新高墩剛構橋裝配式預應力支架設計

高墩剛構橋裝配式預應力支架設計高墩剛構橋的0#塊、1#塊施工時，一般采納滿堂支架法和預埋牛腿法。由于混凝土的體積大、重量大，高墩采納滿堂支架法現(xiàn)澆穩(wěn)定性差；而預埋牛腿法需要大量的現(xiàn)場焊接作業(yè)，簡單導致預埋件留下質量隱患。裝配式預應力支架施工可以很好地解決以上問題，具有拼裝施工便捷、整體結構穩(wěn)定、施工平安、能實現(xiàn)標準化、較易周轉、降低施工成本和無污染等優(yōu)點［1-2］。本文支架設計方案以期為類似工程供應設計與討論參考。

1支架設計方案

1.1工程概況

浪泡大橋長328.08m，主橋寬10m，主橋上部結構為（65+120+65）m三跨預應力混凝土連續(xù)剛構箱梁，主墩尺寸為長×寬×高：6m×6.5m×40m；0#節(jié)段尺寸均為長×寬×高：12m×10m×7.3m；兩側懸臂長度為3m；0#節(jié)段底板厚度為150cm，腹板厚70cm，頂板厚50cm。0#塊工程數(shù)量為C50混凝土323m3，鋼筋工程數(shù)量：42507kg。

1.2設計方案

主要設計思路：0#塊分兩層澆筑，不留垂直施工縫。主要承重結構為組合型鋼，即在墩身預埋鋼棒，順橋向兩個面組裝牛腿，牛腿上橫向布設4榀貝雷桁梁。

牛腿下弦桿通過預留方盒子，伸入混凝土55cm。

支架結構如圖1～3所示。

平聯(lián)的主要作用是防止牛腿左右搖擺，在牛腿的上弦桿、斜撐、立柱上各加1聯(lián)，材料用［10槽鋼，平聯(lián)與牛腿間用螺栓連接，尺寸如圖4所示。

牛腿下支點伸進混凝土的部分設計深度為55cm，支點處標高為從墩頂往下540cm，可略有下降10cm左右，不能抬高。從支點平面往下（5+7.5+7.5）cm各布設3層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片用10mm的螺紋鋼按7.5cm×7.5cm的網(wǎng)眼布置，下料長度為60cm，每個牛腿下料48根。如圖5所示。

牛腿加工各焊點必需采納坡口焊，內外熔透，工字鋼在貝雷梁支點處、張拉節(jié)點處和各桿件交叉處進行加勁，并另外綁扎鋼板加固桿件交叉點。牛腿采納預留安裝孔方式，上弦桿（290+60）cm長（前端的60cm可以不接）；豎桿高度為386cm。

從上往下傳遞受力，分別為：

（1）翼板的荷載通過支架傳至順橋向的I40a上。

（2）橫橋向的貝雷桁梁從墻邊40cm開頭，即（40+60+70+90）cm=260cm前后側各布設4榀。

（3）牛腿下弦桿用2］［36a槽鋼加10mm厚鋼板封口，總高度為386cm，立柱用2［］28a槽鋼加1cm厚鋼板封口，其余桿件用2］［32a槽鋼，其中上弦桿、斜腹桿加1cm厚鋼板封口。平臺寬度為290cm，比最外緣貝雷梁寬約21cm。

（4）牛腿布置距邊50cm，即按（50+550+50）cm=650cm前后端各布設2榀。

（5）每個牛腿裝3條JL32精扎鋼筋（材料等級為930MPa），通過計算，最大荷載作用時，順橋向自上往下第1條、第2條和第3條拉力分別為247.6kN、131.7kN和36.5kN。施工r進行自上往下第1條、第2條和第3條分別預張拉400kN、250kN和100kN的力。

1.3支架安裝

0#塊方案采納托架施工，剛構1#～15#塊采納掛籃施工。0#塊施工托架搭設在牛腿上，牛腿安裝在橋墩順橋向兩側，兩組三角形桁架，通過JL32預應力鋼筋固定在墩身上，同一面墻的兩個牛腿加3個平聯(lián)固定。

托架橫橋向桁梁均使用貝雷片拼裝，梁長為12m，4條桁梁間隔（60+70+90）cm，桁梁用貝雷桁架螺栓連接。

0#塊施工托架預埋件設在薄壁橋墩前后兩側，一個懸臂端設兩條牛腿，牛腿頂面標高為墩頂標高以下208cm，預留3cm作為調整。牛腿預埋件須用測量儀器跟蹤測量，保證牛腿頂面為同一水平面，誤差掌握在1cm以內。

貝雷片墩身完成之后進行拼裝。先在場地平臺上拼裝好兩組桁梁，每組裝好后重量為2400kg，用塔吊吊到預埋牛腿上，安裝就位后，在牛腿上用U型卡環(huán)扣緊固定。在0#塊懸臂端用［10槽鋼骨架及三角木楔來調整底模標高。

牛腿和貝雷梁安裝好后馬上做好平安防護再進行下一步支架安裝，防護的重點部位是翼板下方、0#塊端頭、翼板邊緣；翼板下方用I40a搭設在橫向貝雷梁上，做好欄桿、圍好平安網(wǎng)；0#塊端頭底模支架中的7榀延長150cm，做好欄桿，高度為120cm；翼板邊緣也要設置欄桿，高度為120cm。

牛腿安裝好后進行支架預壓，并記錄好相關數(shù)據(jù)為下一步做好預備。

預壓卸載后，調整標高、安裝底模板并涂上脫模劑、綁扎0#塊底板、橫隔板及腹板鋼筋，做好預應力筋的布設，外模及內模涂上脫模劑并安裝到位。由于第一次澆筑高度為5m，外模板、內模板只需安裝到第一次混凝土澆筑高度即可。同時留意預埋通氣孔、檢查孔、泄水管、掛籃吊點、爬梯、塔吊附著點、試驗測量監(jiān)控設備等預埋件。

2支架結構驗算

0#塊牛腿及托架采納MidasCivil2023版結構分析軟件進行結構受力分析。

2.1邊界條件

2.1.1一般支承

（1）牛腿下弦桿伸進混凝土55cm，在最里端約束順橋向和豎向兩個方向的位移，混凝土外緣約束橫橋向和豎向兩個方向的位移，不約束旋轉。

（2）精扎鋼筋JL32的錨具處約束順橋向、橫橋向和豎向3個方向的位移，不約束旋轉。

2.1.2連接模擬

（1）鉸接采納釋放梁端約束的方式模擬。

（2）焊接采納剛體連接，計算結果中桿端彎矩值偏大。

（3）接觸點的連接采納剛性連接的方式，依據(jù)不憐憫況做出相應的主從線位移、角位移的傳遞關系。

2.2荷載計算

2.2.1靜荷載

2.2.1.1牛腿及支架自重G

荷載大小及作用點由分析軟自動計算，方向為豎直向下。

2.2.1.2新澆混凝土自重Q

浪泡大橋0#塊分兩層澆筑混凝土，第一次澆筑混凝土高度為5m，其次次澆筑混凝土高度為2.3m，時間間隔為10d左右，所以0#塊第一次澆筑的混凝土已參加支架受力，出于平安考慮，0#塊兩次混凝土的澆筑均按一次澆筑來進行支架受力計算，因此不再考慮施工動載系數(shù)。懸挑300cm長的箱梁節(jié)段工程數(shù)量為68.38m3，第一次澆筑為Q1，包括的底板Q1底，腹板Q1腹；其次次澆筑為Q2，包括腹板Q2腹，頂板Q2頂，翼板Q2翼。如下頁表1、表2所示。

2.2.1.3模板自重M

底模、外圍整體模板約368m2，按1.2kN/m2計算，共重442kN，由腹板區(qū)縱梁（10根）、底板區(qū)縱梁（7根）、翼板區(qū)的安排梁共同擔當；頂板底模板由頂板區(qū)（7根）承受；端模板集中作用于縱梁之上。安排到的與模板相關的桿件荷載約為3kN/m2。

2.2.2荷載組合

荷載效應組合的選用：本支架設計主要考慮澆筑0#塊混凝土時的受力狀況。0#塊分兩層澆筑混凝土，出于偏平安考慮，兩次混凝土的澆筑均由托架來承受，整個施工過程當作一次澆筑來考慮，即兩次澆筑的混凝土同時加載。

CB：G+Q1+Q2+M

2.3計算模型

建立工況相對應的模型，如圖6所示。

2.4計算分析

運行電算模型，分別得到施工支架在兩次混凝土同時澆筑工況下的撓度、應力等掌握數(shù)據(jù)。其詳細數(shù)據(jù)如下頁表3所示。

2.4.1I40工字鋼驗算

I40工字鋼Q235構件的最大拉應力為78.3MPa，最大壓應力為-19.1MPa，最大撓度為-5.0mm（見圖7）。

2.4.2貝雷梁

貝雷桁梁的材料為16Mn，最大拉應力為205MPa，最大壓應力為-225MPa，最大位移為-4.3mm（見圖8）。

2.4.3牛腿支架

牛腿支架材料為Q235構件，最大拉應力為156.5MPa，最大壓應力為-93.4MPa，最大位移為-1.6mm（見圖9）。

2.4.4牛腿拉桿

牛腿拉桿材料為φ32mm精軋螺紋鋼。最大荷載工況時，自上往下第1條、第2條和第3條拉力分別為247.6kN、131.7kN和36.5kN。施工時進行自上往下第1條、第2條和第3條分別預張拉400kN、250kN和100kN的力。（見圖10）。

2.4.50#K支架整體撓度

支架撓度最大豎向變形位移為-5.9mm，＜3000/400=7.5mm，滿意施工要求（見圖11）。

3結語

本文通過MidasCivic軟件分析了G321線良梅大路高墩剛構橋――浪泡大橋0#塊裝配式預應力支架承載力量，得出如下結論：

（1）I40a工字鋼荷載工況最大應力為78.3MPa，遠小于其容許應力180MPa，對于相同條件下更大重量的0#塊同樣適用。

（2）牛腿托架荷載工況最大應力為156MPa，較接近其容許應力180MPa，對于相同條件下更大重量的0#塊需增加牛腿托架的結構尺寸。

（3）φ32m