連續(xù)梁托架受力性能及其施工關鍵技術研究

摘要：為探究連續(xù)梁橋托架的應力和位移分布情況，保證托架施工的質量和安全，進一步保證連續(xù)梁橋的施工質量，采用有限元分析法建立托架的有限元模型并分析其受力性能，結合依托工程研究了托架的施工技術，研究結果表明：托架系統(tǒng)及上端預埋件的剛度和強度均滿足要求；托架系統(tǒng)最大位移出現在縱向工字鋼最外端；上端預埋件的最大應力出現在支撐板根部位置，最大位移出現在支撐板端部.

關鍵詞：連續(xù)梁；托架；施工技術；預埋件；有限元

中圖分類號：U445.46"" 文獻標志碼：A

Research on Stress Performance ofContinuous Beam Bracket and Its Key Construction Technology

Abstract：In order to explore the stress and displacement distribution of the continuous girder bridge bracket， ensure the quality and safety of the bracket construction， and further ensure the construction quality of the continuous girder bridge， the finite element model of the bracket is established by finite element analysis method and its force performance is analyzed， and the construction technology of the bracket is studied in combination with the supporting engineering， and the research results show that the stiffness and strength of the bracket system and the upper embedded parts meet the requirements. The maximum displacement of the bracket system occurs at the outermost end of the longitudinal I-beam， the maximum stress of the upper embedded part occurs at the root of the support plate， and the maximum displacement occurs at the end of the support plate.

Key words：continuous beam; bracket; construction technology; embedded part; finite element

0 引言

隨著我國橋梁建造技術的發(fā)展，橋梁跨徑不斷增加，出現了很多大跨徑橋梁[1].鋼構橋的出現提升了橋梁結構整體的性能，跨越能力也較梁橋好，且墩梁的固結省去了支座的安裝.鋼構橋多采用托架+掛籃施工技術，其中托架的施工安裝是保證橋梁結構安全順利施工的基礎，因此學者們對橋梁托架進行了大量研究.楊青陽等[1]研究了裝配式橋梁托架的施工技術，實現了橋梁施工過程中臨時結構、輕量化和裝配式拼裝.周平等[2]對變截面鋼構橋梁的托架設計進行了研究，并深化了托架施工的標準化、信息化和規(guī)范化.文妮等[3]針對高墩大跨橋梁的托架進行設計并對其承載能力進行了驗算，對托架的施工技術進行了總結.許殿瑞等[4]對預應力連續(xù)梁的0號塊托架懸臂施工技術開展了研究，對其施工效果進行分析.龐卓等[5]提出一種長懸臂蓋梁新型裝配式托架，并對其工藝進行了研究，并將研究成果應用于實際工程，取得了良好效果.王雪乾[6]全面分析了托架施工技術及流程，將結果應用于實際工程.邱永軍[7]對鐵路橋梁的托架施工技術進行了研究，提出了托架的新型施工技術，即懸灌梁0號段底托架施工技術.高曉雷[8]對橋梁通用三角托架及工藝進行了研究，解決了常規(guī)托架在工藝、設計及成本方面的不足.劉勇[10]對海上獨柱墩橋梁的托架施工技術進行研究，主要分析了托架力學性能，提出了一種新型墩旁托架系統(tǒng)，用于解決海上橋梁施工難題.

綜上所述，對于橋梁托架的研究已經較為成熟，但對預制T梁和箱梁同時適用的托架研究還比較少，因此，本文依托南擴大橋實際工程，開展了橋梁托架研究，為保證橋梁施工質量，對橋梁的托架各部分進行了承載能力驗算，并對其施工技術進行了介紹.

1 工程概況

南擴大橋橋梁左線為預應力砼連續(xù)鋼構箱梁+預應力砼T梁、右線為預應力砼連續(xù)鋼構箱梁+預應力砼T梁，主橋采用三跨連續(xù)鋼構，墩梁固結體系，主墩采用等截面雙肢薄壁空心墩，樁基礎按嵌巖樁設計.托架系統(tǒng)設計用于80+150+80m連續(xù)梁的0-1#塊澆筑.主要由三角支架、橫向工字鋼、縱向工字鋼等組成.三角支架主要采用H200×200普通熱軋H型鋼，橫向和縱向工字鋼采用I36a工字鋼.所有材料均采用牌號為Q235的碳素結構鋼.托架結構如圖1所示.

2 有限元模型及荷載

2.1 有限元模型

2.1.1 托架系統(tǒng)有限元模型

本文首先采用大型通用有限元軟件SolidWorks建立托架的有限元模型，然后利用Simulation有限元分析模塊對托架系統(tǒng)的線性靜態(tài)受力進行分析，從整體上得到托架系統(tǒng)的應力分布和大小、位移分布和大小情況.

整個托架系統(tǒng)三維模型較大，結構較復雜，直接用于分析時計算量較大.考慮到模型的對稱性，此處取1/4托架系統(tǒng)進行計算.為得到較為精確的結果，在對細部結構進行優(yōu)化處理的同時，按照原圖建立模型的完整結構如圖2所示.

2.1.2 上端預埋件有限元模型

根據最不利工況原則，假設支架與上端預埋件連接焊縫失效.上端預埋件主要承受支架對其豎向的剪力，根據托架系統(tǒng)的計算結果進行加載.

上端預埋件三維模型、約束與載荷施加效果如圖3所示.

為了保證托架預埋件受力性能計算的準確性，將計算模型的網格細化，使計算精度大幅度提升，托架系統(tǒng)的上端預埋件劃分為19 320個網格.

2.2 荷載

梁段澆筑過程中托架系統(tǒng)承受的荷載主要來自兩個方面：一是混凝土及模板的荷載，這也是托架系[HJ47x]統(tǒng)承受的最主要的載荷；二是托架系統(tǒng)的自重.

根據最不利工況原則，假設支架與上預埋件連接焊縫失效，通過預埋件牛腿提供豎向支撐，精軋螺紋鋼提供拉力.具體加載情況如表1所列.

3 有限元分析結果

3.1 托架系統(tǒng)受力分析結果

經有限元計算，托架系統(tǒng)澆筑工況的計算結果如圖5和圖6所示.

由圖5可知，分配梁在澆筑工況下最大應力為356.2 MPa，滿足規(guī)范要求，由于最大應力云圖顯示較小，因此在圖中標出.由圖5可以看出，分配梁的最大應力出現在邊緣部位.

由圖6可知，三角支架在澆筑工況下最大應力達到465.7 MPa，應力值滿足規(guī)范要求.同理，由圖6可以看出，三角支架的最大應力均出現在支撐位置處.

框架系統(tǒng)的位移如圖7所示，由圖7可知，托架系統(tǒng)在澆筑工況下最大位移為19.3 mm，出現在縱向工字鋼最外端.托架系統(tǒng)中受力最大三角支架如圖8所示.

由圖8可知，單根精軋螺紋鋼最大拉力為133 kN，托架預埋件支撐位置豎向力為218 kN，托架下端連接板，最大豎向力為496 kN.

3.2 上端預埋件受力分析結果

由于上端預埋件主要承受支架對其豎向的剪力，根據前面計算可知，最大剪力為218 kN，加載荷載為218 kN.

上端預埋件應力如圖9所示.由圖9可知，上端預埋件在澆筑工況下最大應力為278.77 MPa，且出現在支撐板根部位置.

上端預埋件位移如圖10所示.由圖10可知，上端預埋件最大位移為0.21 mm，出現在支撐板端部位置.

4 托架施工技術

4.1 托架施工工藝流程

橋梁主梁的施工質量取決于托架的安裝質量.托架設計的主要要求為：①托架系統(tǒng)整體的剛度和承載力滿足主梁施工的要求；②托架系統(tǒng)的受力性能好，并且可準確測出混凝土澆筑時結構的變形；③托架系統(tǒng)的施工偏差和定位均應按規(guī)范要求；④托架的安裝還應方便 施工，能夠確保主梁施工質量.

結合依托工程箱梁的托架安裝、內外模板搭設支撐，具體工藝流程為：托架及模板加工→托架系統(tǒng)的分配梁安裝→托架預壓→主梁底部模板鋪設→箱梁外模搭設→主梁端模安裝→箱梁底板、腹板、橫隔板鋼筋，縱向、豎向預應力施工→箱梁安裝內模、箱內頂板底模并加固→箱梁混凝土首次澆筑（養(yǎng)生、鑿毛）→箱梁頂板鋼筋，縱、橫向束安裝→箱梁二次砼澆筑→覆蓋灑水養(yǎng)護7天→張拉→壓漿→梁體外模、底模復測調整→綁扎梁體鋼筋及預應力施工→安裝梁體內模并加固→梁體澆筑混凝土→養(yǎng)生、鑿毛→張拉、壓漿→托架拆除.托架施工結構如圖11所示.

4.2 托架系統(tǒng)安裝

4.2.1 托架系統(tǒng)結構組成

托架系統(tǒng)主要由預埋件、三角支架及其他輔件組成.預埋件主要包括預埋鋼板及預埋拉桿（預埋拉桿孔道）；三角支架由型鋼組焊加工而成；其他輔件包括橫梁、縱梁、鋼管支架等施工輔助材料及用具.

4.2.2 托架系統(tǒng)安裝流程

托架系統(tǒng)安裝過程分為四個階段：預埋件埋設、墩身混凝土澆筑、三角支架安裝、三角支架上部結構安裝.

（1）預埋件埋設階段.根據托架系統(tǒng)《預埋件布置圖》將各預埋件按設計要求布置在指定位置，并通過焊接方式采用鋼筋進行輔助固定，若預埋件與墩身結構主筋相互干涉，在不影響預埋件整體結構的前提下可在工地現場對預埋件進行適當修割；托架系統(tǒng)設置有預埋拉桿或預埋拉桿孔道時，須按設計要求保證拉桿或孔道預埋位置，預埋孔道與墩身鋼筋間需進行固定連接以確?？椎理樦?三角托架墩身預埋件、墩身主筋及加強鋼筋如圖12所示.

（2）墩身混凝土澆筑階段.混凝土澆筑過程中應注意防止振搗器碰撞到預埋件或預埋孔道，以避免造成預埋件位置移動或預埋孔道破裂阻塞；預埋件位置混凝土應確保填充密實.

（3）三角支架安裝階段.托架安裝利用主墩液壓爬模平臺進行施工.在墩柱施工完成后，拆除液壓爬模的鋼筋綁扎平臺和主操作平臺，保留液壓操作平臺和吊平臺，并在液壓操作平臺上安裝三角托架.三角托架安裝平臺如圖13所示.

三角支架安裝前應檢查預埋件安裝位置是否與設計相符、預埋孔道是否通順；三角支架安裝前應對預埋件面板進行清理，防止水泥漿及鐵銹影響現場焊縫焊接質量；三角支架與預埋件焊接位置應進行清理及打磨除銹，以保證三角支架與預埋件間的焊縫質量；托架系統(tǒng)設置由拉桿對三角支架進行錨固，拉桿安裝后應將拉桿螺母擰緊，防止拉桿松弛；嚴格保證三角支架與預埋件間焊接質量，現場焊縫焊腳高度不小于8 mm.

（4）三角支架上部結構安裝階段.三角支架上部橫梁、縱梁與三角支架間應進行連接固定，以保證三角支架上部結構穩(wěn)定；橫梁、縱梁布置應符合設計圖紙要求.

4.3 托架預壓

托架安裝完畢后，對托架按24%、48%、72%、96%和120%分五級加載進行預壓.

托架預壓應逐級對稱加載，并對觀測點的標高按照逐級加載等級進行測量，對托架的變形和錨固進行觀察.加載等級如表2所列.

托架預壓加載時，每級荷載加載完成后需穩(wěn)壓半個小時，然后檢查托架系統(tǒng)的損傷情況.

5 結語

為保證連續(xù)梁橋的施工質量和安全性，托架的施工質量是關鍵，為此，開展了連續(xù)梁托架受力的受力性能分析和研究.通過分析和研究發(fā)現托架系統(tǒng)在澆筑工況下最大位移出現在縱向工字鋼最外端，預埋精軋螺紋鋼強度和下端預埋件焊縫受力均滿足要求，上端預埋件的最大應力和位移均出現在支撐板端部位置.

由于三角支架和預埋件焊縫較多，需控制焊縫質量，三角支架及分配梁應力較高區(qū)域需進行局部補強.

參考文獻：

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