关键词:高墩刚构桥;预应力支架;Midas;稳定性分析
作者简介：黄乐乐1,孙宗丹1,蒋昌盛2；1.广西交通职业技术学院，2.广西路建工程集团有限公司；发表于《西部交通科技》期刊
中图分类号:U445.4 文献标识码:A DOI:10.13282/j.cnki.wccst.2022.09.029
文章编号:1673-4874(2022)09-0088-04
0引言
高墩刚构桥的0#块、1#块施工时,一般采用满堂支架法和预埋牛腿法。由于混凝土的体积大、重量大,高墩采用满堂支架法现浇稳定性差;而预埋牛腿法需要大量的现场焊接作业,容易导致预埋件留下质量隐患。装配式预应力支架施工可以很好地解决以上问题,具有拼装施工便捷、整体结构稳定、施工安全、能实现标准化、较易周转、降低施工成本和无污染等优点[1-2]。本文支架设计方案以期为类似工程提供设计与研究参考。
1支架设计方案
1.1工程概况浪
泡大桥长328.08m,主桥宽10m,主桥上部结构为(65+120+65)m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁,主墩尺寸为长×宽×高:6m×6.5m×40m;0#节段尺寸均为长×宽×高:12m×10m×7.3m;两侧悬臂长度为3m;0#节段底板厚度为150cm,腹板厚70cm,顶板厚50cm。0#块工程数量为C50混凝土323m3,钢筋工程数量:42507kg。
1.2设计方案主
要设计思路:0#块分两层浇筑,不留垂直施工缝。主要承重结构为组合型钢,即在墩身预埋钢棒,顺桥向两个面组装牛腿,牛腿上横向布设4榀贝雷桁梁。牛腿下弦杆通过预留方盒子,伸入混凝土55cm。支架结构如图1~3所示。
平联的主要作用是防止牛腿左右摆动,在牛腿的上弦杆、斜撑、立柱上各加1联,材料用[10槽钢,平联与牛腿间用螺栓连接,尺寸如图4所示。
牛腿下支点伸进混凝土的部分设计深度为55cm,支点处标高为从墩顶往下540cm,可略有下降10cm左右,不能抬高。从支点平面往下(5+7.5+7.5)cm各布设3层钢筋网,网片用10mm的螺纹钢按7.5cm×7.5cm的网眼布置,下料长度为60cm,每个牛腿下料48根。如图5所示。
牛腿加工各焊点必须采用坡口焊,内外熔透,工字钢在贝雷梁支点处、张拉节点处和各杆件交叉处进行加劲,并另外绑扎钢板加固杆件交叉点。牛腿采用预留安装孔方式,上弦杆(290+60)cm长(前端的60cm可以不接);竖杆高度为386cm。
从上往下传递受力,分别为:
(1)翼板的荷载通过支架传至顺桥向的I40a上。
(2)横桥向的贝雷桁梁从墙边40cm开始,即(40+60+70+90)cm=260cm前后侧各布设4榀。
(3)牛腿下弦杆用2][36a槽钢加10mm厚钢板封口,总高度为386cm,立柱用2[]28a槽钢加1cm厚钢板封口,其余杆件用2][32a槽钢,其中上弦杆、斜腹杆加1cm厚钢板封口。平台宽度为290cm,比最外缘贝雷梁宽约21cm。
(4)牛腿布置距边50cm,即按(50+550+50)cm=650cm前后端各布设2榀。
(5)每个牛腿装3条JL32精扎钢筋(材料等级为930MPa),通过计算,最大荷载作用时,顺桥向自上往下第1条、第2条和第3条拉力分别为247.6kN131.7kN、和36.5kN。施工时进行自上往下第1条、第2条和第3条分别预张拉400kN250kN、和100kN的力。
1.3支架安装
0#块计划采用托架施工,刚构1#~15#块采用挂篮施工。0#块施工托架搭设在牛腿上,牛腿安装在桥墩顺桥向两侧,两组三角形桁架,通过JL32预应力钢筋固定在墩身上,同一面墙的两个牛腿加3个平联固定。
托架横桥向桁梁均使用贝雷片拼装,梁长为12m,4条桁梁间隔(60+70+90)cm,桁梁用贝雷桁架螺栓连接。
0#块施工托架预埋件设在薄壁桥墩前后两侧,一个悬臂端设两条牛腿,牛腿顶面标高为墩顶标高以下208cm,预留3cm作为调节。牛腿预埋件须用测量仪器跟踪测量,保证牛腿顶面为同一水平面,误差控制在1cm以内。
贝雷片墩身完成之后进行拼装。先在场地平台上拼装好两组桁梁,每组装好后重量为2400kg,用塔吊吊到预埋牛腿上,安装就位后,在牛腿上用U型卡环扣紧固定。在0#块悬臂端用[10槽钢骨架及三角木楔来调整底模标高。
牛腿和贝雷梁安装好后立即做好安全防护再进行下一步支架安装,防护的重点部位是翼板下方、0#块端头、翼板边缘;翼板下方用I40a搭设在横向贝雷梁上,做好栏杆、围好安全网;0#块端头底模支架中的7榀延长150cm,做好栏杆,高度为120cm;翼板边缘也要设置栏杆,高度为120cm。
牛腿安装好后进行支架预压,并记录好相关数据为下一步做好准备。
预压卸载后,调节标高、安装底模板并涂上脱模剂、绑扎0#块底板、横隔板及腹板钢筋,做好预应力筋的布设,外模及内模涂上脱模剂并安装到位。由于第一次浇筑高度为5m,外模板、内模板只需安装到第一次混凝土浇筑高度即可。同时注意预埋通气孔、检查孔、泄水管、挂篮吊点、爬梯、塔吊附着点、试验测量监控设备等预埋件。
2支架结构验算
0#块牛腿及托架采用MidasCvil2006i版结构分析软件进行结构受力分析。
2.1边界条件2
.1.1一般支承
(1)牛腿下弦杆伸进混凝土55cm,在最里端约束顺桥向和竖向两个方向的位移,混凝土外缘约束横桥向和竖向两个方向的位移,不约束旋转。
(2)精扎钢筋JL32的锚具处约束顺桥向、横桥向和竖向3个方向的位移,不约束旋转。
2.1.2连接模拟
(1)铰接采用释放梁端约束的方式模拟。
(2)焊接采用刚体连接,计算结果中杆端弯矩值偏大。
(3)接触点的连接采用刚性连接的方式,根据不同情况做出相应的主从线位移、角位移的传递关系。
2.2荷载计算2
.2.1静荷载
2.2.1.1牛腿及支架自重G
荷载大小及作用点由分析软自动计算,方向为竖直向下。
2.2.1.2新浇混凝土自重Q
浪泡大桥0#块分两层浇筑混凝土,第一次浇筑混凝土高度为5m,第二次浇筑混凝土高度为2.3m,时间间隔为10d左右,所以0#块第一次浇筑的混凝土已参与支架受力,出于安全考虑,0#块两次混凝土的浇筑均按一次浇筑来进行支架受力计算,因此不再考虑施工动载系数。悬挑300cm长的箱梁节段工程数量为68.38m3,第一次浇筑为Q1,包括的底板Q1底,腹板Q1腹;第二次浇筑为Q2,包括腹板Q2腹,顶板Q2顶,翼板Q2翼。如下页表1、表2所示。
底模、外围整体模板约368m2,按1.2kN/m2计算,共重442kN,由腹板区纵梁(10根)、底板区纵梁(7根)、翼板区的分配梁共同承担;顶板底模板由顶板区(7根)承受;端模板集中作用于纵梁之上。分配到的与模板相关的杆件荷载约为3kN/m2。
2.2.2荷载组合
荷载效应组合的选用:本支架设计主要考虑浇筑0#块混凝土时的受力状况。0#块分两层浇筑混凝土,出于偏安全考虑,两次混凝土的浇筑均由托架来承受,整个施工过程当作一次浇筑来考虑,即两次浇筑的混凝土同时加载。
CB:G+Q1+Q2+M
2.3计算模型
建立工况相对应的模型,如图6所示。
2.4计算分析
运行电算模型,分别得到施工支架在两次混凝土同时浇筑工况下的挠度、应力等控制数据。其具体数据如下页表3所示。
2.4.1I40工字钢验算
I40工字钢Q235构件的最大拉应力为78.3MPa,最大压应力为-19.1MPa,最大挠度为-5.0mm(见图7)
2.4.2贝雷梁
贝雷桁梁的材料为16Mn,最大拉应力为205MPa,最大压应力为-225MPa,最大位移为-4.3mm(见图8)。
牛腿支架材料为Q235构件,最大拉应力为156.5MPa,最大压应力为-93.4MPa,最大位移为-1.6mm(见图9)。
2.4.4牛腿拉杆
牛腿拉杆材料为?32mm精轧螺纹钢。最大荷载工况时,自上往下第1条、第2条和第3条拉力分别为247.6kN131.7kN、和36.5kN。施工时进行自上往下第1条、第2条和第3条分别预张拉400kN、250kN和100kN的力。(见图10)。
2.4.50#块支架整体挠度
支架挠度最大竖向变形位移为-5.9mm,<3000/400=7.5mm,满足施工要求(见图11)
3结语
本文通过MidasCvici软件分析了G321线良梅公路高墩刚构桥———浪泡大桥0#块装配式预应力支架承载能力,得出如下结论:
(1)I40a工字钢荷载工况最大应力为78.3MPa,远小于其容许应力180MPa,对于相同条件下更大重量的0#块同样适用。
(2)牛腿托架荷载工况最大应力为156MPa,较接近其容许应力180MPa,对于相同条件下更大重量的0#块需增加牛腿托架的结构尺寸。
(3)?32mm精轧钢筋施加最大应力498MPa,远小于其容许应力930MPa,对于相同条件下更大重量的0#块同样适用。
综上,采用工字钢、贝雷梁、牛腿托架、精轧钢筋组合成的装配式牛腿支架,承载能力及稳定性良好,施工便捷安全,能实现标准化施工,降低施工成本,环保无污染,在高墩刚构桥0#块、1#块现浇施工当中推广,可取得良好的效果,为其他类似工程施工提供宝贵经验,创造良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]蒋昌盛.一种悬挑大体积混凝土施工用的预应力锚固牛腿支架构造[P].中国:ZL201720620864.2,2017-05-03.
[2]姚康力.刚构桥装配式预应力牛腿支撑施工方法[J].西部交通科技,2021(10):137-140.