高墩连续梁桥0#块托架设计及施工
杨晓亮
摘要：本文通过介绍某大桥0#块托架的设计及施工，根据0#块截面形式，采用迈达斯软件建立整体模型分析计算托架的受力情况，在满足托架本身强度、刚度及稳定性要求的情况下，优化托架设计，受力简单明确，便于安拆;牛腿托架与墩身部位采用精轧螺纹钢对拉，以避免以往采用焊接，质量难以控制的特点，保证了施工质量，为同类型工程的施工提供参考。
Abstract： This article introduces the design and construction of a 0# block bracket of a bridge， and uses Midas software to establish an overall model to analyze and calculate the force of the bracket according to the 0# block cross-sectional form. In the case of meeting the strength， rigidity and stability requirements of the bracket itself， the bracket design is optimized， the force is simple and clear， and it is easy to install and dismantle; the corbel bracket and the pier body are made of fine-rolled rebar to avoid the characteristics of welding in the past and the quality is difficult to control， which guarantees the construction quality and provides a reference for the construction of the same type of project.
关键词：高墩;0#块托架;设计及施工
Key words： high pier;0# block bracket;design and construction
中图分类号：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）12-0144-03
0? 引言
在高墩预应力连续梁桥施工过程中，0#块做为挂篮悬臂浇筑施工的起始节段，具有混凝土体积大、重量大且一般墩身高度较高，常采用托架法施工，施工难度大、风险高等特点。一个好的0#块托架设计方案，应满足施工必需的强度、刚度、稳定性要求，结构简单，受力清晰、明确，同时必须考虑托架安装施工过程中作业难度，确保安拆方便，加快施工速度，提高综合效益。
1? 工程概况
某大桥位于“V”型峡谷，上部结构为预应力混凝土连续梁，桥跨布置形式为63m+100m+63m连续梁，桥梁全长262m。桥梁下部结构为薄壁空心墩，墩高45m，墩身横截面8.5m×4m，墩身壁厚80cm，上部箱梁结构形式为单箱单室、变高度、变截面预应力混凝土箱梁。箱梁支点处梁高7m，跨中梁高2.5m，梁底下缘按照1.8次抛物线变化。箱梁横断面顶板宽为16.5m，底板宽度为8.5m，腹板厚度80cm，翼缘板悬臂长度4m。0#块纵向长度10m，两端悬臂端长度3m，混凝土方量319.84m3，总重量831.6t。
2? 托架牛腿系统设计特点
根据现场施工特点，墩身高度较高，结合以往施工经验，采用预埋牛腿托架系统形成0#块施工作业平台。牛腿托架内部杆件采用销轴连接，与墩身采用精轧螺纹钢对拉，受力简单明确，避免了以往牛腿托架与墩身预埋件直接焊接焊接质量不易控制等特点。
2.1 总体设计思路
①减少安装难度，确保施工质量。将以往的牛腿与墩身之间采用预埋钢板焊接连接改变为采用精轧螺纹钢对拉，减少高空焊接施工作业，降低了安装难度，更有利于保障施工质量、安全。②改变以往牛腿托架与墩身连接部位的复杂受力状态，采用简单的支、拉形式，受力简单、明确。牛腿托架底部支点采用在墩身上预埋钢锚盒穿入型钢，牛腿托架下部直接支立与型钢上，上部支点采用精轧螺纹钢对拉，将以往牛腿托架与墩身连接部位复杂的受力状态改变为简单的拉、压受力形式，简化了墩身与牛腿托架连接部位的受力状态。③牛腿托架设计过程中充分考虑存储运输方便及后续的周转使用，降低成本。牛腿托架内部杆件之间全部采用销轴连接，组装简单，便于存储运输、存储;牛腿托架本身采用I28工字钢加工，自重较小，后续施工可根据0#块截面形式，适当加密或减少牛腿数量，以达到通用的目的。
2.2 托架设计方案
①考虑墩身高度较高，0#块采用托架法施工。托架采用三角形主桁，单侧4片，由于箱梁翼缘板悬臂长度达到4m，因此墩身侧面沿横向轴线每侧各增加1片托架，单个0#块施工共计安装10片托架。牛腿内部三根杆件均采用双拼I28工字钢加工，各节点部位采用销轴连接。牛腿安装完成后，采用20cm槽钢横向连接，使4片桁架形成整体。牛腿顶部安装砂箱做为调整模板及落模措施，上部单侧横向铺设4道32cm高工字钢梁，然后铺设调坡桁架，0#块侧模直接立于纵桥向2根32cm高工字钢梁上（如图1）。
②墩身施工时，根据设计方案在墩身相应部位提前预埋锚盒，并预埋Φ48mm钢管，牛腿托架安装前，首先将双拼32cm短梁穿入预埋盒，并采用4根JL32精轧螺纹钢拉紧，牛腿托架拼装成整体后，整体吊装，牛腿上部节点，采用5根JL32精轧螺纹钢对拉拉紧。牛腿托架底部短梁形成支撑，上部5根JL32精轧螺纹钢提供抗倾覆的拉力，如此牛腿托架总体的受力变为简单的拉、压力，从而将以往牛腿与墩身预埋件之间焊接的复杂受力状态优化为简单的受力，降低了因焊接质量等因素影响，提高整体可靠度（如图2）。
③考虑墩身预埋盒位置混凝土集中受压较大，预埋盒安装时，预先加入“#”字形钢筋骨架，每个预埋盒位置采用“#”字形钢筋骨架补强，减轻预埋盒位置的应力集中，分散混凝凝土的集中受压。
3? 托架的设计检算
3.1 设计参数
3.1.1 恒载
①新浇筑梁体重力：q1=26kN/m3
②模板：侧模板q2=1.2kN/m2（侧模板）;q2′=1.0kN/m2（内模板）
3.1.2 活载
③施工人员、材料及施工机具荷载：q3=2.5kN/m2
④振捣混凝土时产生的荷载：
水平模板q4=2.0kN/m2
垂直模板q4′=4.0kN/m2
⑤浇筑混凝土时产生的冲击荷载：q5=2.0kN/m2
3.2 荷载组合
活载的分项系数取1.4，恒载的分项系数取1.2，混凝土超方系数1.05。
（①×1.05+②+牛腿托架自重）×1.2+（③+④+⑤）×1.4
3.3 托架受力模型
0#块底板、腹板、顶板荷载按压力荷载施加，翼缘荷载按线荷载施加，底板、腹板、顶板荷载对应位置按压力荷载施加在调坡桁架上。施加长度按混凝土节段长度相对位置施加，整体计算模型（如图3）。
3.4 计算结果
3.4.1 支点处反力
牛腿上部节点支反力为373.5kN，牛腿下部支点反力为578.5kN。牛腿上部采用5根JL32精轧螺纹钢对拉，实际施工过程中考虑精轧螺纹钢受力不均匀，按照1.2倍系数考虑。
实际计算牛腿托架上部单根精轧螺纹钢的最大拉力（考虑精轧螺纹钢受力不均匀系数1.2）F=373.5÷5×1.2=89.64kN。
拉应力σ=111.51MPa2。
牛腿下部短工字钢梁计算最大剪应力τ=78.6MPa<[fv]=125MPa，最大弯曲应力：
σ=199.21MPa<[f]=215MPa。
下部节点4根对拉精轧螺纹钢最大拉力（考虑精轧螺纹钢受力不均匀系数1.2）
F=578.5÷4×1.2=173.55kN
拉應力σ=215.9MPa2。
3.4.2 托架应力、应变
牛腿托架最大弯曲应力f=202.4MPa<[f]=215MPa
最大剪应力τ=74.05MPa<[fv]=125MPa
最大变形3.04mm<l 400="2300/400=5.75mm"
3.5 结论
通过对0#块托架的模拟分析，牛腿托架各部分应力、应变等各项指标均符合要求，检算结果通过。
4? 托架的安装
4.1 预埋盒安装
墩身施工过程中，采用全站仪精确控制墩身施工标高，当墩身施工至预埋盒位置后，精确定位预埋盒平面位置及高程，预埋盒埋入混凝土部分采用16mm螺纹“#”字形骨架按照5cm间距加密钢筋，并与墩身主筋焊接牢固，确保预埋盒在混凝土浇筑时位置不发生偏移。
4.2 托架牛腿安装
墩身施工完成后，将托架牛腿下部支点处双拼I32短梁穿入预埋盒内，并穿入4根JL32精轧螺纹钢拉紧，托架牛腿在场地内组装完成后采用塔吊配合吊装就位，托架牛腿底部支立于短梁上，上部采用点焊与预埋件临时连接，并采用手拉葫芦固定，当两侧相对应单片牛腿临时固定牢固后，穿入5根对拉精轧螺纹钢拉紧，并采用扭矩扳手逐一对5个螺帽进行紧固，确保拉力均匀一致。牛腿托架安装完毕后，按照设计方案，摆放好纵、横梁，调整模板标高。
5? 托架预压及拆除
5.1 托架预压目的
托架预压的目的主要为消除各杆件之间由于连接空隙及其他因素引起的非弹性变形，并通过预压完成后的标高、卸载后的标高，计算出支架的弹性变形值，同时检验托架的整体安全性能。
5.2 预压方案
由于本项目为一桥隧综合项目，0#块预压采用标段内已完成的隧道水沟盖板堆载预压。①采用该预压方案可精确模拟实际的荷载分布情况，切实做到荷载布置准确。②预压材料采用已完成的隧道水沟盖板，取材方便。③采用本预压方案，可避免千斤顶反拉预压，不能对模板系统整体预压的劣势，且能避免采用千斤顶反拉必须在牛腿与横梁支撑点处加载，需要千斤顶数量较大的缺点。
5.3 托架拆除
0#块施工完成后，首先卸载牛腿顶部砂箱，整体落模，通过箱梁底板预留的挂篮底模后锚固预埋孔，采用卷扬机与塔吊配合依次拆除底模桁架、底模横梁及牛腿托架，最后采用塔吊配合抽出对拉精轧螺纹钢，并对预埋锚盒位置进行封堵。
6? 结束语
本托架设计时，总结以往托架施工时的经验，托架设计为可拆卸的销轴连接形式，连接可靠、简便，托架与墩身之间连接为简便的支撑系统，受力简单明确，且托架本身选用型钢截面较小，后续周转使用可根据0#块截面形式，适当增加、减少牛腿数量，以达到后续周转使用的目的。通过本项目的成功使用，对后续同类型桥梁托架的设计具有一定的参考价值。
参考文献：
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