周曼玲，王常峰，舒 康

（煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 2 64005）

連續(xù)梁橋0#塊鋼管立柱托架設(shè)計(jì)

周曼玲，王常峰，舒 康

（煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 2 64005）

托架和鋼管立柱是橋梁0#塊施工中常用的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，結(jié)合某橋梁的0#塊施工實(shí)際，設(shè)計(jì)了將托架與鋼管立柱相結(jié)合的臨時(shí)結(jié)構(gòu)方案，并建立有限元整體模型分析其受力情況，分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)可以滿足施工要求。分析發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)明顯，能夠很好地解決一些特殊的施工要求，擁有很廣泛的使用前景。

0#塊；鋼管立柱托架；施工方案；設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸澆施工方案的廣泛使用，0#塊的澆筑成為橋梁上部結(jié)構(gòu)施工的基礎(chǔ)與關(guān)鍵[1-8]。當(dāng)今最常用的0#塊施工方案有鋼管立柱支架體系、滿堂支架體系和托架體系，但是任何一種施工方案均有其適用范圍，每種施工方案的選擇也需要綜合考慮安全及成本問(wèn)題。于是當(dāng)受到施工環(huán)境限制，不易采用簡(jiǎn)單的滿堂支架和鋼管立柱支架的施工方案，而單純的托架體系也難以勝任時(shí)，這就需要思考選用一種新的支架形式來(lái)完成施工。本文結(jié)合河山店跨同三高速72 m+128 m+ 72 m連續(xù)梁橋的工程實(shí)際，介紹了鋼管立柱支架的設(shè)計(jì)，并分析了該支架結(jié)構(gòu)的使用前景。

1 工程概況

河山店跨同三高速特大橋全長(zhǎng)273.7 m，計(jì)算跨度72 m+128 m+72 m梁底按二次拋物線變化。梁體為單箱單室、直腹板、變高度變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.8 m，箱梁底寬7.0 m。0#塊節(jié)段長(zhǎng)18.0 m，截面中支點(diǎn)梁高9.6 m，節(jié)段體積826.95，節(jié)段全重2150.07 t，采用懸澆施工。

橋墩頂部墊石到墩邊距離不能滿足臨時(shí)固結(jié)支座的澆筑，需在橋墩順橋梁兩側(cè)支起臨時(shí)支座墩。0#塊的重量與跨度都比較大，對(duì)臨時(shí)支架的選擇非常的嚴(yán)格，在橋墩上設(shè)置托架很難勝任0#塊的澆筑，而墩臺(tái)上剩余空間不能合理的搭設(shè)鋼管立柱支架及碗扣支架，于是選擇在臨時(shí)支座墩上設(shè)置托架的臨時(shí)結(jié)構(gòu)施工方案。

2 鋼管立柱托架設(shè)計(jì)

0#塊臨時(shí)結(jié)構(gòu)采用鋼管柱加托架，主受力結(jié)構(gòu)為1 200 mm×15 mm鋼管立柱（填充C55微膨脹混凝土），托架焊接在鋼管柱上，鋼管柱距墩中心距為5.9 m。托架距截面中心線的距離為2.9 m?？v向分配工字鋼采用I12.6a，底板下布8跟，間距為0.6 m，對(duì)稱布置；每側(cè)腹板下布置4根，間距0.3 m；翼緣板下布置3根，最內(nèi)側(cè)工字鋼與腹板下工字鋼間距0.9 m，翼緣板下工字鋼之間間距為1.2 m。主受力橫梁采用I45a，布置間距為0.8 m，鋼管柱兩側(cè)的間距為1.35 m，托架水平桿與斜桿均采用2I45b，見(jiàn)圖1。

圖1 鋼管立柱托架結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

3 鋼管立柱托架驗(yàn)算

0#塊混凝土一次性澆筑完成，計(jì)算時(shí)混凝土重量按完全澆筑后支架承載的荷載驗(yàn)算。

施工活載考慮如下因素：（1）施工人員、施工料具、運(yùn)輸荷載，按2.0計(jì)；（2）水平模板的混凝土振搗荷載，按2.0計(jì)；（3）傾倒混凝土沖擊荷載，按2.0計(jì)。計(jì)算采用ANSYS軟件進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)截面特點(diǎn)，采用梁?jiǎn)卧奢d計(jì)算，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，荷載組合系數(shù)均取1.0。

3.1 縱向分配工字鋼荷載分析

腹板及底板下縱向分配工字鋼布置間距均為0.3 m，翼緣板下縱向工字鋼間距按1.2 m計(jì)算，每根工字鋼平均承擔(dān)其范圍內(nèi)梁體自重（縱向）及活載和模板等重。其中活載及模板荷載范圍按照腹板下1.1m，底板下4.2m翼緣板板下2.9m。則各位置的縱向分配工字鋼承擔(dān)的線荷載情況見(jiàn)表1。

表1 縱向分配工字鋼承擔(dān)的線荷載

計(jì)算時(shí)可將縱向分配工字鋼簡(jiǎn)化為三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，縱向分配工字鋼（I12.6a）的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果顯示縱向分配工字鋼的最大應(yīng)力、最大剪力及剛度均滿足規(guī)范要求。

表2 縱向分配工字鋼計(jì)算結(jié)果

橫向工字鋼最外側(cè)受到的傳遞荷載主要是施工活載，安全起見(jiàn)，傳遞荷載按翼緣板下分配工字鋼的一半取值，根據(jù)比例計(jì)算得，橫向工字鋼最外側(cè)受到的傳遞荷載為14.84 kN。

3.2 托架檢算

采用ANSYS有限元軟件建立托架的整體模型計(jì)算，見(jiàn)圖2。

3.3 托架模型計(jì)算結(jié)果

圖2 托架整體計(jì)算圖

托架整體模型計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

由托架整體模型計(jì)算結(jié)果可知：托架最大豎向位移為5.355 mm，小于允許值3 500/400=8.75 mm，剛度滿足要求；托架整體模型最大拉應(yīng)力為155.40 MPa，最大壓應(yīng)力為1 60.41 MPa小于允許應(yīng)力1.3[σ]=188.5 MPa（臨時(shí)結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力可以擴(kuò)大1.3倍）。由以上結(jié)果可知，托架整體強(qiáng)度滿足要求。

根據(jù)計(jì)算可知，設(shè)計(jì)的托架可以承受0#塊澆筑時(shí)的施工荷載。臨時(shí)支座墩不僅要支撐托架，承受托架的傳遞荷載，同時(shí)還要承擔(dān)整座橋梁施工時(shí)的荷載變化以及因節(jié)段澆注差、掛籃移動(dòng)不同步、梁體自重不均勻、風(fēng)荷載、掛籃空載墜落等帶來(lái)的不平衡力矩。這就要求鋼管立柱與橋墩以及鋼管立柱與鋼管立柱之間擁有可靠的連接來(lái)增加穩(wěn)定性，即鋼管立柱需同時(shí)滿足承載力與穩(wěn)定性要求。

4 使用前景

河山店跨同三高速連續(xù)梁橋的臨時(shí)結(jié)構(gòu)方案充分的利用了鋼管立柱臨時(shí)支座墩，不需要另設(shè)立新的臨時(shí)結(jié)構(gòu)支撐體系，降低了施工成本；同時(shí)選擇橋墩外的支撐體系使0#塊懸臂長(zhǎng)度減小，降低了臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。

鋼管立柱托架體系結(jié)合了剛管立柱與托架的共同特點(diǎn)，能夠在減少支撐體系的情況下擴(kuò)大體系的承載范圍。這種臨時(shí)結(jié)構(gòu)形式不僅適用于0#塊的施工階段，在受施工環(huán)境限制（需要跨越既有線路、河道以及管線等），需要有較大臨時(shí)支撐跨度的施工中也能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。采用鋼管立柱托架的臨時(shí)結(jié)構(gòu)體系，在不破壞原有線路的情況下，可以有效的降低托架上方臨時(shí)結(jié)構(gòu)的作用力，有利于結(jié)構(gòu)材料的選擇，增大了臨時(shí)結(jié)構(gòu)的使用跨度的同時(shí)降低了設(shè)計(jì)的難度，見(jiàn)圖4。值得注意的是，因?yàn)橹蔚目缍容^大工況復(fù)雜、施工荷載也比較大，這就對(duì)鋼管立柱托架的承載力與穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用較大的鋼管立柱和必要的橫向連接，以滿足臨時(shí)結(jié)構(gòu)的承載力與整體穩(wěn)定性要求。

圖3 托架整體模型計(jì)算結(jié)果

圖4 鋼管立柱托架跨線示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

筆者以河山店跨同三高速72 m+128 m+72 m連續(xù)梁橋0#塊臨時(shí)結(jié)構(gòu)為例，介紹了鋼管立柱托架的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)計(jì)算確定了該結(jié)構(gòu)能夠滿足0#塊的施工要求。文章還分析了鋼管立柱托架結(jié)構(gòu)的適用范圍及需要注意的問(wèn)題。具體表現(xiàn)如下：

（1）采用鋼管立柱作為臨時(shí)支座墩的橋梁，在進(jìn)行0#塊施工時(shí)可選擇在鋼管立柱上焊接托架的臨時(shí)結(jié)構(gòu)方案，這樣不僅可以發(fā)揮托架構(gòu)件輕巧、受力明確、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，也能夠充分利用已有支撐體系，降低施工成本。

（2）受施工環(huán)境限制，需要采用較大跨度的臨時(shí)結(jié)構(gòu)施工方案時(shí)，采用鋼管立柱托架能夠有效的降低托架上方臨時(shí)結(jié)構(gòu)的作用力，有利于結(jié)構(gòu)材料的選擇，增大結(jié)構(gòu)的使用跨度的同時(shí)降低了設(shè)計(jì)的難度，使用前景非常廣泛。

（3）采用鋼管立柱托架時(shí)，需要非常注重結(jié)構(gòu)的承載力及穩(wěn)定性。建議選擇較大的支撐體系并且采用適當(dāng)?shù)臋M向連接，以增加結(jié)構(gòu)的局部及整體穩(wěn)定性。

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U448.21

B

1009-7716（2017）01-0071-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.020

2016-11-02

周曼玲（1991-），女，山東濰坊人，在讀研究生，從事橋梁與隧道工程研究工作。