橋梁長懸臂蓋梁新型裝配式托架研究與應用

龐卓 韋朗

【摘要：】文章針對蓋梁施工傳統工藝原理及特點，分析了橋梁工程實體墩上部蓋梁施工兩翼長懸臂下撓量引起的安全及質量隱患，研究提出了一種新的橋梁長懸臂蓋梁新型裝配式托架。該新型蓋梁托架在融水至河池高速公路42個長懸臂蓋梁得以應用，施工安全質量得到較大提升，可為橋梁工程同類型蓋梁施工提供借鑒。

【關鍵詞：】橋梁;長懸臂蓋梁;裝配式;托架

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0 引言

近年來，隨著我國高速公路建設的蓬勃發展，山區橋梁、高架橋梁不斷涌現，大量高墩蓋梁設計采用實體墩支撐兩側長懸臂的設計方式。傳統的蓋梁鋼棒架設橫梁的施工工藝容易忽視兩翼長懸臂所帶來的下撓問題，嚴重的會造成蓋梁橫向裂縫或標高質量問題[1]。橋梁長懸臂蓋梁新型裝配式托架研發應用及施工工藝研究，是基于傳統工藝的優化，通過托架內部力矩平衡，減少兩翼長懸臂施工下撓量直至規范范圍內，消除質量隱患。托架設計為裝配式，安拆方便且便于運輸，同時托架設計有標準規范的防護平臺，有效地保證了作業人員的生命安全[2]。

1 傳統工藝原理及特點

蓋梁施工技術已趨于成熟，實體墩或空心墩長懸臂蓋梁常用的是鋼棒+型鋼橫梁的組合結構，其結構受力簡圖見圖 具有結構簡單、受力明確的特點。但是普通型鋼橫梁懸臂過大，抗彎能力較弱，懸臂端會出現較大的撓度，且型鋼中部會出現上拱現象（見圖2），型鋼上拱之后會夾緊蓋梁底模，造成模板拆除困難。針對長懸臂蓋梁懸臂端的下撓問題，傳統方案抵抗變形的能力較差，通常需要截面特性強的材料作為橫梁，這無疑將增加施工成本[3]。

2 新型裝配式托架原理及特點

2.1 托架設計原理

根據長懸臂蓋梁的荷載分布情況，在縱橋向設置兩根鋼棒，鋼棒上搭設橫向主梁作為主要承重結構，橫向主梁上搭設施工平臺及懸臂段的托架，同時設置下橫梁以及托架連接梁，將結構受力傳遞至下橫梁，使結構受力平衡。下橫梁設置標準化安全防護平臺，方便操作人員安拆托架[4]。

2.2 托架裝配化設計與分析

托架裝配化設計從結構內彎矩消除分析，通過結構內部力矩平衡，達到結構整體穩定的受力狀態。同時從周轉使用的便攜性考慮，對托架結構進行裝配化設計。

（1）力矩平衡

為實現托架結構力矩平衡，托架保留主承重橫梁的設計，支撐于鋼棒之上，為承受荷載的主要結構。托架設置連接梁以及下橫梁，其中連接梁旨在傳遞上橫梁荷載，下橫梁則將左右內力進行對消平衡，以實現力矩平衡的目的。托架受力情況見圖 撓度變化見圖4。

（2）結構鉸接化

結構鉸接化是托架實現力矩平衡的關鍵措施。結構鉸接化可以有效地將連接梁力矩消除，確保連接梁內部以軸力的形式傳遞荷載，達到簡化結構受力且受力明確的目的。

（3）便攜性

托架結構的便攜性是結構鉸接化的具體化設計，總體采用銷軸進行連接，需對連接位置進行加強設計，并對桿件軸線精準控制。

3 應用實例工程概況

選取融水至河池高速公路中一個具有代表性的長懸臂蓋梁作為設計算例，該蓋梁設計斷面圖見圖5，主要設計參數如下：

4 托架設計

4.1 托架結構總裝

托架結構總裝圖見圖6，上橫梁搭設在預埋鋼棒上，設計為下掛式托架。

4.2 上橫梁設計

托架上橫梁為主要承重構件，直接承受蓋梁澆筑混凝土荷載及施工荷載，主要受力為彎矩、剪力。設計采用45工字鋼，下沿設置節點板，兩者之間采用焊接+30 mm螺栓形式進行連接固定。鉸接位置采用2 cm厚鋼板焊制成箱型結構，保證整體穩定性，銷孔直徑為101 mm，采用100 mm銷棒。

4.3 下橫梁設計

托架下橫梁為主要應力平衡構件，主要承受上橫梁傳遞到下橫梁的荷載，進行水平應力抵消，達到應力平衡效果，主要受力為軸向壓應力、彎矩、剪力。設計采用45工字鋼，上沿設置節點板，銷孔設置與上橫梁的相同。

4.4 托架連接梁設計

托架連接梁為托架內力傳遞構件，主要受力為軸向壓力和拉力。采用雙拼[22槽鋼進行拼裝、焊接并形成受力整體。

4.5 銷棒設計

上橫梁、托架連接梁、下橫梁之間都是通過100 mm銷棒連接。銷棒材質為45#鋼。主要承受剪力。

4.6 托架施工防護平臺標準化設計

為了保證施工安全，針對托架、蓋梁施工的特點，對托架上下級平臺進行標準化防護設計：

（1）在上下橫梁設置80 cm寬的平臺橫梁，采用焊接工藝連接并設置斜撐。

（2）設置平臺元件：平臺鋁搭板+圍欄。

5 托架結構驗算

5.1 托架整體結構驗算

利用結構軟件對托架進行驗算。托架各構件按布置取其對應截面特性，其中由型鋼與鋼板組焊而成的銷棒節點板結構截面特性進行簡化處理，不參與驗算。根據托架設計進行受力分析，結構各桿件內力滿足規范要求。利用托架自身的內力平衡可以有效減小托架受力下撓變形，即兩翼長懸臂的蓋梁部分變形滿足要求，達到預期目標。托架彎矩圖見圖7，軸力圖見圖8，托架撓度圖見下頁圖9。

5.2 托架構件間鉸接對托架整體撓度的影響分析

橋梁長懸臂蓋梁新型裝配式托架設計的主要方向是解決蓋梁懸臂端澆筑下撓的問題，各桿件的連接經綜合分析，確定設計的連接方式為銷接，將受力明確為托架連接梁只傳遞軸力，不傳遞彎矩，即影響托架整體撓度變形的關鍵仍是在承受彎矩的上下橫梁組成的靜定結構整體。

5.2.1 托架靜定結構分析

根據結構力學，對托架靜定結構進行分析，將托架簡化為結構力學模型，其中將橫梁上的銷接鞍簡化成一個鉸接點，如圖10所示。體系的自由度計算顯示，托架整體結構為超靜定結構[5]。D8E706D6-35AA-429A-B769-FECA50A4EAD6

5.2.2 托架結構瞬變性分析

根據結構力學，對托架結構體系進行虛鉸分析，如圖11所示。對托架鉸單元延長，檢查是否存在交點，以判斷該體系是否為瞬變體系。根據圖11分析，托架結構不存在虛鉸，是幾何不可變體系。

綜上分析，該托架是超靜定幾何不可變結構，受力產生撓度是整體結構抗彎引起的材料變形，與托架連接梁和上下橫梁鉸接與否無關。

6 新型裝配式托架施工要點

6.1 墩身預留孔

需在墩身澆筑時預留鋼棒孔，鋼棒通常采用碳鋼，直徑為70～150 mm，根據受力情況而定，需有一定的安全儲備[6]。

6.2 托架加工及安裝

托架及其構件如構件焊接、銷接鞍與橫梁螺栓連接、板材切割等應在專業鋼結構廠進行加工制作。加工現場應在已硬化平整的場地進行拼裝，對托架焊縫、螺栓、銷子等受力構件進行驗收，確保托架加工質量。

托架上橫梁安放在鋼棒上，托架整體下掛式安裝。預留孔應根據架體連接桿件的位置進行開孔預留，避免位置沖突。

6.3 托架水平控制

為滿足托架最佳的受力狀態，托架整體應水平放置，豎向垂直，坡度調節建議設置在托架以上的結構如分配梁、模板等進行調節。

7 新型裝配式托架應用效果

融水至河池高速公路地處山區，42個長懸臂蓋梁均采用了該新型裝配式托架。其托架整體采用裝配式，各構件能夠拆散運輸至現場組裝，再整體吊裝安裝，采用輕型運輸車便能穿越狹窄的山路，特別適應于該段高速公路的施工。同時，該新型裝配式托架設置有標準化的安全防護平臺，有效保護了高空作業的人員安全，在整個施工周期中無安全事故發生。該新型托架結構設計受力合理，長懸臂蓋梁兩端施工效果良好，無超出規范的下撓情況，在安全質量、進度、成本等各方面表現出了優越性，值得推廣應用。

8 結語

橋梁長懸臂蓋梁新型裝配式托架，只是針對實體墩、空心薄壁墩上蓋梁施工進行設計，滿足大部分公路橋梁蓋梁施工需要。但是針對個別加寬、超寬設計的蓋梁，還有待進一步的設計和開發，如加設橫向預應力、簡化牛腿支架等。盡管如此，該橋梁所采用的實體墩裝配式蓋梁托架設計仍是研究方向之一，對于高墩蓋梁施工、解決兩翼長懸臂施工工程質量隱患等，具有一定的意義，同時對提高同類型橋梁蓋梁的施工技術具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張 濤.銷棒-桁架組合支架在大懸臂蓋梁施工中應用[J].山西建筑，202 47（14）：138-140.

[2]張信浩，鐘德明.高架橋大懸臂蓋梁支架施工技術探討[J].山西建筑，2022，48（3）：160-162.

[3]周建軍，張 杰，孫 藝，等.一種橋梁空心薄壁墩蓋梁施工托架[P].中國：CN215925677U，2022-03-01.

[4]王 蕾.大懸臂蓋梁可調高度機械組合鋼桁梁托架施工技術[J].浙江建筑，202 38（3）：40-4 58.

[5]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]陸海軍，李 鋒.長懸臂蓋梁預留圓鋼支撐、雙層貝雷片主梁施工托架方案[J].現代交通技術，2010，7（S1）：129-132.D8E706D6-35AA-429A-B769-FECA50A4EAD6