龍門大橋東引橋0#塊托架結構設計分析

馬 京，肖益新，駱財華

(1.廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023；2.廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200；3.北部灣大學，廣西 欽州 535011)

0 引言

連續剛構橋在橋梁工程建設中的應用十分普遍，其中的0#塊在所有節段中通常為尺寸和澆筑方量最大的節段，通常使用落地支架或墩身托架進行施工。高墩上的0#塊施工多采用托架結構作為臨時支撐結構，并通過堆載法或反力架法來核驗托架的性能，同時達到消除臨時結構非彈性的目的。合理的托架體系設計及配套的預壓驗證方法可以更準確地驗證托架的性能，減少誤差對現場施工安全的影響。

本文以廣西濱海公路龍門大橋東引橋花瓶墩0#塊施工為例，采用Midas Civil有限元計算軟件對0#塊施工及預壓過程中使用的托架進行建模，并與現場預壓試驗觀測得到的數據進行比對，復核其在預壓及混凝土澆筑工況下結構的強度、剛度及穩定性。所得結果符合相關規范、標準要求，結構安全可靠且滿足施工要求，設計過程可為其他同類交通建設工程提供借鑒及參考。

1 工程概況

1.1 工程環境

龍門大橋是國道G228丹東至東興廣西濱海公路建設的控制性工程，是北欽防一體化基礎設施互聯互通的關鍵節點工程之一。該項目線路全長7.637 km，由引橋+龍門大橋主橋構成，東引橋第八至第十聯為變截面連續梁懸臂施工段，墩高自12.7 m到32.6 m變化。墩身為花瓶墩設計，其中92#墩頂口尺寸為6 m×2.5 m，花瓶收頸處距墩頂6 m，截面尺寸為4.5 m×2.5 m，全墩截面邊角處設有R50 cm圓角。其0#塊截面為斜腹板單箱單室梁，梁底寬度與墩頂一致為6 m，腹板斜率為1∶2.5，梁段最高處為4.8 m，梁頂橋面寬為16.25 m。單個0#塊順橋向長度為10 m，最大澆筑方量為232 m3，共重616 t。如圖1、圖2所示。

圖1 東引橋92#墩身正面圖(mm)

圖2 東引橋92#墩身側面圖(mm)

1.2 托架結構設計概況

圖3 主托架結構尺寸示意圖(mm)

圖4 副托架結構尺寸示意圖(mm)

圖5 托架系統正視圖(mm)

圖6 托架系統側視圖(mm)

圖7 托架系統俯視圖(mm)

1.3 托架預壓體系設計概況

預壓形式采用預埋于承臺內的PSB830φ32 mm精軋螺紋鋼配合千斤頂進行預壓(見圖8)。因精軋螺紋鋼作用于托架上的荷載形式為點荷載，設計中需考慮預壓荷載總重、預壓荷載對支架的彎矩與實際鋼筋混凝土荷載大體一致?？紤]到實際施工中橋梁模板的剛度極大，可認為鋼筋混凝土荷載對托架體系的作用與其混凝土體積于托架上的投影比例關系一致，通過對混凝土荷載的計算及靜力平衡、力矩平衡的原理(見圖9)，并考慮前文所述的施工中的其他荷載，即可做出預壓節點的布置(見圖10)。

圖8 精軋螺紋鋼托架預壓體系平面圖

圖9 計算所得各混凝土投影區域內總重示意圖(t)

圖10 預壓節點布置示意圖(mm)

2 結構計算

2.1 結構建模

2.2 荷載數值

恒載：結構自重，鋼材基本容重取78.5 kN/m3。

活荷載：混凝土澆筑荷載，將圖9中所知的投影區域混凝土荷載總重分攤為該區域內的局部梁單元荷載。機械設備荷載，參照《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012)取值為3.5 kN/m2[2]。人員施工荷載參照《建筑施

圖11 托架體系模型圖

圖12 位移觀測點布置示意圖(mm)

工承插型盤扣式鋼管腳手架安全技術標準》(JGJT 231-2021)取值為2.5 kN/m2[3]。預壓荷載依照圖10中所示數值布置節點荷載。

2.3 施工工況及荷載組合

托架的驗證主要針對預壓試驗階段及實際施工階段[4]，兩者結構體系及對應荷載組合如表1所示。

表1 施工工況及對應荷載組合及激活結構表

3 結果分析與應用

模型采用容許應力設計法進行計算[5]，各項荷載系數取值均為1.0，各工況下主體型材計算結果如下頁表2所示。

由表2各項結果可以看出，托架結構設計性能滿足施工要求，且在預壓試驗的工況中各項構件所受力都達到或超過實際施工的工況，可判斷預壓點位布置能夠充分模擬實際施工情況。在預壓試驗工況中選取圖12所示的內側及外側貝雷片豎桿合計20處作為預壓觀測點，記錄其位移值，用于驗證實際作業中的托架性能是否與設計一致。

施工現場進行預壓試驗時，采用激光測量機器人對20個觀測點進行7次高程觀測，其中包含100%預壓荷載、100%預壓荷載卸載兩種情況。因托架經過預壓后可消除大部分因安裝工藝造成的非彈性變形，通過對比100%預壓荷載和100%預壓荷載卸載后的差值可知托架預壓的彈性變形值，其與模型中記錄的位移數值對比可反映托架結構性能是否與設計一致，如表3所示。

由表3可知，實際位移值與模型位移值相差在1 mm以內，且實際位移值偏小，考慮到鋼材的加工普遍有著一定的安全性能儲備，可認為實際施工托架與模型內托架位移值一致，托架體系的結構性能滿足施工要求。

表2 模型內計算結果表

表3 實際位移與模型內位移計算結果對比表

4 結語

(1)0#塊托架結構體系設計滿足施工要求。龍門大橋東引橋87#～88#、92#～93#墩0#塊托架采用本篇所述方法進行施工，未發生任何質量、安全事故，驗證了該托架體系設計安全可靠，為同類工程提供設計及驗證參考。

(2)采用精軋螺紋鋼施加反力的托架結構性能驗證方法切實可行，與實際施工情況較吻合，在混凝土結構施工前為施工提供了安全驗證手段。

(3)托架結構體系中最關鍵桿件為貝雷片豎桿，最大應力為180 MPa，施工中應著重關注貝雷片擺放位置，避免因貝雷片豎桿位置超出托架主梁支撐范圍。