刘宝忠

中交第一公路工程局有限公司 100024

双抱箍配倒三角型支架施工高墩独柱大悬臂PC盖梁

刘宝忠

中交第一公路工程局有限公司 100024

本文介绍了一种双抱箍配倒三角型支架施工桥梁高墩独柱大悬臂PC盖梁的施工方案的制订、结构设计计算及实用效果，对类似桥梁结构的施工具有参考意义。

抱箍；支架；高墩；独柱；盖梁；施工

引言

K147+300丹江特大桥是西(安)合(肥)西部大通道陕西境商州至陕豫界高速公路丹界段第DJN1标段的主体工程，该桥处于陕西省丹凤县县城东南侧的丹江河道内，全长1190.5m，全宽33.5m，半幅净宽度16.5m。其中18#～32#墩位于平曲线超高段上，最大横坡为6%，下部构造为直径3.40m空心薄壁墩独柱上设大悬臂预应力砼（PC）盖梁，墩柱最高达到41米，盖梁宽度15.2m（其中悬臂宽度5.9m），最大盖梁是18#墩（30m、40m跨过渡墩），体积达112m3。其余盖梁体积为103m3。其下河床表面为松动砂卵石。具有“高墩”、“独柱”、“大悬臂”三大特点，施工难度很大。

图1 丹江特大桥18#～33#盖梁示意图

1 施工方案的确定

1.1 施工方案的拟订

根据施工经验及自身施工能力，共提出如下三个施工方案：

第一方案：落地支架施工方案

第二方案：剪力销支架施工方案

第三方案：抱箍支架施工方案

1.2 三种方案比较

第一方案结构简单，技术难度最小，但只适用于高度较小的盖梁施工，因本桥高度大，同时大部分为水中作业，若采用第一方案，其安全性和经济性均较差。第二方案集中受力的力学缺点使其无法直接应用于大直径薄壁墩，若对受力位置采取措施进行加强则会导致投资增大，使该方案变得不经济。第三方案虽然需要较高的安全系数，但可以通过在力学分析的基础上提高施工精度并采用一定的技术手段来予以保障。经综合比较，决定采用第三种方案。

2 抱箍支架设计及力学计算

根据本桥盖梁“大悬臂”、“大体积”的难点，设计出一种“双抱箍配倒三角型支架”的方案，三维示意图（图2）及实体图（图3）。

2.1 抱箍支架设计

2.1.1 抱箍受力面板采用20mm厚钢板，宽度105cm。每个抱箍依靠32个M30高强螺栓连接。

2.1.2 盖梁支架为全钢结构。支架高6.5m，上弦杆采用56b工字钢，弦杆长15.227m（考虑了6%单向横坡）；斜杆采用350×175的H型钢，由于横坡影响，两侧斜杆分别长8.6721m和9.7791m；其它各连接杆件为对抱焊接的14槽钢。盖梁支架与抱箍之间用高强螺栓连接。

2.1.3 盖梁支架上的横担用350×175的H型钢，间距1.5m。

图2 抱箍支架三维设计图

图3 抱箍支架实体图

2.2 荷载分析

2.2.1 荷载数据：

按最不利工况考虑：103m3混凝土、盖梁钢筋、模板的荷载全部作用在盖梁支架及抱箍上。实际上墩柱之上的盖梁混凝土和盖梁钢筋重量大部分被墩柱本身承受。

配套设施：1t

砼重：103×2.4=247t钢筋重：5t

模板及支架重：5t

合计：258t。验算荷载按照300t计算。荷载安全系数为300/258=1.16

2.2.2 验算重点：

①抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求；

②盖梁支架的强度及空间稳定性。

2.3 抱箍与墩柱之间的静摩擦力验算

根据抱箍的结构形式，螺栓总数为32个，若每个M30螺栓预紧力取300kN（参考《桥梁施工常用数据手册》522页，人民交通出版社出版），则抱箍与墩柱间的总压力为N＝32×300=9600kN。钢板加橡胶垫后与混凝土间的摩擦系数为0.3～0.4，取f＝0.4，则一个抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为

F＝f×N＝9600×0.4＝3840kN (384t)

根据上面的结构形式,两个抱箍共同承受300t的荷载（竖直压力）,每个抱箍平均承受150t,抱箍安全系数为:384/150=2.56

荷载安全系数为：300/258=1.16

在最不利工况下抱箍的综合安全系数为：2.56×1.16=2.97

2.4 支架的强度及空间稳定性验算

为确保盖梁支架在施工中的安全，采用大型商用有限元分析软件MIDAS Civil对此结构进行计算。

2.4.1 计算模型

整个盖梁支架采用空间梁单元模拟，受载面内各杆件间连接全部采用刚结处理；受载面外，除保证横担与上弦杆刚结外，其余各杆件连接按铰接处理。按此建立支架系统的结构计算模型。

钢的弹性模量Es=2.1×105MPa，钢密度ρs=7850kg/m3，计算荷载300t。各杆件截面特性参考《桥梁施工常用数据手册》。

2.4.2 计算结果

①工况一：仅自重情况下的变形情况

支架变形计算，最大变形值DMax=3.322 mm

②工况二：全部混凝土加载后且不考虑墩身支撑的工况

静力计算，上弦杆最大应力σMax=112.8 MPa，下弦杆和竖杆最大应力σMax=118.0 MPa，上横担最大应力σMax=131.8 MPa。

稳定计算，第一阶面外失稳，稳定安全系数9.77

③工况三：偏压达到10吨时的工况

静力计算，上弦杆最大应力σMax=50.0MPa，下弦杆和竖杆最大应力σMax=49.6 MPa，上横担最大应力σMax=31.4 MPa。

稳定计算，第一阶面外失稳，稳定安全系数20.95。

2.5 对抱箍支架的试压

试压材料选择了一部分卵石和一部分可流动的水，以利于采取紧急卸载。试压时加载均匀，采用两个吊车分别从两侧加载。经试压，底模支架20小时后最大的下移量2.6cm,最小的下移了1.6cm；两抱箍当加载到200T时下移2mm,后加载到257T时,下移量不变；20小时卸载前，底模支架和两抱箍最终的下沉量没变。

预压监控实施到位，监测结果证明我们的新方案结果是可行的。

2.6 实施效果

方案实施、工人操作熟练后，抱箍支架的组装只需二天,这是其它施工方法很难达到的。本桥总共加工了四套支架，虽然盖梁预应力施工工序多、时间长，但全部32片大悬臂PC盖梁的施工在五个月内完成了,达到了预计的施工效果。

3 结语

“双抱箍配倒三角型支架”方案是对抱箍施工工艺的一种有益扩充。双柱或多柱式桥墩盖梁应用抱箍（或称钢卡箍）式支架解决了满堂支架不能满足水上施工、应用于软弱基础及高墩不经济的问题，而双抱箍配倒三角型支架更能应用于高墩独柱大悬臂盖梁，所需工期短、技术难度低、经济性较好。

[1]杨文渊.路桥施工常用数据手册.人民交通出版社

[2]大型商用有限元分析软件MIDAS Civil

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.16.033

刘宝忠(1965～)，男，大学本科学历，高级工程师，中交一公局（葫芦岛）建兴高速公路投资建设有限公司总工。