連續梁懸澆施工0號塊三角托架的設計與施工

【摘" " 要】：為了保證連續梁懸澆0號塊的順利施工，以昌景黃高速鐵路懸臂澆筑連續梁0號塊為例，進行懸臂澆筑0號塊鋼管支架與三角托架的經濟比選，確定了采用三角托架方案并介紹了其施工要點。通過Midas/Civil有限元分析軟件的檢算，三角托架的強度、剛度和穩定性等均滿足規范要求。

【關鍵詞】：連續梁；懸臂澆筑；0號塊；三角托架；高速鐵路

【中圖分類號】：U445.4 【文獻標志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）02-36-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.02.010

Continuous Beam Suspension Casting Construction Block 0 Design and

Construction of Triangle Bracket

LIU Shiguang

（China Railway Shisiju Group，Jinan 250000，China）

【Abstract】：In order to ensure the smooth construction of block 0 in cantilever pouring continuous beam construction， using cantilever pouring continuous beam block 0 in Changjinghuang high-speed railway as an example， the economic comparison between steel tube bracket and triangle bracket is carried out， and it is confirmed that triangle bracket has obvious advantages. The paper determines to adopt the triangular bracket and introduces its construction points. Through calculation of Midas /Civil software， the strength， stiffness and stability of the triangular bracket all met the specification requirements.

【Key words】：continuous beam； the cantilever； block 0;" the triangle bracket；" high speed railway

0號塊施工是懸臂澆筑連續梁的一個重要步驟，合理的托架方式及預壓方法是保證0號塊施工安全及質量的關鍵。本文結合新建南昌經景德鎮—黃山（以下簡稱“昌景黃”）鐵路站前工程CJHZQJX-6標段金溪湖特大橋工程，通過方案比選，確定采用三角托架，通過計算驗證其強度、剛度及穩定性。

1 工程概況

新建昌景黃鐵路站前工程CJHZQJX-6標段金溪湖特大橋（第二段）跨越撫河設計為（60+100+100+60）m連續梁。鐵路等級為雙線高級鐵路，正線設計時速為350 km。

工程地處鄱陽湖平原，屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛，一般每年4—9月降雨豐沛。撫河是Ⅶ級航道，通航凈寬46 m，與線路斜交84°，每年5—10月是豐水期，水深可達7～10 m，11月到次年4月是枯水期，水深3 m以下。

撫河河床上部為黏性土、粉土、網紋狀及蠕蟲狀黏土等，下部為砂礫層、卵礫石層等，其中河流漫灘、河谷地區等積水低洼地帶含淤泥、淤泥質黏性土。

連續梁0號塊長14 m，主墩為圓端形，河道內的43#主墩墩高17 m、44#主墩墩高16 m。連續梁全長321.5 m、橋寬12.6 m，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，設置縱、橫、豎三向預應力體系，全聯在端支點、中支點處設橫隔板，底板、腹板、頂板在中隔板附近向內側按直線線形加厚。中支點截面中心處梁高7.835 m，跨中10 m直線段及邊跨15.75 m直線段截面中心處梁高4.835 m，梁底下緣按二次拋物線變化。非加厚段頂板厚38.5 cm，腹板厚100 cm，底板厚40～120 cm，底板寬6.7 m；在中支點處外側腹板加厚，底板寬7.79 m。

2 施工方案比選

0號塊的施工方法一般有鋼管支架現澆[1]、托架現澆[2～3]。針對本工程的具體情況，初步設計鋼管支架和托架的主要桿件，進行經濟比選確定最優方案。因鋼管支架和托架的底模方案一樣，只對比橫向分配梁及以下的支架。

2.1 鋼管支架方案

墩身每側采用2排鋼管，每排3根做支墩，支承在承臺上，鋼管為?630 mm×10 mm，以43#主墩為例，每根支墩鋼管長度16.6 m，共需99.6 m。

橫向主分配梁為2I40a工字鋼，每根長度12 m，共需48 m。

2.2 托架方案

由于河道內主墩墩高較大，可在墩身上安裝三角形托架，在托架上安裝橫向分配梁支撐模板系統現澆施工。

初步設計主墩每側采用4副三角托架。0號塊懸出橋墩長度每側5 m，托架上弦桿設計長5.2 m，豎桿長4 m，斜桿長4.8 m，桿件均采用2[40b槽鋼口對口加綴板焊接而成，共需[40b槽鋼約126.4 m，上弦桿、立桿、斜桿通過?100 mm銷軸[4]連接成三角形。見圖1。

三角托架上橫向主分配梁采用2I45b工字鋼，每根長度12 m，共需48 m。

2.3 方案比選

根據初步設計內容就鋼材用量、工期、技術難度、安全性、適應性、可周轉性等內容對鋼管支架和三角托架進行經濟比選。見表1。

鋼管支架方案桿件和輔助桿件的用鋼量明顯大于三角托架方案；再綜合考慮工期、安全、適用性、可周轉性等因素，本工程采用三角托架具有明顯的優勢。

3 三角托架的設計與施工

3.1 設計

底模采用15 mm厚竹膠板；底模下10 mm×10 mm的方木以0.2 m間距橫向布置；方木下布置工字鋼排架，腹板下工字鋼排架橫向間距0.2 m，腹板與底板倒角處工字鋼排架橫向間距0.25 m，頂底板下工字鋼排架橫向間距0.6 m，排架由上部I20工字鋼和下部I40a工字鋼組成，翼板下為I25工字鋼間距0.8 m；工字鋼排架與I25工字鋼下設置兩排2I45b雙拼工字鋼主分配梁；主分配梁下布置2[40b三角托架4組，托架與主分配梁之間設置砂箱[5]用于落架，4組三角托架之間用[20槽鋼做連接系，三角托架采用?32 mm精扎螺紋鋼、預埋鋼盒與橋墩固定。見圖2。

3.2 施工

3.2.1 安裝

澆筑墩身混凝土前，在墩身預埋托架安裝所需預埋鋼盒及穿精軋螺紋的?48 mm鋼管。墩身施工完成后，在預埋鋼盒外安裝牛腿[6]，預埋鋼管中穿入精軋螺紋鋼，將橋墩兩側對應的牛腿對拉鎖緊。

三角托架在地面拼裝，在上弦桿、豎桿、斜杠對應的銷孔穿入?100 mm的銷軸。橋墩兩側三角托架對稱安裝，底部放置在牛腿上并進行焊接，頂部使用精軋螺紋鋼對拉鎖緊。三角托架拼裝到位后，在斜桿上用上下兩道[20槽鋼將4個三角托架連接成整體。托架之上安裝砂箱（砂子經過翻炒，除去水分），砂箱底與托架上用4塊10 cm×10 cm三角形鋼板焊接加固，砂箱頂與上橫梁工字鋼接觸面焊接加固；然后安裝2I45b工字鋼橫梁。

3.2.2 質量控制要點

1）預埋鋼盒和穿精軋螺紋的?48 mm鋼管位置準確是保證三角托架安裝到位決定因素，誤差≤2 mm。用定位筋與橋墩鋼筋焊接固定位置，防止混凝土澆筑過程中位置移動。

2）三角托架的桿件、節點板、銷軸等配件在鋼結構加工廠進行加工，保證加工的精度和焊接質量并涂防銹漆，可進行長時間的周轉使用。

3）精軋螺紋的螺母用扭力扳手上緊，扭緊力矩[7]≮300 N·m，每端擰2個螺母。

4 三角托架的檢算

4.1 模板及方木

底模的模板、方木采用力學公式進行計算，屬于常規計算，計算結果均滿足Q/CR 9603—2015《高速鐵路橋涵工程施工技術規程》要求。

4.2 三角托架及工字鋼排架等

工字鋼排架及以下部分利用Midas/Civil有限元分析軟件[8]建模，共計2 588個節點、2 792個單元，模型采用梁單元進行計算。見圖3。

分別對工字鋼排架、工字鋼分配梁、2I45b雙拼工字鋼橫梁、三角托架、C20槽鋼連接系的強度、剛度進行計算。構件均采用Q235鋼材，抗彎組合應力設計值f為215 MPa，剪應力設計值為125 MP[9]，位移允許值為L/400（L為梁長），均滿足規范J 946-2020《鐵路橋涵工程施工安全技術規程》要求。見表2。

4.3 三角托架穩定性

托架的桿件為2[40b槽鋼，由Madis有限元分析軟件計算得斜桿的最大壓力為808.5 kN，對斜桿進行壓桿穩定性計算。

兩端鉸接，計算長度系數u為1.0；面積A為1.82×104 mm2；回轉半徑i為154 mm；槽鋼長l為4 500 mm；長細比λ=ul/i=29.2＜100（不屬于長細桿）；軸心受壓構件截面分類（按受壓特性）為a類；軸心受壓整體穩定系數φx=0.982。

N=φxAf=0.982×1.82×104×215=3 842 kN＞808.5 kN，托架斜桿穩定性滿足要求。

4.4 銷軸

三角托架的斜桿通過?100 mm銷軸與上弦桿和豎桿連接，需對銷軸的抗剪強度進行檢算。

銷軸材料為Q235，剪應力設計值為125 MPa。銷軸直徑t為0.1 m，剪力取斜桿的最大壓力808.5 kN進行計算。

銷軸靜矩S為83 333.3 mm3；銷軸慣性矩I為9.9×106 mm4。

[" " " " τ=F×S（I×t）" " " " " "=808.5×1 000×83 333.3（9.9×106×100）]

=68 MPalt;125 MPa，銷軸抗剪強度滿足要求。

4.5 精軋螺紋

橋墩兩側的托架通過橫穿橋墩的?32 mm精軋螺紋鋼對拉，托架上部每端由6根精軋螺紋鋼進行固定，下部每端由4根精軋螺紋鋼進行固定。上部精軋螺紋抗拉，需對精軋螺紋鋼的抗拉強度進行驗算。

精軋螺紋鋼材質為PSB785，抗拉強度設計值fpd為650 MPa，精軋螺紋鋼直徑為32 mm，截面積為804.25 mm2，取最不利情況進行計算，由Madis有限元分析軟件計算得最大拉力N為575.8 kN。

上部精軋螺紋鋼抗拉應力[σ=NA]=575.8×[1 000（804.25×6）]=119.3 MPa＜fpd，?32 mm精軋螺紋鋼強度滿足要求。

4.6 預埋鋼盒

托架下部與橋墩連接處，布置預埋鋼盒深入墩身中，深入長度346 mm，采用30 mm厚鋼板加工成270 mm×250 mm的方盒，承受托架下部的剪力。見圖4。

鋼盒材料為Q235，由Madis有限元分析軟件計算得到剪力F為1 178.2 kN。

[" " " " τ=FA=1 178.2×1 000270×250-210×190]" " " " " =42.7 MPalt;125 MPa，預埋鋼盒抗剪強度滿足要求。

5 結論

1）三角托架可實現工廠化、專業標準化制作，減少施工現場的作業工序和時間，有利于工程的質量控制，加快現場施工進度。

2）經計算，當墩高≥10 m，三角托架的成本小于鋼管支架的成本，考慮三角托架便于周轉且周轉利用時沒有損耗，因此墩高＜10 m，三角托架的優勢也很突出。

3）三角托架的上弦桿與橋墩的連接部位也存在剪力；因此在上部也預埋鋼盒，可實現減小豎桿軸力和下部鋼盒剪力的作用，也可取消豎桿。

4）三角托架上弦桿與橋墩連接部位的精軋螺紋承受拉力，經計算伸長值1 mm。如果拉力較大，可在安裝后對精軋螺紋進行預張拉，拉至加載后的拉力，則施工中托架與橋墩間不產生縫隙。

參考文獻：

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[8]葛俊穎. 橋梁工程軟件midas Civil使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2013.

[9]GB 50017—2017，結構設計標準[S].

課題項目：山東省經信委技術創新項目（202060902431）

作者簡介：劉時光（1972 - ）， 男， 高級工程師， 從事路基、橋梁等專業技術研究工作。