[工作精品论文]浅谈预应力混凝土连续梁悬臂浇筑起步段现浇支架设计方法

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集浅谈预应力混凝土连续梁悬臂浇筑起步段现浇支架设计方法冯启亚（中交四航局二公司贵广铁路项目部广东佛山528216）摘要悬臂浇筑施工方法（亦称挂篮施工方法）广泛应用于大跨径预应力混凝土连续梁的施工。在浇筑的起步段施工中，需对现浇支架进行结构设计。根据不同的施工作业高度，现浇支架可分为落地支架和高空扇形托架等形式。本文结合北江特大桥西引桥双线主跨280M连续梁实际工况，对现浇支架的设计、检算和施工技术进行了具体介绍，以期为以后类似工程的施工提供有益参考。关键词悬臂浇筑起步段落地支架高空扇形托架方案比选设计1工程概况本工程为贵广铁路北江特大桥（48280442）预应力混凝土连续梁，边支座中心至梁端065M，主梁全长2535M。主梁采用单箱单室变高度箱型截面，跨中及边支点处梁高38M，中支点处梁高64M，梁底按圆曲线变化。墩身高度高达18M。箱梁顶宽122M，顶板厚034M，中支点及边支点处局部顶板厚069M；箱梁底宽64M，底板厚度05M1M；箱梁采用直腹板，腹板05M10M。箱梁共设7道横隔板，边支点横隔板厚14M，中支点横隔板厚25M，中跨中横隔板厚10M，各横隔板均设进人孔。箱梁共分68个梁段，中支点0梁段长8M，合拢段长2M，4865侧边孔直线梁段长765M，4486侧边孔直线梁段长585M，一般梁段长为3M，35M和4M三种，悬浇梁段最重1538KN。施工时0块和1块采用托架的形式进行现场浇注，其中0块梁长8M，1块梁长3M，其余梁段采用悬臂浇注形式。箱梁0节段断面构造图如图11。图11箱梁0节段横断面构造图2现浇支架21支架形式的选择本工程的0块长度仅为8M,而拼装两侧的主桁架至少需要13M的长度，因此1块段也采用支架现浇施工，方能向拼装挂篮提供足够的作业空间。作者简介冯启亚198311，男，海南琼海人，助理工程师，从事土木行业工作。337中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集本连续梁主墩的最大高度高达18M，施工作业高度较高，若采用落地钢管支架，钢管的稳定性相对较差，尤其是用于支撑1块段的钢管立柱。该立柱布置在承台之外的地面上，其下部尚需进行地基处理方能满足较大的地基承载力要求。整个落地支架体系材料用量也较大，施工成本较高。高空扇形托架具有拆装方便、材料用量较少、施工成本较低等优点，因此，本工程的支架摒弃落地钢管支架方案而采用相对经济，附着于墩身的高空扇形托架。22支架的设计起步段采用在桥墩上预埋托架支撑，托架采用I45A和I56A型钢，托架以上依次为I25A型钢,4835MM钢管支架及模板系统，如图21。选用钢管支架主要是为了方便落梁和支架体系的拆除。翼缘板部分，在横向I25A分配梁上搭设8型钢支架，其上布设12CM12CM方木，支架横向间距91CM，纵向间距为30CM，竖向间距为476100CM，为增强支架的整体稳定性，纵桥向和横桥向均设置剪刀撑。图21托架构造图23荷载分析设计荷载见表231。箱梁自重根据各部分面积分段计算。表231设计荷载值设计荷载荷载取值支架及模板系统自重15KN/M2，支架自重按材料重度计施工人员及机具荷载25KN/M2倾倒混凝土时产生的竖向荷载20KN/M2振捣混凝土时产生的荷载20KN/M2风荷载W1060KN/M2，W2189KN/M2注风荷载风压采用式231计算WK1K2K3K4W0（231）338中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集上式中W0基本风压值PA，W0V2/16；K1风载体形系数，取12；K2风压高度变化系数，20M取112；K3地形、地理条件系数，峡口谷、山谷取12；K4阵风风速取138；取工作风速V10207M/S，则据（231）式有风荷载W060KN/M2。非工作风速为V10369M/S，风荷载W189KN/M2。24荷载组合（1）箱梁、模板系统、支架等自重，分项系数12；92施工人员及机具、倾倒混凝土与振捣混凝土等施工荷载，分项系数14；因此，杆件强度荷载组合12混凝土自重12支架与模板系统自重14（施工人员及机具倾倒混凝土振捣混凝土等施工荷载）风荷载。本起始段托架分两种工况进行分析检算。工况一0块混凝土自重托架系统与模板系统自重施工人员及机具倾倒混凝土振捣混凝土等施工荷载风荷载。荷载分项系数按A、B两点选取。工况二0块完成预应力施工后，使支撑0块的钢管支架脱离0块混凝土面，释放托架这个区域的混凝土自重荷载。荷载组合为1块混凝土自重托架系统与模板系统自重施工人员及机具倾倒混凝土振捣混凝土等施工荷载风荷载。荷载分项系数按A、B两点选取。托架挠度荷载组合选用静载标准值之和，即，混凝土自重支架与模板系统自重。与强度组合一样考虑浇筑0块段和浇筑1块段两种工况。25支架杆件的内力分析扇形托架属于空间超静定结构，常用计算方法主要有传统的手算方法和有限元分析方法。传统的手算方法是把空间超静定结构简化成平面结构进行分析计算。规则的连续梁内力分析可直接查有关工具书，对于多次超静定且不规则的连续梁内力分析通常采用力矩分配渐近法较为便捷。但对于复杂结构，手算过程毕竟过于繁琐。目前，较为复杂的空间结构分析通常采用大型有限元分析软件进行。本工程起步段托架设计计算采用计算机电算和手算相结合的方式，电算程序采用MIDAS专业结构设计软件。251翼缘板模板支架8型钢截面积A1024MM2，抗弯模量W253MM3，回转半径R3145MM，每延米质量804KG。翼缘支架计算荷载见表2511。表2511设计荷载值设计荷载荷载取值支架及模板系统自重15KN/M2，支架自重按材料重度计施工人员及机具荷载25KN/M2倾倒混凝土时产生的竖向荷载20KN/M2339中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集振捣混凝土时产生的荷载20KN/M2注倾倒荷载和振捣荷载不同时组合。支架承受最大荷载为最靠近桥墩处一排支架，计算荷载见表2512。表2512计算荷载人群机具及混凝土施工动力荷载Q0最大值Q1最小值Q2336KN/M556KN/M967KN/M计算模型如图2511所示。图2511计算模型计算结果图2512弯曲应力计算结果（MAX357MPA）图2513反力计算结果（FMAX296KN）357189MPAMPA，满足要求。252分配梁340中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集钢管支架下设I25分配梁，分配梁沿桥梁纵向间距为30CM。分配梁截面面积A485102MM2，抗弯模量W4016103MM3，回转半径R1017MM，每延米质量3807KG。所受荷载最大的分配梁位于靠近桥墩处，计算荷载结果见表252。表252计算荷载人群机具及混凝土施工动力荷载Q0腹板荷载F1顶板荷载F2底板荷载F3倒角荷载F4336KN/M204KN/M67KN/M81KN/M166KN/M对分配梁计算建模如下图2521所示。图2521计算模型计算结果图2522弯曲应力计算结果（MAX195MPA）341中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集图2523剪应力计算结果（MAX218MPA）图2524变形计算结果（FMAX028MM）图2525反力计算结果（单位NMAX648KN）从图中可以看出，弯曲应力最大值为195MPA189MPA，剪应力最大值为342中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集218MPA110MPA，最大位移为029MM21M/400525MM。满足要求。253托架受力检算托架主梁采用I56型钢，斜撑采用I45型钢，横桥向共布置6排，间距为107M127M21M127M107M，根据分配梁计算结果，作用在托架主梁上的最大集中力为648KN，出现在第二排托架处，对此排托架进行验算，计算模型及计算结果如图25312535所示。图2531计算模型图2532剪应力计算结果（MAX1567MPA）图2533剪应力计算结果（MAX645MPA）343中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集图2534变形计算结果（FMAX115MM）图2535反力计算结果（单位NMAX11461KN）可以看出，托架弯曲应力最大值出现在主梁上，为1567189MPAMPA剪应力最大值出现在斜撑上，为645110MPAMPA，满足要求。主梁悬臂端挠度最大，为115MM6M/40015MM。现场需根据预压结果设置预拱度，预拱度值为最大挠度值加上每个接点的压缩量，每个接点压缩量按照1MM计算。254托架的稳定性托架稳定性计算荷载考虑箱梁自重及支架自重。每排托架最外侧斜撑为受力最不利构件，根据规范3，稳定性计算公式为ACRN式中构件的轴向力，计算得N9459KN；NA构件的横截面面积，I45型钢截面面积为10200MM2轴心受压构件稳定系数,根据构件长细比和钢材屈服强度查表得到，并取弱轴进行计算。I45型钢绕强轴和弱轴的回旋半径分别为17768,2895,XYIMMIM为了增强托架的整体稳定性，在每相邻两排托架间设置一道剪力撑，此时，构件长度可减少一半，为3M，查表得0536从而得到构件临界应力29459173189053610200CRNKNMPAMPAAMM满足要求。255墩身预埋件（1）预埋件1预埋件1构造图如图2551所示。344中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集图2551预埋件1构造图1）预埋件焊缝抗剪验算预埋件1采用2CM厚钢板和12根直径为32MM的螺纹钢，型钢与预埋件钢板处受到的竖向剪力为11461KN，水平力为8849KN（方向为指向预埋件，可不进行螺纹钢埋置长度验算），连接处焊缝受力面积为12400MM2考虑最不利情况，即只考虑腹板焊接，焊缝宽度为10MM，剪应力21146192416012400KNMPAMPAMM，满足要求。2）螺纹钢抗剪验算单根螺纹钢所受剪力为11461/15754KN，则剪应力24754126728013324KNMPAMPAMM满足要求。（2）预埋件2验算预埋件2构造图如图2552所示。图2552预埋件2构造图1）预埋件焊缝抗剪验算预埋件2采用2CM厚钢板和9根直径为25MM的螺纹钢，型钢与预埋件钢板连接处受到345中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集的竖向剪力为1499KN，水平力为8849KN，连接处焊缝受力面积为9000MM2（考虑最不利情况，即只考虑腹板焊接，焊缝宽度为10MM），剪应力214991681609000KNMPAMPAMM，满足要求。MPAMPAMM21951602213989009KN8842满足要求。2）螺纹钢验算单根螺纹钢所受剪力为1499/9167KN，则剪应力MPAMPAMMKN3006273241371642满足要求。单根螺纹钢所受轴力为8849KN/9983KN,则拉应力MPAMPAMMKN300312232413982满足要求。3）螺纹钢长度计算YATFLDF其中受拉钢筋的锚固长度；AL钢筋的外形系数，螺纹钢取014；YF普通钢筋的抗拉设计强度，HRB335钢材取300MPA；TF混凝土轴心抗拉设计强度，混凝土等级高于C40时按C40取171MPA；钢筋公称直径，取32MM。D则MLA7800320711300140，取锚筋的锚固