大跨連續剛構V型墩支架設計

朱玉濤

（濟南市交通工程質量監督站，山東 濟南 250102）

引言

V型墩剛構橋由于橋型美觀，且通過斜腿支撐能有效的降低梁端截面高度，因而在我國市政橋梁中廣泛應用。但是由于該橋型墩柱為異型結構，且存在大角度、自重大等問題，支架設計成為施工過程中的難點，尤其是軟弱地基或者巖溶地質，支架搭設困難，該問題尤為突出。

1 工程概況

某市政橋梁為預應力混凝土V型連續剛構橋，采用左右分離式斷面，每幅橋橋面寬17.85 m，跨徑組合65 m +105 m +65 m，主跨跨越主河槽，橋型布置見圖1。主墩處根部梁高5.5 m，主墩為V型墩，墩寬10.35 m，厚度為1.5 m，通過半徑4 m的圓弧與主梁相接。野外鉆探資料顯示，主橋橋位處上覆層為粘土、粉質黏土，層厚4.30～8.20 m，基巖為泥質石灰巖，溶洞發育，部分溶洞頂板基巖厚度小于2.5 m，在外界作用及人為改造情況下易發生頂板坍塌。

圖1 V型連續剛構橋型立面布置（m）

2 支架方案選擇

目前V型墩支架施工常用方法有勁性骨架法、滿堂支架法、平衡支架法以及前三種方法的綜合[1-3]。該橋橋位處巖溶發育，且橋墩及0號塊自重較大，搭設鋼管樁支架，存在塌孔的風險，若采用與墩柱平行的勁性骨架承擔上部荷載，支架斷面大，橋墩承臺截面不滿足要求，且浪費巨大，經多種方案比選，在常用平衡支架法的基礎上，提出采用型鋼與精軋螺紋鋼相結合的內撐外拉平衡支架體系，該方法安全性高、用料節省，且通過對主動拉力的調整，有效的控制了施工過程中模板的變形，保證施工精度。

3 施工流程

（1）階段一：在V形墩內外側臺座上預埋螺栓，內外側各設置2根并排焊接成一體的HM350×250熱軋H型鋼，橫橋向設置5排，同模板一起安裝，并采用對拉螺桿連接成一體。H型鋼及模板安裝完成后，安裝第一道鋼管橫撐以及支點豎向支撐，與H型鋼焊接成一體，安裝并張拉第一道精軋螺紋鋼（張拉控制力為每根175 kN，5根共張拉875 kN），張拉完成后，澆筑第一節段混凝土。（2）階段二：待第一節段混凝土達到設計強度后，架設第二、三道橫撐，張拉第二、三道精軋螺紋鋼（每根張拉控制力175 kN，每道5根共張拉875 kN），預埋墩頂相應位置處螺栓，澆筑第二節段混凝土（澆筑至墩梁分界線以上0.7 m處）。（3）階段三：待主墩混凝土達到設計強度后，架設支架縱梁，用預埋螺栓與V型墩連接成整體，調整精軋螺紋鋼張拉控制力至每根400 kN，然后澆筑0號塊混凝土。（4）階段四：0號塊養護達到設計要求后，張拉0號塊預應力鋼束，拆除支架。見圖2。

圖2 主墩及0號塊支架立面布置（mm）

4 受力驗算

4.1 有限元模型建立

采用有限元軟件建立模型見圖3，主墩及支架均采用桿系單元進行模擬，共劃分為882個單元，精軋螺紋鋼采用只受拉單元模擬，共劃分為15個單元。

圖3 V型墩及支架有限元模型

4.2 支架驗算

4.2.1 驗算工況

（1）驗算工況一：澆筑V型墩第一節段混凝土，混凝土未參與受力之前，對支架進行驗算；（2）驗算工況二：澆筑V型墩第二節段混凝土，混凝土未參與受力之前，對支架及墩柱柱腳進行驗算；（3）驗算工況三：V型墩第二節段混凝土參與受力后，精軋螺紋鋼張拉控制力調整至400 kN，對支架及墩柱柱腳進行驗算；（4）驗算工況四：0號塊全部按照濕重一次施加在支架上，對支架及墩柱柱腳進行驗算。

4.2.2 各不利工況下支架應力驗算

根據《公路橋涵通用設計規范》（JTG D60-2015）第4.1.5條及4.1.6條以及《公路橋涵施工技術規范》（JTG D61-2011）第5.2條進行荷載組合，對四個不利工況進行支架受力驗算。驗算結果顯示，支架在施工過程中最大應力狀態出現在驗算工況四，即0號塊混凝土澆筑完，未參與結構受力之前，該工況下結構的最大應力為145.7 MPa，未超過Q235鋼材作為臨時結構的設計值。各工況下支架應力見表1、圖4。

表1 各工況下支架應力（MPa）

圖4 各工況下支架應力（MPa）

4.2.3 各不利工況下支架撓度驗算

根據《公路橋涵施工技術規范》（JTG D61-2011）對于支架及主梁撓度的要求，支架跨中豎向撓度按照L/600，撓度限值為33 mm，懸臂端撓度取L/400，撓度限值為10 mm。偏于安全考慮，支架撓度均按照10 mm進行控制，最不利工況下支架撓度見表2、圖5，工況四作用下支架最大撓度為9.2 mm，滿足規范要求，且此部分值在搭設支架時設置在預拋高中。

表2 各工況下支架撓度（mm）

圖5 各工況下支架撓度（mm）

4.3 對拉螺桿驗算

為控制支架變形，V型墩支架設置豎向3排φ32精軋螺紋鋼對拉螺桿，每排5根，初始張拉力為175 kN，0號塊澆筑之前將張拉力調整至400 kN，以保證0號塊濕重施加后，支架變形不超過限值。經驗算，0號塊澆筑完成后，單根精軋螺紋鋼最大拉力為516.9 kN，最大應力為643.0 MPa，小于規范限值770 MPa，見圖6。

圖6 最不利工況下對拉桿內力（kN）

4.4 支架錨筋驗算

由于本橋地質條件限制，需將支架搭設在V型墩承臺上，0號塊澆筑前，通過錨筋將支架與墩柱錨固成整體，承擔0號塊自重。經計算，結構最大內力見表3。照《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）第9.7.2條公式（1）、（2）進行錨筋驗算，取兩者較大值，經計算，縱梁錨板需設置錨筋36.3根，縱梁共設置錨筋42根，墩底錨板需設置錨筋6.5根，墩底共設置錨筋16根，均滿足錨固要求。

表3 最不利工況下結構內力

5 結語

提出的型鋼與精軋螺紋鋼相結合的內撐外拉平衡支架施工法，用于解決特殊地質條件下大跨度V型墩及0號塊的施工，并采用有限元軟件對施工全過程進行了建模分析，結構強度、變形等均滿足規范要求。經實橋驗證，該方法具有精度高、變形小、用料省等優點，現場實測結果與有限元計算結果進行對比，誤差均在10%以內，證明該方法可以應用于V型墩施工中。