安海灣特大橋主橋超高懸澆0#塊支架方案設計

梁宏順，張政，何善美

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門361000）

1 引言

在連續剛構橋施工中，懸臂澆筑法發展至今已成為一種成熟的施工工藝，0#塊作為承接連續梁橋下部及上部懸臂段的重要構件，其施工質量是全橋施工管理的重點。本文0#塊尺寸、重量均屬國內外罕見，通過安海灣特大橋主橋的具體施工，經Midas civil 有限元軟件計算對超大、超高0#塊支架進行設計驗算，為后續類似工程提供借鑒和參考。

2 工程概況

泉廈漳城市聯盟路泉州段A3 合同段安海灣特大橋主橋位于泉州晉江市東石鎮與泉州南安市石井鎮之間的安海灣海域，起訖樁號K16+013.845～K16+583.845，連接安海灣特大橋東西引橋。主橋結構為混合梁連續剛構橋，全橋長570m，跨徑組合為135m+300m+135m，主墩兩側懸澆現澆混凝箱梁，中跨鋼箱梁吊裝段長度103m，上下分幅布置，箱梁腹板左右高度不等形成2.5%橫坡，墩身采用雙薄壁式實心墩，墩高27m。

其中，0#塊梁長20m，梁高15m，隔板對應主墩位置，厚3m，底板厚度2.4m，腹板厚度1.5m，頂板厚度0.3～1.02m，總荷載為31 740kN。如圖1、圖2 所示。

圖1 0#塊側立面圖（單位：cm）

圖2 0#塊底板、頂板剖面圖（單位：cm）

3 支架設計思路

經綜合考慮，擬選擇在外側搭設鋼管支架，近墩身側設置牛腿，整體受力明確，材料可周轉，采取鋼管與墩身同步搭設的方式解決功效與安全問題，技術經濟比選如表1 所示。

表1 支架方案比選

由于0#塊梁高15m，一次性澆筑難以保障澆筑質量，擬分2 次澆筑，第一次澆筑底板、腹板、隔板6.6m 高，第二次澆筑剩余部分；支架按一次性澆筑的荷載設計。

4 支架設計與施工

4.1 鋼管支架設計

1）0#塊端部設置3 根φ800mm×10mm 鋼管，鋼管距離墩柱中心587.6mm，鋼管橫向間距332mm；鋼管間平聯及附墻采用φ326mm×6mm 鋼管，每8m 一道，斜撐為I16a 槽鋼；承臺頂預埋8 根M20 螺栓與鋼管底部鋼板連接，鋼板厚度不小于20mm。

2）近墩身側及主墩之間采用牛腿承載，每個腹板下設置6個牛腿，底板設置3 個牛腿；牛腿高度600mm，寬度100mm，長度500mm，其中錨入墩柱200mm；牛腿采用20mm 厚鋼板焊接；牛腿采用φ32mm 精軋螺紋鋼對拉。

3）鋼管頂部及牛腿頂部設置卸落沙箱，鋼管頂部沙箱尺寸為φ800mm，牛腿頂部沙箱高800mm，內筒高為400mm。

4）沙箱頂部設置雙拼I56a 主橫梁，主橫梁在沙箱頂部處設3 道加勁肋；墩柱外側主縱梁采用I40a 工字鋼，腹板下滿鋪，底板下雙拼間距100cm；墩柱間主縱梁采用I45a 工字鋼，腹板下滿鋪，底板下雙拼間距85cm。

5）墩柱外側在主縱梁上鋪設I12 分配梁，然后其上設置型鋼小桁架調節梁底標高，小桁架采用I10 焊接，腹板下間距25cm，底板下間距50cm；小桁架上鋪設10cm×10cm 方木，間距20cm，面部為1.5cm 厚竹膠板。

6）墩柱之間主縱梁上鋪設10cm×10cm 方木，間距20cm，面部為1.5cm 厚竹膠板。

鋼管支架三維模型如圖3 所示。

圖3 鋼管支架與托架三維模型圖

4.2 鋼管支架及牛腿制作與安裝

4.2.1 鋼管加工與制作

鋼管采用φ800mm×10mm 螺旋焊管，進場后需檢驗其直徑及壁厚。鋼管接長采用法蘭盤栓接或全熔透等強度焊接，且在外側幫焊綴板，現場連接時應保證焊接質量符合規范要求。法蘭接頭處加勁板必須保證焊縫密貼。每一焊道熔敷金屬的深度或熔敷的最大寬度不應超過焊道表面的寬度，同一焊縫應連續施焊一次完成【1】。

4.2.2 鋼管的安裝

鋼管安裝時，采用塔吊或汽車吊吊裝，用全站儀調整好垂直度后，將鋼管底部與承臺上預埋螺栓連接牢固，鋼管安裝時需要同步施作平聯、附墻、斜撐等，鋼管焊接、栓接等作業需要搭設作業平臺，確保作業人員安全。

4.2.3 牛腿的制作與加工

牛腿按方案設計圖紙施工，要求焊縫飽滿、焊縫長度及厚度符合圖紙設計的要求，焊接過程中不得燒傷鋼材，消除在加工過程中可能出現的構件內力。開孔宜采用送機械構件加工廠加工，以提高加工的精度，減小變形量，增強連接的牢固性。

4.2.4 牛腿的安裝

用塔吊按裝牛腿，將牛腿安裝在墩身預埋盒內，調整牛腿的垂直度，在墩身預留孔處用鋼板填塞固定牛腿防止偏移，并將鋼板與牛腿焊接，采用φ32mm 精軋螺紋鋼與預埋在墩身內的連接器固定，并用千斤頂預緊精軋螺紋鋼，確保牛腿共同受力。

4.3 支架計算

4.3.1 底模強度、剛度驗算

底模竹膠板下方橫向均勻設置10cm×10cm 方木，腹板下方方木滿鋪，底板下方方木橫向間距為20cm，則竹膠板最大應力19.56MPa

4.3.2 I45a 工字鋼主縱梁驗算

I45a 工字鋼跨度5m，中間底板共計10 根工字鋼共同受力，計算如下：

式（1）、式（2）中，M為彎矩；W為抗彎截面模量；Q為均布荷載；L為計算跨度；V為剪力；S為所求部分對中性軸的面積矩；It為慣性矩。

強度滿足要求。

式中，f為撓度；q為均布荷載；L為計算跨度；E為彈性模量；I為截面抵抗拒。

剛度滿足要求。

4.3.3 橫向主橫梁雙拼I56a 驗算

雙拼I56a 工字鋼承受上部I45a 主縱梁傳遞的荷載以及兩側翼板支架傳遞的荷載【2】，加載模型如圖4 所示。

圖4 工字鋼荷載加載圖

經驗算，強度σ=115MPa＜215MPa, 則雙拼I56a 工字鋼強度滿足要求。

4.3.4 跨中牛腿受力驗算

1）牛腿墊板面積10cm×15cm，所承受的荷載F=434kN，墩身采用C50 海工耐久混凝土，fc=23.1MPa；查GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》中6.6 節，牛腿尺寸驗算應滿足：Fl≤1.35βcβl fcAln，牛腿尺寸如圖5 所示。

式中，Ab為局部受壓面的計算底面積；Al為混凝土局部受壓面積；Aln為混凝土局部受壓凈面積；βl為混凝土局部受壓時強度提高系數；βc為混凝土強度影響系數。

則：Fl=1.35×1.73×1.0×23.1×15 000×10-3=809＞434kN（Fl為混凝土局部受壓面作用的局部壓力值），牛腿尺寸滿足受力要求。

圖5 牛腿尺寸圖

2）牛腿受壓區因未配置局部承壓鋼筋，按素混凝土計算查GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》第6.6 節：

式中，Fl為混凝土局部受壓面作用的局部壓力設計值；fc為混凝土軸心抗壓強度設計值。

則0.9βcβl fc Aln=0.9×1.73×1.0×23.1×15 000×10-3=539.5>434kN，滿足要求。

3）牛腿抗剪計算。單片牛腿處反力為434kN。單片牛腿鋼板抗剪受力面積S=2×20×210=8 400mm2，當不均勻承擔時候可由τ=VS/It推導出最大剪應力τ=1.5V/A（最大值）。

式中，τ 為最大剪應力；V為剪力；S為所求部分對中性軸的面積矩；I為毛截面慣性矩；t為厚度。

綜上，牛腿結構滿足使用要求。

4.3.5 鋼管受力驗算

1）強度計算

查表得柱子截面積A=248.2cm2，截面慣性矩Ix=193 647cm4，截面抵抗矩Wx=Ix/（D/2）=4 841cm3，轉動半徑i=27.9cm。根據GB 50017—2003《鋼結構設計規范》公式驗算強度：

式中，N為軸心壓力；An為凈截面面積；Mx為最大彎矩；γx為與截面模量相應的截面塑性發展系數；Wnx為截面抵抗拒。

經驗算強度滿足要求。

2）剛度計算

鋼管立柱平連間距為8m，鋼管立柱按最不利支撐形式，即兩端鉸結的壓桿，其長度系數μ=1，則計算長度l0=8m。鋼管橫截面的慣性半徑i=27.9cm，長細比λ=l0/r=800/27.9=28.7＜[λ]=150，剛度滿足要求。

3）穩定性驗算

因為立柱的長細比為28.7，且立柱截面屬于b 類，查表得彎矩作用φ＝0.942 平面內的穩定性按下式計算：

式中，N為軸心壓力；φ 為軸心受壓構件穩定系數；Mx為最大彎矩為參數；βm為等效彎矩系數，取βm=1、A為構件截面積；γ 為與截面模量相應的截面塑性發展系數；w為彎矩作用下平面內對較大受壓纖維的毛截面模量。

穩定性滿足要求。綜上，0#塊支架受力滿足要求。

5 結語

安海灣特大橋主橋超高懸澆0#塊支架采用牛腿+鋼管形式，支架設計充分考慮了墩柱形式、承臺尺寸、用鋼量及本橋0#塊超大、超高的特點，支架受力明確，通過Midas civil 有限元軟件計算支架各桿件受力狀況，支架剛度、強度及穩定性均滿足要求，支架安全可靠。牛腿與鋼管的合理搭配降低了施工成本的同時提高了工期。通過本橋超高0#塊地實踐證明，為后續同類超高、超大0#塊施工提供了參考價值。