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上海遠通路橋工程有限公司，中國·上海201700

論文主要對空腹式斜腿鋼構三角區(qū)下弦0#塊及墩間系梁托架設計、荷載試驗施工方法進行總結，為今后類似工程施工提供一些參考。

空腹式斜腿鋼構；下弦0#塊托架設計；荷載試驗

1 工程概述

甘溪特大橋主橋為（155+300+155）m 空腹斜腿式剛構橋，主橋長度610m，單幅梁寬10．25m，兩幅橋凈距3．5m?？崭故戒摌嫎蛑骺?00m，同類型橋梁世界第一。其中19#墩高為84．753m，20#墩高為128．753m。19#、20#主墩在主梁下弦根部與主墩連接處設順橋向系梁聯(lián)結。該處系梁梁高 950cm，頂、底板厚為 200cm，腹板厚度 200cm。左右副主墩之間，采用單箱單室截面系梁作為橫向連接，以增強主墩橫向抗推剛度。

圖1 下弦0#塊立面圖

圖2 下弦0#塊平面圖

2 下弦0#塊施工概述

為了確保三角區(qū)下弦0#塊處結構的完整性，確保施工質量，下弦0#塊、墩身、縱系梁及橫系梁采用與上構同標號C55混凝土同時澆筑，分三層進行澆筑，分層高度分別為：3．5m、3．5m、2．5m。第一層澆筑方梁600 方，第二層澆筑方梁618 方，第三層澆筑方量為650 方。主要施工流程為：墩身預留孔洞施工→牛腿桁片加工→牛腿桁片吊裝插入預留孔→穿入對拉螺桿，施加預拉力→安裝托架橫向聯(lián)系→托架預壓→安裝分配梁、模板→綁扎鋼筋→澆筑混凝土→混凝土養(yǎng)生等強→張拉預應力鋼筋→管道壓漿→拆模、拆除托架。

3 下弦0#塊施工支架設計

下弦0#塊托架主要由三角牛腿、支承鋼管、縱、橫分配梁組成。三角牛腿的橫桿采用2I45a，豎桿和斜撐采用2I28a組成的箱型截面。三角牛腿上為2I45a 的橫向分配梁，橫向分配梁上為I20a 縱向分配梁，縱向分配梁上為φ48 鋼管支架。

縱系梁、橫系梁托架主要由三角牛腿、支承鋼管、縱、橫分配梁組成。三角牛腿的橫桿采用 2I63a，斜桿，豎桿和斜撐采用 2I32a 組成的箱型截面，平聯(lián)和剪刀撐采用 2I32a。三角牛腿上為 2I63a 的橫向分配梁，橫向分配梁上為 I25a 縱向分配梁，縱向分配梁上為φ48 鋼管支架。其中縱系梁托架在橫桿位置處采用4 根φ32 精軋螺紋鋼與下弦0#塊牛腿橫桿進行對拉錨固，牛腿下支點采用鋼棒作為支撐。

橫系梁托架在橫桿位置處梁采用4 根φ32 精軋螺紋鋼錨固在墩身上，牛腿下支點采用鋼棒作為支撐。支架總體布置圖下圖所示。

圖3 托架總平面布置示意圖（單位：cm）

圖4 順橋向下弦0#塊及系梁施工立面示意圖（單位：cm）

圖5 橫橋向下弦0#塊及系梁施工立面示意圖（單位：cm）

4 托架結構驗算

4.1 基本計算參數(shù)

材料參數(shù)：

（1）支架鋼材為 Q235 材質。根據《公路鋼結構橋梁設計規(guī)范》（JTG D64-2015）3．2．1，Q235 鋼材強度設計值如下表所示。

表1 鋼材強度設計值

（2）精軋螺紋鋼：根據托架設計圖紙，桁架上弦桿對拉螺紋鋼直徑φ32mm，屈服強度830Mpa。單根螺 紋鋼公稱面積804．2mm2，抗拉設計強度fpd 取 690Mpa，單根螺紋鋼預緊力15t。

（3）墩身混凝土采用 C45 標號。根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG3362-2018）3．1．4，C45 軸心抗壓強度設計值 fcd 取 20．5Mpa，軸心抗拉強度設計值 ftd 取1．74Mpa。

4.2 計算荷載

計算中考慮的各種荷載如下：

（1）鋼材自重：支架鋼結構密度取 7850kg/m3，由軟件自動添加。

（2）混凝土結構自重：鋼筋混凝土容重取 26kN/m3，下弦0 號塊分三層澆筑，分層高度 3．5m+3．5m+2．5m?？紤]混凝土分層硬化承載，計算時對全截面荷載乘以折減系數(shù)。

建立系梁、下弦 0 號塊實體模型，經過計算，澆筑過程混凝土下緣拉應力均小于抗拉。

設計強度。對實體模型分層澆筑施工階段的 2 層、3 層荷載分別提取特征點變形（特征點取桁架片弦桿與最遠端主橫梁交點位置），再通過提取托架模型全截面混凝土荷載作用下的對應特征點變形，換算得到荷載折減系數(shù)。經過計算，混凝土荷載計算取 0．5[1]。

（3）模板自重：偏安全取3KPa。

（4）施工人員及機具荷載：2．5KPa。

（5）混凝土振搗對底模產生的荷載：2KPa。

（6）風荷載：根據《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTJ/T 3360-01-2018）附表 A，1/20 基本風速取 22m/s，對應風壓 0．3kPa。根據《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTJ/T 3360-01-2018）4．2．4 及 4．2．6，托架高度處設計基準風速計算如下。

Ud=KfKtKhU10

式中：Ud——設計基準風速（m/s）；

U10——基本風速；1/20 設計風速取 22m/s；

fk——抗風風險系數(shù)，根據表 4．2．6-1，取 1．0；

k——地形條件系數(shù)，取 1．0；

hk——風速高度修正系數(shù)，基準高度 Z 為 182．4m，根據表 4．2．6-2，kh 取 1．58；

根據《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTJ/T 3360-01-2018）5．3．1，結構風荷載按下式計算。

式中：Fg——作用于結構單位長度上的靜陣風荷載（N/m）；

——空氣密度（kg/m3），取 1．25；

Ug——靜陣風風速，根據規(guī)范 5．2．1，B 類別地表，靜陣風系數(shù)取 1．35；

CH——結構阻力系數(shù)；經計算，2I45a、[]28a 的風阻系數(shù)均為 2．0，首節(jié)模板

風阻系數(shù)為 1．9；

D——結構的投影高度（m），2I45a、28a、首節(jié)模板投影高度（m）分別取 0．45、0．28、3．5；

4.3 荷載組合

支架強度分析荷載組合：

1．2×支架自重＋1．2×模板自重+1．2×1．05×混凝土荷載+1．4×（人群機具荷載+振搗混凝土荷載+1．1 風荷載）。

5 托架結構驗算

采用 Midas Civil 結構有限元軟件對托架進行建模計算。桿件均采用梁單元建模，小鋼管支架在上文采用手算計算，模型中僅作為自重荷載及傳遞豎向荷載作用?；炷梁奢d、模板自重、施工荷載均以面荷載形式施加，風荷載以均布荷載形式施加[2]。上述所有荷載在模型中施加標準值，并按照上文所述考慮分項系數(shù)?；炷梁奢d加載時，根據不同截面荷載分布分別施加。混凝土荷載施加全高截面荷載標準值，并根據上文考慮荷載折減系數(shù)和分項系數(shù)。對結構主要荷載—混凝土全截面荷載標準值的加載如下所示。

圖6 下弦0#塊托架模型

托架強度、托架變形經過 Midas Civil 結構有限元軟件對托架進行建模分析得出最終結果：組合應力、壓桿穩(wěn)定應力按 180Mpa 控制，剪切應力按 105Mpa 控制，變形按 L/400 控制，計算結果匯總如下表所示。

表2 結果匯總表

6 支架預壓

6.1 支架預壓的目的

(1)驗證支架的可靠性。

(2)消除支架的非彈性變形。

(3)測定支架在不同荷載條件下的實際變形，為下弦0#塊處聯(lián)系梁施工線形控制提供可靠依據。

6.2 支架預壓流程

6.3 支架預壓原理

前期施工承臺過程中預埋反力裝置，托架安裝完成后，在系梁及0#塊處墩側托架上設置千斤頂壓力架，同時利用鋼絞線連接承臺上的反力裝置和千斤頂，然后用千斤頂對托架進行分級模擬施壓，以得到支架變形的各類技術參數(shù)，指導托架施工。

圖7 支架荷載試驗示意圖

6.4 預壓施工、變形監(jiān)測、預拱度設置

橫系梁托架單側兩個支架同時加載，即4 個千斤頂頂同時加載。縱系梁托架和0#塊托架，單墩4 個托架同時加載，即6 個千斤頂同時加載。加載前測量各觀測點壓載前的標高H1，然后分級加載（荷載等級分別為0%G、、50%G、75%G、100%G、120%G）根據油頂校驗曲線觀測每段油表數(shù)，每級荷載施加到位后，持荷2h，荷載施加至120%G 后，持荷載24h。在加載期間，測出各級加載重量后各沉降控制點標高H2，然后卸載，完畢后再測量一次各點標高H3。

根據測出的各控制點各階段的標高，計算系梁支架系統(tǒng)彈性變化值及非彈性變形值：

彈性變形值f1=H3-H2，非彈性變形值f2=H1-H3

各支架施工控制標高由設計標高H0 及預拱度組成，其中預拱度值與下列幾項有關：

f1—支架彈性變形值

f2—支架非彈性變形值

f3—階段張拉后的預拱度值

f4—各懸澆階段的自重引起的下?lián)现?/p>

最后確定支架模板系統(tǒng)施工控制標高為：

H=H0+f1+f2-f3+f4

支架在卸載后重新調整模板標高時，由于非彈性變形已經消除，因此控制標高：

H=H0+f1-f3+f4

7 結語

由于托架采用精軋螺紋鋼的方式和墩身進行錨固，而非常規(guī)設計（墩身上預埋鋼板然后焊接牛腿），大大節(jié)約托架安裝時間，牛腿托架設計20 個，前后安裝用時5 天，下弦0#塊及墩間系梁從2019年8月20日開始施工到10月20日完成，前后用時60 天，過程中順利，下弦0#塊施工完成證明了此次托架設計合理，荷載試驗方式可行，值得后期推廣。