“一體式三角桁架”在斜底板現(xiàn)澆箱梁中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉統(tǒng)一 （中鐵四局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

“一體式三角桁架”在斜底板現(xiàn)澆箱梁中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉統(tǒng)一 （中鐵四局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

甬江左線特大橋主橋?yàn)槲覈鬃F路混合梁斜拉橋，全長909.1m，半漂浮體系?；炷林髁簽閹в行钡装宓膯蜗淙医孛?。采用“一體式三角桁架”施工斜底板現(xiàn)澆箱梁具有精度高、安裝速度快、強(qiáng)度大、穩(wěn)定性強(qiáng)、安全風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)類似工程設(shè)計(jì)與施工具有一定的指導(dǎo)意義。

三角桁架；混凝土主梁；強(qiáng)度；穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代橋梁建筑中，我國橋梁不斷朝著復(fù)雜、大跨的方向發(fā)展，通過對(duì)橋梁受力特性的深入研究，并結(jié)合單一橋型的優(yōu)點(diǎn)，涌現(xiàn)出大量混合式新型橋梁結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)因其承載能力強(qiáng)，跨度大，施工方便而被廣泛應(yīng)用于我國混合型橋梁的建設(shè)之中。

箱型截面這種封閉式結(jié)構(gòu)自身的抗扭剛度很大，同時(shí)，頂板和底板都有比較大的面積，能夠有效抵抗正、負(fù)彎矩，并滿足配筋要求。當(dāng)跨度超過40m的預(yù)應(yīng)力混凝土梁中，多采用箱型結(jié)構(gòu)[1]。隨著交通運(yùn)輸對(duì)橋梁頂面橫向?qū)挾鹊囊蟛粩嘣黾?，箱梁設(shè)計(jì)中將兩側(cè)底板改為傾斜狀，在保證底板尺寸不變的情況下，增加頂板橫向尺寸。同時(shí)，與之相匹配的橋墩工程量大大減小。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過程中，斜底板下現(xiàn)澆支架多采用滿堂支架搭設(shè)，施工投入量大，整體穩(wěn)定性差，調(diào)整相對(duì)困難，進(jìn)度緩慢。尤其在高墩現(xiàn)澆梁施工中，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)突出，施工控制難度較大。

甬江左線特大橋主橋?yàn)槲覈鬃F路混合梁斜拉橋，全長909.1m，半漂浮體系?？讖讲贾脼椋?4+50+50+66+468+66+50+50+54）m，主跨以468m鋼箱梁跨越甬江，邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁作為錨固跨。單側(cè)現(xiàn)澆梁設(shè)3個(gè)輔助墩及1個(gè)連接墩，與索塔之間形成4跨連續(xù)梁。

混凝土箱梁采用單箱三室等高截面，中心梁高5.0m。頂板橫橋向全寬21m，正底板橫橋向全寬為6.6m。斜底板全長7.725m，傾斜角度為21.25°?；炷林髁航孛娉叽缫妶D1所示。

圖1 混凝土主梁截面尺寸圖

混凝土主梁采用“樁-柱-梁式支架法”逐段現(xiàn)澆，設(shè)置2個(gè)臨時(shí)混凝土承臺(tái)，承臺(tái)下樁基采用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁。臨時(shí)承臺(tái)頂部安裝φ630×8mm鋼管臨時(shí)支墩，單個(gè)承臺(tái)頂共設(shè)置14根，鋼管立柱安裝位置與預(yù)應(yīng)力管樁平面位置相對(duì)應(yīng)，保證上部荷載傳遞的連續(xù)性。柱頂設(shè)置HW400×400mm型鋼分配梁，其上鋪設(shè)單層加強(qiáng)型貝雷片縱梁，橫橋向共設(shè)置34組。

針對(duì)有斜底板的現(xiàn)澆箱梁，施工過程中一般多采用滿堂支架法進(jìn)行支護(hù)。結(jié)合本橋?qū)嶋H情況，貝雷梁頂部安裝I12.6工字鋼，順橋向間距60cm。箱梁正底板下直接鋪設(shè)方木、竹膠板，斜底板下搭設(shè)滿堂支架支撐，橫橋向間距30cm。外側(cè)另搭設(shè)支架至梁面，作為施工通道及平臺(tái)。滿堂支架法施工斜底板現(xiàn)澆梁見圖2所示。

根據(jù)斜底板設(shè)計(jì)尺寸及傾斜角度，結(jié)合現(xiàn)澆梁體自重荷載分布情況，采用具有一定強(qiáng)度和剛度的型鋼設(shè)計(jì)并制作三角桁架，作為梁底支撐系統(tǒng)。三角桁架在加工場(chǎng)地集中加工，順橋向連接成組，整體吊裝就位，三角桁架頂部直接鋪設(shè)方木竹膠板系統(tǒng)。三角桁架頂部增加牛腿，吊裝就位后，在牛腿上鋪設(shè)木板，形成臨時(shí)施工平臺(tái)。三角桁架法施工斜底板現(xiàn)澆梁見圖3。

圖2 滿堂支架布置圖

圖3 三角桁架布置圖

將上述兩種方案從施工方法、施工速度、安全性、難易度、穩(wěn)定性等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

①滿堂支架法須根據(jù)需要，預(yù)先配置不同長度的撐桿，撐桿吊裝至貝雷片縱梁頂端后，由人工逐一安裝，并采用橫向桿件連接，保持滿堂支架的整體穩(wěn)定性。三角桁架法在加工場(chǎng)地將三角桁架加工成型，順橋向連接成組，整體吊裝。

②滿堂支架法在“樁-柱-梁式支架”全部施工完成后，在支架頂端逐一施工，二者為流水作業(yè)，施工工期相對(duì)較長。三角桁架可在“樁-柱-梁式支架”施工過程中同步加工，主體支架施工完成后，即可整組吊裝至設(shè)計(jì)位置。同時(shí)，本節(jié)段施工完成后，三角桁架可整體、快速拆除并倒運(yùn)，大大縮短了施工工期。

③貝雷片縱梁頂端至原地面高度達(dá)37m，滿堂支架均需人工高空作業(yè)安裝，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。三角桁架加工完成后，由50T履帶吊整體吊裝至設(shè)計(jì)位置，吊裝過程無需人工配合，安全壓力大大減小。

④滿堂支架過程中，各鋼管均為獨(dú)立桿件，定位安裝耗時(shí)較長；安裝完成后，鋼管頂部標(biāo)高調(diào)整工作量巨大。三角桁架為場(chǎng)內(nèi)定尺加工，吊裝過程中僅需整體定位，操作簡單，避免了繁雜的后期調(diào)整工作。

⑤由于斜底板傾角較大，滿堂支架支撐長短不一，且鋼管頂部與方木竹膠板系統(tǒng)貼合不緊密，整體穩(wěn)定性較差。三角桁架由型鋼焊接成整體，整體穩(wěn)定性好。

綜上所述，選用“三角桁架”作為本橋混凝土主梁斜底板支撐系統(tǒng)。

結(jié)合現(xiàn)澆箱梁荷載分布情況，設(shè)計(jì)并制作“一體式三角桁架”。三角桁架頂、底部主框架均采用[10#槽鋼加工，主框架間由L75角鋼構(gòu)成的橫聯(lián)連接。三角桁架在加工過程中，外部增設(shè)平臺(tái)支架牛腿，為后期梁上作業(yè)提供施工平臺(tái)。三角桁架立面布置見圖4所示。

圖4 三角桁架立面布置圖

單片三角桁架立面尺寸較大，高度達(dá)3m。但其側(cè)向剛度較小，加工及吊裝過程中極容易產(chǎn)生變形。為保證三角桁架加工質(zhì)量，滿足快速安裝要求，并考慮三角桁架形狀及重量滿足吊裝能力，在加工場(chǎng)地將順橋向4片三角桁架連成一組，整體吊裝。單片三角桁架之間采用L75角鋼連接，順橋向布置間距為1.5m。單組三角桁架布置見圖5所示。

圖5 單組三角桁架布置圖

現(xiàn)澆箱梁支架搭設(shè)過程中，同步在加工場(chǎng)地組拼三角桁架。待“樁-柱-梁式支架”體系施工完成后，分組逐次吊裝三角桁架就位，組與組之間無需做任何連接處理，大大減少了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率。

為驗(yàn)證三角桁架承載能力，采用MIDAS CIVIL 2010有限元計(jì)算軟件，模擬三角桁架實(shí)際受荷狀況，建立有限元模型，單組三角桁架有限元模型見圖6所示。

圖6 單組三角桁架有限元模型

根據(jù)混凝土現(xiàn)澆箱梁荷載分布情況，將混凝土自重轉(zhuǎn)化為梁單元荷載，加載至三角桁架斜桿上。加載情況見圖6所示。

三角桁架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見圖7所示。豎向位移計(jì)算結(jié)果見圖8所示。

圖7 單組三角桁架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

圖8 單組三角桁架剛度計(jì)算結(jié)果

由圖7、8可以看出：三角桁架所承受最大壓應(yīng)力為151.9MPa，最大拉應(yīng)力為135.6MPA，豎向變形最大值為2.27mm，均滿足要求。

采用“一體式三角桁架”施工斜底板現(xiàn)澆箱梁具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①三角桁架全部在加工場(chǎng)地定尺加工成型，順橋向連接成組，整體吊裝。

②三角桁架可在“樁-柱-梁式支架”施工過程中同步加工，主體支架施工完成后，即可整組吊裝至設(shè)計(jì)位置。同時(shí)，本節(jié)段施工完成后，三角桁架可整體、快速拆除并倒運(yùn)，大大縮短了施工工期。

③三角桁架加工完成后，由50T履帶吊整體吊裝至設(shè)計(jì)位置，吊裝過程無需人工配合，大大減少了高空施工作業(yè)量，安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

④三角桁架吊裝過程中僅需整體定位，操作簡單，避免了繁雜的后期調(diào)整工作。

⑤三角桁架整體承載能力高，豎向剛度大，整體穩(wěn)定性強(qiáng)，完全滿足施工要求，保證施工質(zhì)量。

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水塔起爆后約4s開始下沉，繼而向設(shè)計(jì)方向傾倒，倒塌方向非常準(zhǔn)確，沒有發(fā)生后坐現(xiàn)象。筒體破碎較好，周邊儲(chǔ)藏室和高壓線安然無恙，控制爆破拆除達(dá)到了預(yù)期的效果。

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U448.27

B

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中國鐵路總公司科技研發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目（2013G001-D）。

劉統(tǒng)一（1977-），男，工程師。