不扩散，全由墩身承受，因此横向分配梁最不利受力在跨中。
5.1.2荷载计算
①腹板外侧均布荷载
q1=7.5×2=15KN/m
②腹板下均布荷载
q2=2×1×1.5×25+2×2.5×1.0×25×+7.5×2+5=145KN/m
③底板下均布荷载
q3=2×1×1.5×25+5=80KN/m
③内力计算
a、按连续梁结构，经电算得出最大弯矩Mmax=48KN/m。
b、支反力如图所示，经与桁架节点荷载比较偏小，故桁架内力计算是偏于安全的。
④横梁选型
拟采用I25a型钢其内力σ===120Mpa＜[σ]=150Mpa
5.2纵向传递梁及分配梁
模板底部横向铺设12×14枋木作分配梁，间距0.5m，分配梁与I25a横梁之间，纵向铺设[16型钢作荷载传递梁，间距1.0m，经计算传递梁及分配梁的强度满足要求。
6支座垫板下局部压应力计算
6.1支座设计
每片桁架支座处采用2N6反扣增大接触面，N6节点板下设400×400×10钢板，其下再设一层Φ12钢筋网，网格间距10×10cm，支座垫板预埋勾头螺栓，以增强桁架拼装时的稳定。
6.2局部承压力计算
墩身砼设计等级C30，0#梁段砼施工时，未到龄期强度，按C20强度计算局部承压力，桁架最大支座反力RA=700KN。允许局部承压力
R==×0.4×0.4=4000KN＞RA=700KN
β：考虑钢板外周砼对受压区砼的约束的增大系数
γm：根据规范取定的安全系数
AC：承压面积
r:砼龄期强度
7第二次砼灌注时内力检算
7.1原则
灌注第二次砼的荷载全由第一次灌注成型的底板梁承受，底板设计为钢筋砼，检算时按砼梁计算不考虑原设计钢筋的受力作用，这样偏于安全。
7.2荷载分析
均布荷载包括砼荷载、模板及支架荷载、作业人员荷载、砼灌注及振捣荷载、经计算得q=469KN/m
7.3内力计算
①底板按两端固结计算内力
Mmax=-qL2=-×469×62=156.3KN.m
W==×9×1.52=3.375m3
σmax==1563.0/3.37=0.463Mpa＜[σmax]=0.5Mpa
RA==×469×6=1407KN
τ支====0.16Mpa＜[τc]=1.5Mpa
②底板按简支架复核内力
Mmax==×469×62=2110.5KN.m
σ===0.63Mpa＜[σwc]=0.5×1.3=0.65Mpa
支座处剪应力计算同上。
8挠度检算
利用电脑软件对空间桁架进行挠度检算,最大挠度在3-3主桁片,节点位移见下表，桁片变形见下图。
上弦杆编号 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 变形量mm 9 7.5 5 0 6.5 10 6.5 0 5 7.5 9 下弦杆编号 41 42 43 44 45 46 47 48 49 变形量mm 7.5 5.4 0 6.5 8.5 6.5 0 5.4 7.5
9几点体会
①在条件有限的施工现场，进行桁架式托架的结构设计，完全可以把空间结构简化为平面结构，荷载分析不必采用计算连续梁支反力法，可直接按节点承载面积法进行近似计算。两种方法分析的杆件内力主要在上下杆之间存在差别，后者偏于安全样。
②采用点脑软件按空间结构计算，可得到每个杆单元的内力，配杆方便。而将空间结构人为的简化成平面桁片进行分析，非主桁方向的杆件内力则分析困难，对于经验不太丰富的工程技术人员来讲，配杆就较困难，甚至出现错误，造成损失。
③一般连续梁桥0#梁段都较高，均要求分两次灌注砼，第二次施工荷载实际由箱梁底板和托架共同承受，这是一种复合结构，计算复杂。通过上述简单计算发现，考虑荷载全由箱梁底板承受完全能满足要求。
托架的结构形式是多样的，施工中应根据工程的实际情况并结合自身设备条件和施工经验合理选择。
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