大尺寸T型蓋梁托架設計及關鍵施工技術

韋寶黎，鄭 健

(廣西路橋工程集團有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

伴隨著我國經濟水平的提高,為滿足人民日益增長的出行需求,在基礎設施建設技術及施工裝備快速發展的背景下,T型梁橋憑借著經濟適用、結構簡單、受力明確及施工便捷等良好優點在國內高速公路項目建設中得到了大量應用[1-2]。傳統的T型梁橋施工多采用梁片工廠預制,現澆T型蓋梁,架橋機現場架設的方式[3]。對于整個施工過程而言,T型蓋梁現澆施工質量控制難度大,特別是大尺寸結構,有必要引起足夠的重視[4]。

為解決現有大尺寸T型蓋梁施工中存在的不足,本文依托某高速建設項目對T型蓋梁的托架設計、結構驗算及現場施工關鍵技術進行了探討。

1 工程背景

某橋為裝配式預應力混凝土T梁橋,橋面結構先簡支后連續。荷載等級為公路-Ⅰ級,橋面凈寬11.5 m。大橋跨徑組合為:左幅橋跨組合(5×30+3×40+3×40+3×40+4×40+4×30+4×30) m,全長920 m;右幅橋跨組合(5×30+5×30+5×30+4×40+4×40+4×40+2×30) m,全長1 003 m。大橋上部結構采用預制T梁,最大梁長40 m,梁高2.5 m。下部結構采用T型蓋梁+柱式墩的形式。

2.糧油食品人才培養模式創新建設。江西工貿職院糧食工程技術專業為江西省首批人才培養模式創新實驗區專業，為糧油食品人才培養模式創新奠定基礎。借鑒糧食工程技術專業的成功經驗，利用協同創新中心實踐平臺，江西工貿職院與國家級南昌小藍經濟技術開發區簽訂校地合作協議，根據就業崗位需求，校企雙方共同選拔學生、共同確立培養目標、共同制定培養方案、共同組織教學，實現食品營養與檢測專業和糧油儲藏與檢測技術專業學生訂單式培養。

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托架結構采用容許應力法進行驗算,其中荷載組合為1.0恒載+1.0活載,主要材料設計指標如表1所示。

模型結構自重由程序根據設定的截面和尺寸自行計算,活載部分考慮為:鋼筋混凝土荷載26 kN/m3;施工人員機具荷載2.5 kN/m2;振搗混凝土荷載2.0 kN/m2;傾倒混凝土荷載2.0 kN/m2;組合鋼模板荷載0.75 kN/m2。

2 T型蓋梁托架設計

1．2 方法 采用分層隨機整群抽樣的方法。以內蒙古、江蘇、安徽、山東、湖南、廣西、重慶、甘肅8省（自治區、直轄市）為抽樣框，將各省內的所有縣（市、區）按自身經濟水平分為3層，采用系統抽樣方法在每層中抽取一個縣；采用隨機法，在每個縣抽取一所城市和一所農村小學；在每個年級隨機抽取2～3個班的學生作為研究對象。

現澆T型蓋梁托架采用鋼棒和斜腿相結合的結構型式,設計140 mm的鋼棒穿于墩身預留孔內,主梁采用雙拼Ⅰ50a的工字梁截面并直接架在鋼棒上,自墩身往外在主梁上按25 cm間距布置Ⅰ32a的分配梁作為蓋梁底模鋪設的平臺。為滿足蓋梁現澆的作業需求,主縱梁和分配梁兩側均預留1 m寬度的作業平臺。

為減小主縱梁懸臂端的變形,在蓋梁擋塊內邊緣下方對應的主縱梁處設置斜腿支撐點,并與主縱梁成45°夾角,斜腿另一端與墩身預埋鋼板焊接。斜腿采用雙拼Ⅰ25a工字梁截面,并采用C20a的槽鋼作為橫聯加強斜腿的穩定性。托架結構如圖2所示。

3 T型蓋梁托架結構驗算

3.1 結構整體建模

利用有限元程序Midas/civil建立托架仿真分析模型,其中鋼棒、主縱梁、主梁分配梁及斜腿均采用空間梁單元模擬,鋼棒材料采用Q345,其余均為Q235,模型容重按78.5 kN/m3取值。分配梁與主縱梁間采用彈性連接模擬;主縱梁與鋼棒間采用剛性連接;鋼棒與墩身接觸處固結處理。整個托架結構共計離散節點數1 972個,單元數1 926,有限元模型如圖3所示。

薄殼蛋不同分量圖像如圖5所示。得到蛋黃輪廓外形后，提取蛋黃的主要特征參數，包括蛋黃面積與周長和蛋黃拐點數等特征。提取蛋黃拐點數目時，雞蛋輪廓較平滑，少棱角，所以拐點曲率與非拐點的曲率差別較小，因此使用基于角度的曲率值判斷會造成較大的誤差；而距離檢測法[5-7]是利用離散點的歐式距離的比值來反映圖像拐點的特征，較梯度檢測法[8-9]更具有抗噪能力，因此選用距離檢測法檢測蛋黃觀點數目。

3.2 主要材料設計指標

大橋最大T型蓋梁長19.58 m,寬4.2 m,高3.4 m,墩身為矩形空心墩,橫斷面如圖1所示。

表1 主要材料設計指標

3.3 Q235構件計算分析

在恒載和活載荷載組合作用下,Q235構件(主縱梁、分配梁、斜腿及橫聯)最大組合應力和剪切應力如圖4所示。

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由圖4可得,Q235構件最大組合應力為138.0 MPa,發生在斜腿頂部位置;最大剪應力為34.8 MPa,發生在主梁與斜腿連接處;可見Q235構件最大組合應力和剪應力均滿足小于145 MPa和185 MPa的要求,Q235構件應力驗算滿足要求。

3.4 140 mm鋼棒計算分析

T型現澆蓋梁工藝流程如圖8所示。

由圖5可得,鋼棒最大組合應力為106.3 MPa,最大剪應力為28.9 MPa,應力驗算均滿足最大組合應力和剪應力小于210 MPa和120 MPa的要求,由此可見鋼棒安全冗余度較高,后續施工可對其尺寸進一步優化。

3.5 托架變形分析

為了防止施工過程托架產生失穩破壞,需對其進行屈曲分析。利用Midas/civil有限元程序計算得到托架結構在恒載和活載荷載組合作用下一階彈性穩定系數為4.9,表現為分配梁局部失穩,失穩模態如圖7所示,一階彈性穩定系數滿足不小于4的要求,托架結構整體穩定性滿足要求。

3.6 托架屈曲分析

除了對托架結構強度進行分析,其施工過程中剛度也需滿足要求。經計算分析,在恒載和活載荷載組合作用下,托架結構最大變形發生在分配梁位置,如圖6所示,最大變形量為9.1 mm,小于其最大允許相對撓度4 116/400=10.3 mm,托架結構剛度滿足施工要求。

綜合上述驗算分析,該托架結構強度、剛度、穩定性均滿足要求,T型蓋梁按此托架方案施工安全可行。

4 T型蓋梁關鍵施工技術

在恒載和活載荷載組合作用下,Q345構件(鋼棒)最大組合應力和剪切應力如圖5所示。

1)預埋件安裝。測量精確放樣出pvc管和預埋鋼板的安裝位置,pvc管兩端用透明膠封堵,并使用φ10或以上鋼筋進行加固處理。預埋鋼板焊接C22錨固鋼筋,焊腳高度不小于10 mm,要求預埋鋼板板面平整,預埋板低于混凝土面1 cm,便于后續墩身裝修。預埋件加工和安裝如圖9,圖10所示。

2)托架安裝。預埋PVC管節段混凝土養護7 d后,且混凝土強度達到70%以上,安裝鋼棒。鋼棒上安裝座子、墊鐵或沙箱,用以根據蓋梁橫坡和標高調節主梁安裝標高。分配梁按25 cm間距布置在主梁上,要求自墩身往外數第2根～第4根分配梁與主梁點焊固定。為增加托架穩定性,分別在蓋梁擋塊對應的主梁位置以及預埋鋼板處焊接斜腿,斜腿與主梁支撐點前后位置的2根分配梁亦要求點焊固定。托架安裝如圖11所示。

3)鋼筋制作與安裝。蓋梁倒角位置設計專用支撐架,安裝蓋梁底模并調整標高后,開始安裝蓋梁鋼筋骨架。鋼筋骨架片在鋼筋加工廠集中加工,采用在地面劃線定位的方式準確制作骨架片。蓋梁骨架片運至現場后,用吊車進行安裝,安裝時采用定位梳齒板控制骨架片間距以及混凝土墊塊控制保護層厚度,過程注意預埋安裝支座墊石鋼筋。鋼筋骨架片制作與安裝如圖12所示。

4)模板安裝。蓋梁側模采用組合鋼模板,面板厚度不小于6 mm,組合模板之間通過螺栓連接。現場根據測量放樣的結構邊線安裝側模和端模,并通過對拉桿固定。模板連接處采用雙面膠貼縫,并用泡沫膠將拉桿孔封堵密實,防止漏漿。

“雙身份”。現代學徒制中，學生具有雙重身份，既是職業學校的學生，又是企業的學徒，并且以學徒為主。學生首先要通過企業訂立 的方式獲得學徒崗位，具有學徒身份，進而獲得職業院校的學生身份，實現現代學徒制人才培養模式下的人才成長。“學徒”身份的根本是企業的學徒，這樣的界定有利于提高企業對其教育與培養的主動性和積極性。

5)混凝土澆筑。蓋梁混凝土采用天泵或汽車吊配合串筒澆筑,遵循先兩邊后中間分層澆筑的原則,每層厚度控制為30 cm,如圖13所示。澆筑結束后及時對蓋梁頂面混凝土進行二次收漿,并用土工布對蓋梁進行覆蓋灑水養護,養護時間不少于7 d,澆水的次數以保持混凝土表面處于溫潤狀態為宜。

(4) 在處理突發事件時的應急疏散與引導，定向揚聲器的喇叭口必須達到并超過100 dB，以保證對背景噪聲進行壓制及其有效使用。

6)模板及托架拆除。模板及托架拆除程序遵循后支先拆,先支后拆原則。第一階段待混凝土強度達到2.5 MPa以上后拆除側模和端模;第二階段待混凝土達到100%設計強度后,松弛墊鐵螺母,將標高降低,汽車吊配合依次拆除蓋梁底模、分配梁和主梁等托架各材料。

5 結語

本文依托某高速建設項目的最大T型蓋梁托架進行了針對性設計以及結構驗算,同時對此類蓋梁施工的關鍵技術進行了介紹。現場實踐結果表明:該托架結構強度、剛度及穩定性能滿足施工安全要求,較傳統搭設支架的方式,該結構較好的節省了材料成本,同時提高了現場的施工效率,確保了蓋梁的施工質量。該托架結構形式,可供同類型橋梁借鑒和參考。