连续梁0号块三角托架施工技术

刘印成

摘要 文章介绍了0号块托架设计的背景和意义，阐述了托架预埋件布置情况、检算依据及参数、托架结构设计荷载计算等验算过程，检算了托架横梁、水平拉杆、斜支撑杆以及锚固结构等结构的安全性，论述了托架及预埋件的安装和托架预压的过程，并对该研究结果进行了总结。

关键词 高墩；三角托架；连续梁

中图分类号 U445.4文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0066-03

0 引言

随着现代交通建设的快速发展，连续梁桥作为一种重要的桥梁结构形式，被广泛应用于道路、铁路等交通领域。连续梁的稳定性和安全性在很大程度上依赖于托架的设计和施工[1]。采用三角托架作为0号块底模支撑进行施工，具有施工难度降低、操作简捷、不必对支架进行基础处理节约了成本、不用进行支架钢管焊接高空作业安全可靠等优势[2]。该文针对某连续梁0号块的托架设计和施工进行研究和探讨，旨在提高托架设计和施工的质量和效率，保障连续梁桥的安全运行。

1 工程概况

永定河大桥跨越县道X606、永定河和龙兴路，桥跨布置为（68+125+68）m预应力混凝土刚构连续箱梁，全桥长261 m。刚构连续箱梁段位于曲线上，曲线半径R=1 250，桥梁宽13.2 m。左幅7#墩位于永定河与龙兴路之间，小里程侧距离永定河堤岸4 m，大里程侧距离龙兴路6 m，两侧地面高差较大约5 m。周边地形条件复杂，现场施工场地狭小。左幅7#墩总高度79.8 m。左幅7#墩0号块单侧悬臂段长度为3.5 m，混凝土方量约100 m?，总重量约240 t。周边地形复杂，且场地狭小，无操作空间，另外墩柱较高，无法进行支架搭设，施工作业时间较长。经过比较，支架法对场地要求不高，且操作简单、高效、安全，无较多的高空吊装作业，工期时间短，因此研究决定在永定河大桥左幅7#墩0号块采用三角托架法现浇施工[3]。

2 0号块托架设计

0#段采用三角托架作为悬臂段支承体系，外模采用桁架式钢模，内模采用竹胶板+方木+钢管架，斜坡段底模设桁架、横梁、砂箱支承。

布置说明：顺桥向采用组合构件的三角托架，单侧3片，托架上安装砂箱，砂箱上安装横梁，横梁上安装梯形桁架，桁架上安装底模。横桥向预埋40工字钢，单侧一片，工字钢顶面与横梁齐平，上面摆放28工字钢支承外模。0#段悬臂部分长度3.5 m，重量240 t。在外模侧安装安全通道。三角托架间采用[10槽钢交叉设置剪刀撑。托架上安装砂箱，砂箱上安装2I40a横梁，横梁上安装梯形桁架，桁架上安装挂篮底模[4]。

3 托架验算

3.1 预埋件布置情况

0#节段共布置5肢托架，间距（55+275+275+55）cm。托架支撑端采用铰座以Φ32精轧螺纹钢对拉固定。每肢托架锚固系统穿过孔由10根?60钢管通长预埋在墩内。

3.2 计算托架结构设计荷载

3.2.1 计算箱梁结构横断面面积

各个横断面计算面积：H-H=33.8 m2；G-G=22.9 m2。

3.2.2 计算支撑架结构设计荷载

（1）H-H截面：

①结构恒载：g1=（H-H）×rc=879 kN/m；

②支架重量：g2=15%g1=132 kN/m（根据经验，按结构恒载15%估算）；

③模板重量：g3=3.0×B=40 kN/m（B——桥面宽，取13.2 m）；

④活载：g4=1.0×B=13 kN/m；

⑤荷载组合：q1=1.2（g1+g2+g3）+1.4g4=1 279 kN/m。

与结构恒载比值：1.46。

（2）G-G截面：

①结构恒载：g1=（G-G）×rc=595 kN/m；

②支架重量：g2=15%g1=89 kN/m；

③模板重量：g3=3.0×B=40 kN/m；

④活载：g4=1.0×B=13 kN/m；

⑤荷载组合：q2=1.2（g1+g2+g3）+1.4g4=887 kN/m。

与结构恒载比值：1.49。

3.2.3 结构荷载模型

根据托架设计图，桥梁纵向荷载模型如图1所示。

3.2.4 求支座反力及弯矩

以图1荷载为基准，根据静力计算公式计算各点支反力及弯矩如下：

梯形荷载的几何重心计算如下：

则=1 781 kN；

=2 010 kN。

根据以上计算可知，托架在0#节段根部（H-H断面）承担的总荷载为2 010 kN，悬臂端（G-G断面）承担的总荷载为1 781 kN。

3.3 托架結构安全性检算

3.3.1 横梁

（1）横梁内力。上部荷载通过0#节段根部及悬臂端向托架传递，根据0#节段根部和悬臂端受载值，采用力法分别计算0#节段根部。

取消腹板内侧2个支点后，H-H断面最大弯矩Mmax=214 kN·m，最大剪力Tmax=521 kN，最大支反力Rmax=727 kN；G-G断面最大弯矩Mmax=165 kN·m，最大剪力Tmax=476 kN，最大支反力Rmax=741 kN。

（2）横梁结构验算。主梁最大弯矩Mmax=165 kN·m，最大剪力Tmax=366 kN。

横梁采用2I32a工字钢组合梁，其几何特征指标如下：

横截面积A=67 cm2；

竖向惯性矩Ix=11 080 cm4；

Ix/Sx=27.5 cm；

d=9.5 mm。

设计强度控制值[ f ]=215 MPa，剪应力[ fv ]=125 MPa。

单根I32a工字钢的最大弯曲应力=

119 MPa＜[ f ]=215 MPa；最大剪应力=70 MPa＜[ fv ]=125 MPa，均满足要求。

横梁正弯矩小于负弯矩，故检算悬臂下挠度。悬臂弯矩Mmax=165 kN·m，扰度检算值=138 kN·m，悬臂长（翼缘板支撑范围）L≈1.75 m。假设支点间作用一q=1的单位荷载，其最大挠度为=0.026 mm；单位荷载下的最大弯矩为=1.5 kN·m；由位移相似比例关系求得=2.4 mm，等于允许扰度L/400=4.4 mm，满足要求。

3.3.2 水平拉杆

托架在G-G断面承担的最大竖向荷载R=621 kN。斜支撑杆与水平拉杆的夹角θ=47.6°，则其承担的水平荷载R'=621 kN/tgθ=567 kN。

水平拉杆采用2[32a槽钢组焊而成，组焊件的总横截面积ΣA=2A=98 cm2。拉杆允许承拉力P=A[ f ]=

2 107 kN，大于分担荷载R'=567 kN，满足要求。

3.3.3 斜支撑杆

斜支撑杆承担的轴向荷载R'=621 kN/sinθ=841 kN。

斜支撑杆采用2[32a槽钢组焊件。[32a槽钢的几何特征指标如下：

横截面积：A=49 cm2；

竖向惯性矩：Ix=7 598 cm4；

Ix/Sx=27.4 cm；

d=8 mm；

回转半径i=12.5 cm。

从设计图可知，2[32a槽钢组焊件的宽度大于槽钢高度，则竖向即为弱轴，其在弱轴方向的几何特征为：横截面积ΣA=98 cm2，回转半径i=12.5 cm。暂不考虑设计图中利用斜杆在斜支撑杆中部约束，受压长度按斜支撑杆铰点距离l=4.344 m计，受压长细比λ=35，属于短压杆，稳定系数为ψ=0.918。斜支撑杆允许承压力P=φΣA[ f ]=

1 934 kN，大于分担荷载R=841 kN，满足要求。

3.3.4 横联结构

为保证支撑结构整体稳定性，在三角托架顶端水平拉杆间设置[14a槽钢水平稳定支撑，并布设∟75×8角钢剪刀撑。横联支撑力=14 kN。[14a槽钢的截面几何特征为横截面积A=18.5 cm2，最小横截面惯性矩Iy=53 cm4，最小回转半径iy=1.7 cm。托架最大间距275 cm，受压长细比λ=162，属长压杆，稳定系数ψ=0.273。采用欧拉公式计算其允许承受压力=39 kN，大于计算荷载Fbm=14 kN，满足要求。

3.3.5 节点

三角托架的节点连接采用销轴结构。铰座板的耳板采用双肢t1=25 mm厚钢板，斜支撑杆[32a拉杆耳板（双肢）贴焊16 mm厚钢板，计算厚度t2=24 mm，材质均为Q235；轴销采用直径d=70 mm钢轴，材质45号钢。托架上的最大轴向压力P=841 kN。各单肢耳板承受单剪，承担的最大荷载N=421 kN。

轴销承压强度=251 MPa，根据GB/T699—2015，45号钢热处理后的抗拉强度为600 MPa，屈服强度为355 MPa，满足要求。

轴销抗剪强度=109 MPa，满足要求。

轴销单剪状态弯矩=3.1 kN·m，其抗弯强度=59 MPa，满足要求。

轴销在弯剪状态的组合强度=0.5≤1.0，满足要求。

上铰座板耳板满足的构造要求，下销孔与根部距离较大，仅计算孔壁承压。单肢耳板孔壁承压应力=234 MPa，采用Q235钢，端面承压强度fce=320 Mpa，满足要求。

上铰座板焊缝承担拉力和剪切荷載的共同作用，下铰座板主要承担剪切荷载，每个铰座板偏保守取值N=841 kN计算。

铰座板的底板与耳板采用全熔透焊，焊缝厚度即为耳板厚度t=25 mm，计算单肢耳板最小焊缝长度=105 mm，实际施工450 mm。注：焊缝强度ffw偏保守取值160 MPa。

3.3.6 锚固结构

铰座板与墩身的预埋精轧螺纹钢筋锚固牢固，铰座板与墩身上的连接锚固采用5根Φ32 mm、与连续梁施工同材料的强度785 Mpa的精轧螺纹钢筋锚固。

上、下铰座板承担的最大水平拉力F=567 kN，最大竖向荷载R=621 kN。5根Φ32 mm精轧螺纹钢的抗拉能力[F]=nfA=3 155 kN，远大于水平拉力567 kN，满足要求。

抗剪依靠预留槽处混凝土抵抗，预留槽深度7 cm，宽度49 cm，则其抗剪面积A=343 cm2，对混凝土的压应力=18 MPa，小于C40混凝土轴心抗压强度设计值（23 MPa），满足要求。

4 0#段托架安装、预压

4.1 托架及预埋件安装

（1）托架安装按设计要求进行，标高按设计要求计算和验证，避免出错，经检查合格方可预压。

（2）0#段预埋件、预留孔较多，如腹板通风孔、顶板预埋件、挂篮吊杆孔等。

（3）预埋件、预留孔位置应相对正确，腹板通风孔与纵向预应力孔道干扰时可移动。

4.2 托架预压

在主墩承台和基座上分别预埋PSB830-M32精轧螺纹钢筋，利用张拉千斤顶及反力梁对拉方式预压[5]。预压荷载为2 400 kN（单侧），墩两侧托架单片对称加载。预压采用70 t千斤顶对墩柱两侧托架进行分级加载[6]。

托架预压前，安装上锚固装置，在托架上安装下垫梁形成扁担梁（双拼I40的工字钢），两侧预留孔中穿入一定根数的钢绞线（通过计算得知），两侧对称布置，中间设置千斤顶，千斤顶上再设置上垫梁，两个垫梁上均通过锚具与夹片将钢绞线固定。在浇筑承台混凝土时，应提前考虑在承台内按照托架对应位置预埋Φ32精轧螺纹钢，预埋深度3 m，预留长度1.5 m。承台预埋部位采用钢筋网片进行补强，以确保千斤顶张拉时能够获得足够的反力，同时防止张拉时对承台造成损坏。托架预压前，准备双拼I40的工字钢作为下锚固装置的扁担梁。

设置沉降观测点，测出预压前的竖向和横向位移H0和P0。在预压过程中，采用托架两侧对称加载，当加载到预压荷载的30%后，静停5 min，检查并观测托架的变形情况，测出观测点的竖向和横向位移H1和P1；当加载到预压荷载的60%后，静停5 min，检查并观测托架的变形情况，测出观测点的竖向和横向位移H2和P2；当加载到预压荷载的100%后，静停5 min，检查并观测托架的变形情况，测出观测点的竖向和横向位移H3和P3，维持荷载30 min，观测托架观测点的竖向和横向位移H4和P4后，开始分级卸载并逐级观测弹性形变值。每次沉降不超过2 mm，方可认为托架预压达到稳定。

5 结语

通过永定河大桥左幅7#墩0号块三角托架的施工的成功应用，充分地体现了在地形条件复杂的高墩连续梁0号块施工中，选择使用三角托架的优越性，操作简单、灵活、方便、安全可靠，缩短了施工时间，加快了施工进度。

参考文献

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[2]王传策， 段占立， 张卫， 等. 双线铁路连续梁0号块支架设计[J]. 价值工程， 2021（36）： 68-70.

[3]刘福才. （70+125+70）m连续梁0号块临时支架受力分析[J]. 广西城镇建设， 2021（2）： 85-88.

[4]尚锟. 三角托架结合挂篮一体化设计施工墩顶0号和1号块关键技术研究[J]. 公路， 2022（1）： 166-173.

[5]盛日福， 马衍光， 杜鲁涛， 等. 连续梁0号块施工临时加固结构： CN215441494U[P]. 2022.

[6]赵运生， 叶仕国. 连续刚构桥0号块三角托架预压工艺改造[J]. 前卫， 2021（20）： 10-12.