七星河特大橋0#塊支架設(shè)計與施工

果 耀，靳如平

（1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001；2.貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550001）

1 工程概況

七星河特大橋位于貴州省畢節(jié)至威寧高速公路第3合同段，起訖樁號為K75＋508.68～K76＋374.32，橋長865.64m。上部結(jié)構(gòu)為8×40m＋106m＋200m＋106m＋3×40m，主墩均為薄壁空心墩結(jié)構(gòu)。

七星河特大橋箱梁0#塊長度為15m，高為12.5m，混凝土標(biāo)號為C55，單個0#塊混凝土數(shù)量為684.5m3。其中，頂板混凝土45m3；底板混凝土146.3m3；腹板混凝土280m3，隔板及倒角混凝土213.2m3。

2 結(jié)構(gòu)布置

因0#塊結(jié)構(gòu)及受力均較復(fù)雜，加之縱向及豎向預(yù)應(yīng)力管道集中，鋼筋密集，混凝土方量大，同時施工工作面狹窄，混凝土不易振搗施工。為確保施工安全，同時為保證施工質(zhì)量，0#塊擬按照高度分兩次施工，第1次施工高度為0～6m，第2次施工高度6～12.5m。第1次澆筑支架由墩間支架和墩柱外支撐組成，墩間段（6.5m×5m）采用13根I20b做分配梁，分配梁下按橫橋向荷載分部設(shè)9片貝雷架主梁；墩外懸挑段（6.5m×1m）采用三角斜撐支架作為受力支撐，分配梁采用1根I36a，1根2I45a組合鋼梁（掛藍(lán)后下橫梁）。I20b分配梁懸挑出2m，作掛籃拼及0#塊施工裝操作平臺；第2次澆筑利用已澆混凝土梁板及掛藍(lán)模板系支撐澆筑（支架總體布置圖見圖1、圖2）。

圖1 0#塊現(xiàn)澆支架設(shè)計

圖2 0#塊現(xiàn)澆支架設(shè)計

3 結(jié)構(gòu)計算

3.1 第1次澆筑結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

腹板（單邊）按第1次澆筑高度荷載：0.9×6×5×2.6＝70.2t；

底板荷載：（6.5-0.9×2）×1.5×5×2.6＝91.65t；

施工荷載：3kN/m2；

人群荷載：2.5kN/m2；

墩間支架主梁采用9片321貝雷架簡支梁，分配梁采用13根間距為0.4m/根I20b工字鋼，所以每根分配梁荷載為：

腹板部分：（0.4×0.9×6×2.6＋（3＋ 2.5）/10×0.4×0.9）/0.9 ＝ 6.46t/m （取 6.5t/m）；

底板部分：（0.4×1×1.5×2.6＋（3.25＋ 2.5）/10×0.4×1）/1 ＝ 1.79 t/m（取 1.8t/m）。

3.1.1 貝雷架驗(yàn)算

如支架設(shè)計圖所示，I20b分配梁受力計算簡圖（圖3）：其中：q1＝6.5t/m＝65N/mm，q2＝1.8t/m＝18N/mm。

圖3

腹板、底板倒角處混凝土對分配梁的線荷載經(jīng)計算為：0.4×0.4/2×0.4×2.6/0.4＝0.208t/m，考慮到腹板處下荷載取值較實(shí)際偏大，故不做考慮。

根據(jù)分配梁受力簡圖（圖4），取1.4倍荷載組合系數(shù)，用邁達(dá)斯建模計算如下：

圖4

輸出最大組合應(yīng)力為：14.0MPa＜215MPa，滿足要求。支反力如下（圖5）：

圖5

由分配梁計算結(jié)果可以看出，腹板處外側(cè)一片貝雷架受力最大，取該梁計算。由分配梁間距及支反力得，貝雷架受力最大為9.87t/m 取10.0t/m進(jìn)行計算（自重影響較小，不予考慮）：

Mmax＝ql2/8＝10×10×5×5/8＝312.5kN·m＜788.2kN·m（查《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》桁架容許內(nèi)力表）；

Qmax＝ql/2＝10×10×5/2＝250>245.2kN（查《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》桁架容許內(nèi)力表）。

須對貝雷架進(jìn)行加強(qiáng)，加強(qiáng)方式（見圖6）（加工的異型段因各件的截面積均大于標(biāo)件加強(qiáng)后截面積，故對異型段不做加強(qiáng)）。

圖6

另外，其余貝雷架的承載力較小最大彎矩和剪力均沒有超過允許值，可不做加強(qiáng)?？紤]施工擾動，同樣采用此方式加強(qiáng)貝雷片，保證使用安全。

用邁達(dá)斯對支架整體進(jìn)行建模計算，整體模型（圖7）：

圖7

輸出計算結(jié)果：

項(xiàng)目 最大值/MPa 備注軸力 152.2 均小于273MPa剪應(yīng)力 Y Z 均小于208MPa 1.58 39.9最大組合應(yīng)力 166.3 小于273MPa撓度 2.26mm 撓度系數(shù)143.7屈曲模態(tài) 3.9 在3.9倍荷載下才會發(fā)生失穩(wěn)破壞

計算結(jié)果顯示，貝雷架滿足要求。

3.1.2 三角斜撐驗(yàn)算

3.1.2.1 荷載計算

腹板（單邊）按最大高度荷載：

0.7×1 2.5×1×2.6 ＝ 22.75t；

底板荷載：1.5×（6.5-0.7×2）×1×2.6＝19.89t；

施工荷載及人群荷載同上。

斜腿支架采用I36a工字鋼焊接組成，分配梁近墩側(cè)采用1根I36a工鋼，遠(yuǎn)端采用掛藍(lán)后下橫梁（2I45a），兩根分配梁間距為0.75m。計算荷載為：

I36a：按墩間分配梁荷載進(jìn)行計算

腹板部分：

（0.4×0.7×12.5×2.6＋（3＋ 2.5）/10×0.4×0.7）/0.7＝13.22t/m （取13.5t/m）；

底板部分：

（0.4×（6.5-0.7×2）×1.5×2.6＋（3＋2.5）/10×0.4×（6.5-0.7×2））/（6.5-0.7×2）＝1.78t/m（取1.8t/m）。

2I45a（取混凝土順橋向長度65cm）

腹板部分：

（0.65×0.7×12.5×2.6 ＋（3＋ 2.5）/10×0.65×0.7）/0.7＝21.48t/m，取21.5t/m作驗(yàn)算荷載；

底 板 部 分：（0.65×（6.5-0.7×2）×1.5×2.6＋（3＋2.5）/10×0.65×（6.5-0.7×2））/（6.5-0.7×2） ＝ 2.89t/m，取2.9t/m作驗(yàn)算荷載。

3.1.2.2 驗(yàn)算

（1）近墩側(cè)分配梁（I36a）：取1.4倍組合系數(shù)（圖8）：

圖8

輸出最大組合應(yīng)力為53.8MPa＜215MPa，滿足要求。

2I45組合型鋼:其本身為掛藍(lán)底藍(lán)承重件，故不再另作受力計算。

（2）墩外三角斜撐：

整體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，整體模型（圖9）：

圖9

輸出計算結(jié)果（如表1）：

表1

（3）預(yù)埋鋼板驗(yàn)算：

牛腿預(yù)埋鋼板采用2cm厚的鋼板，背部采用6-Φ25的螺紋鋼焊接而成，截面積A＝3.14×25×25/4×6＝2943.75mm2。

由MIDAS模型計算（圖10）：

圖10

支點(diǎn)承受最大剪力為：263.23kN；

抗 剪 τmax＝ 263.23×103N/2943mm2＝ 89.5MPa＜120MPa ，滿足要求。

（4）斜腿托架焊縫驗(yàn)算

采用I36a工字鋼焊接成牛腿，假設(shè)荷載全由I36a型鋼腹板承擔(dān)，做雙面角焊縫。取焊縫厚度為10mm，查《鋼結(jié)構(gòu)連接接點(diǎn)設(shè)計手冊》表7-5a，Nwf ＝11.20kN/cm。

則實(shí)際有效焊接高度為：（360-2×15.8）×2＝656.8mm

由MIDAS模型計算（圖11）：

圖11

則焊縫承受剪力最不利情況時為：428.3kN＜11.2×65.68＝735.6kN，滿足要求。

3.1.3 墩內(nèi)內(nèi)嵌式牛腿計算

墩內(nèi)牛腿采用I36a工鋼，兩側(cè)分別加焊10mm鋼板制作，其界面參數(shù)為：

Ix＝ 15800＋ 2×1×333/12＝21789.5cm4；Wx＝ 1210.53 cm3

墩內(nèi)牛腿承受總荷載為：

混凝土荷載：70.2t＋91.65t＝161.85t；

I20b及貝雷架：13×9×31.05/1000＋18×300/1000＝9.04t；

施工及人群荷載：（3.5＋2）/10×5×6.5＝17.88t；取靜荷載組合系數(shù)1.2，動荷載組合系數(shù)1.4；則荷載合計：（161.85＋9.04）×1.2＋17.88×1.4＝230.1 t；根據(jù)分配梁反力的輸出情況，牛腿最大受力按2倍平均荷載計算，即2×230.1/14＝32.9t

牛腿主要受力為剪力：Q＝32.7×10＝329kN

腹板厚σ＝2cm（考慮焊接質(zhì)量，取2/3腹板厚進(jìn)行計算）Sx＝ 644.9cm3；

τ＝Q×Sx/（Ix×σ）＝327×644.9/21789.5/2＝48.4MPa＜120 MPa。

按只受剪力計算：

τ＝329×1000/（20×330）＝ 49.85MPa＜120 MPa牛腿受力滿足要求。

3.2 第2次澆筑模板支撐系計算

第2次澆筑利用掛藍(lán)模板支撐系支撐，荷載主要為頂板混凝土自重、腹板混凝土側(cè)壓力以及施工人群荷載。腹板側(cè)壓力由模板自身承擔(dān)，在此不作敘述。頂板荷載由模板支撐系承擔(dān)，作強(qiáng)度驗(yàn)算如下：

頂板荷載為梯形荷載，為加大安全系數(shù)且計算簡便，采用最大荷載值（翼緣板根部荷載值）均布荷載進(jìn)行計算，且高側(cè)翼緣模板尺寸較大，承重構(gòu)件彎矩較大，故取高側(cè)翼緣模板進(jìn)行計算。

荷載值為0.9×1×26＝23.4kN/m，施工荷載：3kN/m，人群荷載：2.5kN/m，合計28.9kN/m取30kN/m進(jìn)行計算。

3.2.1 模板外骨架計算

利用邁達(dá)斯建模計算（圖12）：

圖12

輸出最大應(yīng)力值為：88.2MPa＜215MPa，滿足要求。

3.2.2 模板內(nèi)骨架計算

利用邁達(dá)斯建模計算（圖13）：

圖13

輸出最大應(yīng)力值為：135.4MPa＜215MPa，滿足要求。

3.2.3 I14縱向分配梁計算

由0#塊外側(cè)模組拼圖，墩柱段內(nèi)外側(cè)模由I14縱向分配梁預(yù)埋鋼棒支承，第2次澆筑時混凝土荷載由模板與混凝土摩擦力與拉桿承重，故I14縱向分配梁計算荷載按一次性澆筑模板計算，S側(cè)模＝2.5m×1.5m×9＋2.4m×1.5m×3＝44.55m2，高側(cè)翼緣模板含骨架總重2005.61kg，低側(cè)翼緣模板含骨架總重2046.09kg，取2.1t進(jìn)行計算。

則墩柱段外側(cè)?？傊兀篗模板＝44.55×0.14＋2×2.1＝10.44t；

均布荷載：q＝10.44t/4.5m＝23.2kN/m，取24kN/m進(jìn)行計算。

利用邁達(dá)斯建模計算（圖14）：

圖14

輸出最大應(yīng)力值為：66.8MPa＜215MPa，滿足要求；最大剪應(yīng)力為：30.1MPa＜120MPa，滿足要求。

4 結(jié)語

該橋0#塊托架設(shè)計方案經(jīng)過橋梁設(shè)計單位、專家組評審?fù)ㄟ^，支架設(shè)計比較經(jīng)濟(jì)，且得到了實(shí)際施工驗(yàn)證，滿足結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全需要，施工操作相對簡單。托架結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，還應(yīng)配合其他體系進(jìn)行綜合計算分析，同時嚴(yán)格進(jìn)行加載預(yù)壓等施工操作程序。

[1]JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JTJ 041-2000 公路橋涵施工施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4]周永興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊[S].人民交通出版社.