雙抱箍配倒三角型支架施工高墩獨(dú)柱大懸臂PC蓋梁

劉寶忠

中交第一公路工程局有限公司 100024

雙抱箍配倒三角型支架施工高墩獨(dú)柱大懸臂PC蓋梁

劉寶忠

中交第一公路工程局有限公司 100024

本文介紹了一種雙抱箍配倒三角型支架施工橋梁高墩獨(dú)柱大懸臂PC蓋梁的施工方案的制訂、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)用效果，對(duì)類(lèi)似橋梁結(jié)構(gòu)的施工具有參考意義。

抱箍；支架；高墩；獨(dú)柱；蓋梁；施工

引言

K147+300丹江特大橋是西(安)合(肥)西部大通道陜西境商州至陜?cè)ソ绺咚俟返そ缍蔚贒JN1標(biāo)段的主體工程，該橋處于陜西省丹鳳縣縣城東南側(cè)的丹江河道內(nèi)，全長(zhǎng)1190.5m，全寬33.5m，半幅凈寬度16.5m。其中18#～32#墩位于平曲線(xiàn)超高段上，最大橫坡為6%，下部構(gòu)造為直徑3.40m空心薄壁墩獨(dú)柱上設(shè)大懸臂預(yù)應(yīng)力砼（PC）蓋梁，墩柱最高達(dá)到41米，蓋梁寬度15.2m（其中懸臂寬度5.9m），最大蓋梁是18#墩（30m、40m跨過(guò)渡墩），體積達(dá)112m3。其余蓋梁體積為103m3。其下河床表面為松動(dòng)砂卵石。具有“高墩”、“獨(dú)柱”、“大懸臂”三大特點(diǎn)，施工難度很大。

圖1 丹江特大橋18#～33#蓋梁示意圖

1 施工方案的確定

1.1 施工方案的擬訂

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及自身施工能力，共提出如下三個(gè)施工方案：

第一方案：落地支架施工方案

第二方案：剪力銷(xiāo)支架施工方案

第三方案：抱箍支架施工方案

1.2 三種方案比較

第一方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)難度最小，但只適用于高度較小的蓋梁施工，因本橋高度大，同時(shí)大部分為水中作業(yè)，若采用第一方案，其安全性和經(jīng)濟(jì)性均較差。第二方案集中受力的力學(xué)缺點(diǎn)使其無(wú)法直接應(yīng)用于大直徑薄壁墩，若對(duì)受力位置采取措施進(jìn)行加強(qiáng)則會(huì)導(dǎo)致投資增大，使該方案變得不經(jīng)濟(jì)。第三方案雖然需要較高的安全系數(shù)，但可以通過(guò)在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上提高施工精度并采用一定的技術(shù)手段來(lái)予以保障。經(jīng)綜合比較，決定采用第三種方案。

2 抱箍支架設(shè)計(jì)及力學(xué)計(jì)算

根據(jù)本橋蓋梁“大懸臂”、“大體積”的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種“雙抱箍配倒三角型支架”的方案，三維示意圖（圖2）及實(shí)體圖（圖3）。

2.1 抱箍支架設(shè)計(jì)

2.1.1 抱箍受力面板采用20mm厚鋼板，寬度105cm。每個(gè)抱箍依靠32個(gè)M30高強(qiáng)螺栓連接。

2.1.2 蓋梁支架為全鋼結(jié)構(gòu)。支架高6.5m，上弦桿采用56b工字鋼，弦桿長(zhǎng)15.227m（考慮了6%單向橫坡）；斜桿采用350×175的H型鋼，由于橫坡影響，兩側(cè)斜桿分別長(zhǎng)8.6721m和9.7791m；其它各連接桿件為對(duì)抱焊接的14槽鋼。蓋梁支架與抱箍之間用高強(qiáng)螺栓連接。

2.1.3 蓋梁支架上的橫擔(dān)用350×175的H型鋼，間距1.5m。

圖2 抱箍支架三維設(shè)計(jì)圖

圖3 抱箍支架實(shí)體圖

2.2 荷載分析

2.2.1 荷載數(shù)據(jù)：

按最不利工況考慮：103m3混凝土、蓋梁鋼筋、模板的荷載全部作用在蓋梁支架及抱箍上。實(shí)際上墩柱之上的蓋梁混凝土和蓋梁鋼筋重量大部分被墩柱本身承受。

配套設(shè)施：1t

砼重：103×2.4=247t鋼筋重：5t

模板及支架重：5t

合計(jì)：258t。驗(yàn)算荷載按照300t計(jì)算。荷載安全系數(shù)為300/258=1.16

2.2.2 驗(yàn)算重點(diǎn)：

①抱箍與墩柱之間的靜摩擦力是否滿(mǎn)足豎向荷載要求；

②蓋梁支架的強(qiáng)度及空間穩(wěn)定性。

2.3 抱箍與墩柱之間的靜摩擦力驗(yàn)算

根據(jù)抱箍的結(jié)構(gòu)形式，螺栓總數(shù)為32個(gè)，若每個(gè)M30螺栓預(yù)緊力取300kN（參考《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》522頁(yè)，人民交通出版社出版），則抱箍與墩柱間的總壓力為N＝32×300=9600kN。鋼板加橡膠墊后與混凝土間的摩擦系數(shù)為0.3～0.4，取f＝0.4，則一個(gè)抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力為

F＝f×N＝9600×0.4＝3840kN (384t)

根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)形式,兩個(gè)抱箍共同承受300t的荷載（豎直壓力）,每個(gè)抱箍平均承受150t,抱箍安全系數(shù)為:384/150=2.56

荷載安全系數(shù)為：300/258=1.16

在最不利工況下抱箍的綜合安全系數(shù)為：2.56×1.16=2.97

2.4 支架的強(qiáng)度及空間穩(wěn)定性驗(yàn)算

為確保蓋梁支架在施工中的安全，采用大型商用有限元分析軟件MIDAS Civil對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

2.4.1 計(jì)算模型

整個(gè)蓋梁支架采用空間梁?jiǎn)卧M，受載面內(nèi)各桿件間連接全部采用剛結(jié)處理；受載面外，除保證橫擔(dān)與上弦桿剛結(jié)外，其余各桿件連接按鉸接處理。按此建立支架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。

鋼的彈性模量Es=2.1×105MPa，鋼密度ρs=7850kg/m3，計(jì)算荷載300t。各桿件截面特性參考《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》。

2.4.2 計(jì)算結(jié)果

①工況一：僅自重情況下的變形情況

支架變形計(jì)算，最大變形值DMax=3.322 mm

②工況二：全部混凝土加載后且不考慮墩身支撐的工況

靜力計(jì)算，上弦桿最大應(yīng)力σMax=112.8 MPa，下弦桿和豎桿最大應(yīng)力σMax=118.0 MPa，上橫擔(dān)最大應(yīng)力σMax=131.8 MPa。

穩(wěn)定計(jì)算，第一階面外失穩(wěn)，穩(wěn)定安全系數(shù)9.77

③工況三：偏壓達(dá)到10噸時(shí)的工況

靜力計(jì)算，上弦桿最大應(yīng)力σMax=50.0MPa，下弦桿和豎桿最大應(yīng)力σMax=49.6 MPa，上橫擔(dān)最大應(yīng)力σMax=31.4 MPa。

穩(wěn)定計(jì)算，第一階面外失穩(wěn)，穩(wěn)定安全系數(shù)20.95。

2.5 對(duì)抱箍支架的試壓

試壓材料選擇了一部分卵石和一部分可流動(dòng)的水，以利于采取緊急卸載。試壓時(shí)加載均勻，采用兩個(gè)吊車(chē)分別從兩側(cè)加載。經(jīng)試壓，底模支架20小時(shí)后最大的下移量2.6cm,最小的下移了1.6cm；兩抱箍當(dāng)加載到200T時(shí)下移2mm,后加載到257T時(shí),下移量不變；20小時(shí)卸載前，底模支架和兩抱箍最終的下沉量沒(méi)變。

預(yù)壓監(jiān)控實(shí)施到位，監(jiān)測(cè)結(jié)果證明我們的新方案結(jié)果是可行的。

2.6 實(shí)施效果

方案實(shí)施、工人操作熟練后，抱箍支架的組裝只需二天,這是其它施工方法很難達(dá)到的。本橋總共加工了四套支架，雖然蓋梁預(yù)應(yīng)力施工工序多、時(shí)間長(zhǎng)，但全部32片大懸臂PC蓋梁的施工在五個(gè)月內(nèi)完成了,達(dá)到了預(yù)計(jì)的施工效果。

3 結(jié)語(yǔ)

“雙抱箍配倒三角型支架”方案是對(duì)抱箍施工工藝的一種有益擴(kuò)充。雙柱或多柱式橋墩蓋梁應(yīng)用抱箍（或稱(chēng)鋼卡箍）式支架解決了滿(mǎn)堂支架不能滿(mǎn)足水上施工、應(yīng)用于軟弱基礎(chǔ)及高墩不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，而雙抱箍配倒三角型支架更能應(yīng)用于高墩獨(dú)柱大懸臂蓋梁，所需工期短、技術(shù)難度低、經(jīng)濟(jì)性較好。

[1]楊文淵.路橋施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè).人民交通出版社

[2]大型商用有限元分析軟件MIDAS Civil

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.16.033

劉寶忠(1965～)，男，大學(xué)本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，中交一公局（葫蘆島）建興高速公路投資建設(shè)有限公司總工。