悬浇连续梁大尺寸0号块支架设计、施工及受力验算Design, Construction and Stress Checking of Support for Large-size No.0 Block Bracket of
Cantilever Continuous Beam
田礼忠 TIAN Li-zhong
(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co., L td., Beijing 102600, China )
摘要：本文结合铁路桥连续梁大尺寸0号块支架方案设计及施工的工程实践，详细介绍了创造性地在0号块支架方案中使用墩 粗直螺纹钢筋连接技术进行托架与桥墩的联结及采用贝雷桁架作支架承重梁等新技术的运用。
Abstract:Combined with the engineering practice of design and construction of support for large-size No.0 block bracket of railway bridge continuous beam, this paper introduces the use of upsetting straight thread steel bar connection technology for connecting bracket and the pier and the Bailey Truss for bracket bearing beam and other new technologies in No. 0 block bracket scheme.
关键词：大尺寸0号块;托架;墩粗直螺纹钢筋；贝雷桁架;施工技术;受力验算
Key words:large-size No. 0 block bracket; bracket; upsetting straight thread steel bar; Bailey truss; construction technology; stress calculation
中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号：1006-4311(2016)31-0100-03
〇引言
悬浇连续梁0号块为在墩顶现浇段，以往常采用落地 支架、预埋钢板设置牛腿等方案，具有施工工期长、耗费型 钢多、施工投入大及质量控制难度大等种种弊端。且随着 桥梁技术及新材料的发展，连续梁向更大跨度方向迅猛发 展，0号梁段尺寸也相应增大，节段更长，砼数量更大，传 统0号块支撑技术更是在材料尺寸、承载能力及施工成本 方面已不适应桥梁施工的需要，显示其局限性。
本项目创造性地采用了承载能力强、结构简单及施工 简便的贝雷桁架作为支撑的纵、横承重梁。同时巧妙利用 螺纹钢筋直螺纹套筒连接技术，使得预埋件与墩身联接施 工变得简单、快捷及易于控制质量。以上新技术的应用提 高了托架承载能力，节约了施工成本，施工更为简便、快 捷。很好地解决了传统0号块现浇支架存在的问题，具有 良好的推广应用价值。
1工程概况
本桥为连盐铁路跨越河流而设，全桥共设置36个墩 台，孔跨布置为：2x24m简支T型梁+28x32m简支T型 梁+(68+128+68)m预应力砼连续刚构+2x32m简支T型 梁，桥梁全长1281m。
桥梁主跨连续刚构采用变截面单箱单室截面，连续刚 构采用挂篮悬浇施工，在墩顶现浇的0号块长度为18m，梁高10.5m，梁体箱宽为7.5m，桥面宽13.5m。连续刚构两 个0号块设于32号、33号墩上，主墩墩身采用双薄壁墩，两墩高度均为45.5m。
2 0号块支架施工方案
本项目0号块具有悬臂段长、高度大、砼数量多及处 于高墩上等特点。采用落地支架具有成本高、施工难度大 等问题。如采用其它非落地型支架，因悬臂及荷载过大，经 设计验算，虽密集布置大尺寸型钢作承重主梁勉强能够承 受荷载，但施工成本超原预算60%以上。
根据双薄壁墩及0号块结构特点、尺寸大小及荷载分作者简介：田礼忠（1976-)男，山西阳泉人，毕业于石家庄铁道学 院，研究方向为桥梁。布情况。经对多种材料及施工技术进行技术研究、比选、优 化及创新，并进行承载验算及经济考量，最终采用了如下 施工技术方案。
进行双薄壁墩最后一节段砼浇筑时，在桥墩左右两侧 按设计位置精确预埋墩粗螺纹钢及套筒，套筒端头设塑料 保护盖密封，防止水泥浆进入。拆模后，揭开套筒上的保护 盖，将在工厂内制作完成的托架吊升至墩旁，利用高强螺 栓穿过托架钢板上的螺栓孔，拧入预埋的套筒即完成托架 与桥墩的牢固联结。
托架上安放由贝雷桁架组拼成的承重纵梁，承重纵 梁在桥梁左右两侧各设置一组，每组纵梁由单层三片加 强型贝雷桁架构成，长度为18m，承重纵梁紧贴桥墩砼表 面支立。
在承重纵梁上安放5组同样是由贝雷桁架组成的承 重横梁，每组承重横梁由单层2片加强型贝雷桁架构成。承重横梁上的纵向分配梁为I36a工字钢，间距为50cm。横向分配梁上铺设间距为40cm的15cmx15cm方木。
因本项目0号块尺寸大，砼数量多，为了减少支架承 受的荷载，0号块砼分两次浇注，第一次砼浇注高度为5m 左右，待砼强度达到设计强度70%后，安立模板，绑孔钢 筋，进行余下的第二次砼浇筑。
支架结构设置见图1所示。
3施工关键技术
3.1托架
以往通常采取预埋钢板后焊接型钢支架或预埋突出 墩柱砼面的型钢等方案进行托架与桥墩的联结。对于在高 墩上且承受大荷载的托架而言，在墩顶上进行焊接施工的 质量难以控制，存在极大的安全隐患。采用预埋突出墩柱 砼面的型钢时需在模板上预留孔洞，不仅施工操作难度 大，且对模板整体性造成影响。
在本项目中巧妙利用了墩粗直螺纹钢筋套筒连接技 术，轻松地解决了上述问题。
如图2所示，将一端安装了套筒的墩粗直螺纹钢筋按 设计要求的标高及位置预埋在墩身砼内，钢筋在砼内埋置
Value Engineering
• 101 •
S
间距40cm 的15x15cm 方木
/
防护栏杆
s
图1 0号块支架结构纵、横断面图
浇注砼前预埋钢筋及套筒简图浇注砼后连接托架图
图3预埋镦粗直螺纹套筒连接详图
35cm 50cm
图2托架采用预埋镦粗直螺纹套筒连接示意图
长度大于1.5m 。在套筒端部安设塑料保护帽，以防止漏
浆。拆模后用高强螺栓穿过托架钢板上的螺孔拧入套筒即
可将托架与桥墩牢固连接(如图3所示）。具有连接强度高 (墩粗直螺纹钢筋连接接头与钢筋本材等强）、施工简单、 连接质量能够得到保证等优点。采用此方法时，托架可在
钢结构加工棚内制作，并经承载试验合格后方用于现场，
确保了托架施工质量，完全清除了安全隐患。
3.2贝雷桁架纵、横承重梁
托架安装并经检查合格后，在托架上方吊放承重纵
梁，承重纵梁采用雷桁架拼装而成，其构成为加强型单层
三排。承重纵梁长18m ，由6片桁架节段通过插入销子接 长而成。
桁架节段采用汽车运输至桥墩下，汽吊配合人工现场 拼装，两排贝雷桁架通过螺栓联接，再与第三排采用支撑 架连成完整的承重纵梁。
拼装完成的承重纵梁通过塔吊提升至托架上，加设 临时支撑，待墩两侧承重纵梁吊装到位后，沿承重梁纵 向安装7排对拉拉杆，拉杆采用准22圆钢现场制作，拉 紧及联结两条承重梁形成稳固的结构整体。承重纵梁安 装完毕后，在托架上焊接限位钢板，以承重梁产生 纵、横向移动。
承重纵梁上设置7排贝雷桁架承重横梁，其安装位置
见图1所示。其安装、联接及固定方法同承重纵梁。3.3纵向分配梁
承重横梁上的纵向分配梁为I 36a 工字钢，设置间距 为50cm 。箱梁底板处的分配梁上按间距40cm 布设 15cmx 15cm 纵向方木，箱梁底模放置在纵向方木上。翼 缘板处的分配梁上满铺厚4mm 钢板，钢板上搭设翼缘
板施工脚手架。
3.4施工人员操作平台设置承重横梁长18m ，每端悬挑出翼缘板外缘超过2m ，在 其上满铺4mm 厚钢板作为施工人员操作平台，平台外侧 设置高度为1.5m 的防护栏杆，并挂设安全防护网。3.5支架预压托架安装完成，且铺设箱梁底模后，对支架进行堆载
15m
预压处理，一方面检测支架的承载能力及结构稳定性是否 满足施工要求。另一方面消除支架的非弹性变形，同时获 得支架在荷载作用下产生的弹性变形值，为箱梁模板预拱 值的设置及标高调整提供依据。
因0号块分两次浇注，故支架的预压荷载值按第一次 浇筑的砼重考虑，按其60%、90%、120%分级加载及卸载 的方式，堆载位置按箱梁实际砼分布情况进行布设。
采用塔吊吊装砂袋进行堆载预压，在模板及支架上设 置沉降观测点，分级堆载及卸载前后均进行标高量测。堆 载预压完成后对量测所得数据进行整理分析，以指导0号 块底模安装及调整。
4支架结构受力验算
本项目0号块分两浇筑，第一次砼浇筑高度为5m，浇筑的砼数量为218m3。进行第二次砼浇筑时，第一次浇筑 的砼已能承载大部分施工荷载，故第一次砼浇筑时支架承 受的荷载为最大，此工况下的结构受力验算如下。
4.1荷载取值
静载为0号块结构本身的钢筋砼自重、托架及模板等 荷载。活载为砼浇筑、振捣时产生的施工荷载，本项目静 载、活载取值如下：
① 砼的容重按26.5kN/m3；
② 砼泵送入模产生的冲击荷载按4.0kN/m2；
③ 砼振捣产生的冲击荷载按1.5kN/m2；
④ 模板、托架及支架自重荷载:2.0kN/m2；
⑤ 人员及机具对托架产生的堆放荷载:2.5kN/m2。
4.2结构受力验算
4.2.1方木验算
分配梁上方木的设置间距为0.4m，承受最不利荷载 为位于腹板（腹板处第一次砼浇注高度为5m)下的方木。简化成受线性均布荷载的三等跨（跨度为分配梁间距 50cm)连续梁进行承载验算。
方木（松）力学参数:W=bh2/6=0.15x0.152/6=5.63x l0-m3; I=bh3/12=0.15x0.153/12=4.22x l0-5m4;E=9.0x l03MPa;[〇■',]= 9.5MPa;M=1.7MPa。
其承受的均布线性荷载q=(26.5x5+4 + 1.5+2+2.5)x 0.4=57.0kN/m。
方木最大弯矩:M,lm=0.1qL2=0.1x57x0.52=1.43kN•m。
弯拉应力：a=M,…JW=1.43x l03/(5.63x10“）=2.54MPa< 9.5MPa。
方木最大剪力：Q,l i a i=0.6xqL=0.6x57x0.5=17.1kN。
剪应力：T=Q,im/A=17.1x l03/(0.15x0.15 )=0.76MPa约1.7MPa。
方木挠度：f=0.677xqL4/100EI=0.677x(57x l03x0.54)/ (100x9x l03x l06x4.22x l0-5)=0.10mm 4.2.2分配梁I36a工字钢承载验算 分配梁采用I36a工字钢，间距50cm。其力学参数:A= 76.3cm2；W=875cm3；I=15760cm4；E=2.1x10"Pa。 经对支架结构进行分析可得，安设在薄壁墩外侧并位 于腹板下的分配梁不仅承受的荷载值为最大，同时其跨度 (3.9m)也为最大，故对其进行承载验算即可。 分配梁按受线性均布荷载的简支梁进行承载验算，砼荷载按0号块最大横断面尺寸取值。其承受的均布线性荷 载 q=( 26.5x5+4+1.5+2+2.5 )x0.5=71.25kN/m。 M m a x=ql2/8=71.25 x3.92/8=135.46kN•m。 滓=M/W=135.46 x l03(875 x l0 =154.81MPa<[〇■',]= 180MPa。 Q,m L、=ql/2=71.25x3.9/2=138.94kN。 T=Q/A=138.94x l03/(76.3x10"*)=18.21MPa<[T]=100MPa。 f,im=5 xqL4/384EI=5 x71.25 x103x3.94/(384 x2.1 x10" x 15760x l0-i)=6.48mm<3900/400=9.75mm。 故强度、刚度均满足要求。 4.2.3贝雷桁架横向承重梁受力验算 单组承重横梁由单层双排加强型贝雷桁架组装而成， 查相关资料得其允许弯矩[M]为1687.5kN，m。 单组承重纵梁由单层三排加强型贝雷桁架组装而成， 查相关资料得其允许弯矩[M]为2404.74kN，m。 采用清华大学的力学分析软件对承重横梁、承重纵梁 进行了力学分析及验算。 紧贴桥墩外侧的承重横梁承受最大弯矩，其值为 M,麗=968.38kN.m<[M]=1687.5kN.m。 单组承重纵梁承受最大弯矩值为M_=2297.17kN*m< [M]=2404.7kN.m。 贝雷桁架承重横梁、承重纵梁满足受力要求。 4.2.4托架与桥墩连接处受力验算 因贝雷桁架承重纵梁与桥梁墩身密贴，托架水平双拼 工字钢悬臂长度非常小，荷载作用于托架结构的弯矩值均 不大，且托架整体在加工厂内制作，并进行承载检测合格 后方运到现场安装，故可不进行托架结构的承载验算。 托架荷载主要使高强螺栓产生剪应力，螺栓受力验算 如下： 全部上部支架传递的荷载由40个M20x95的10.9S 高强螺栓共同承担，荷载不均匀系数按1.2计，则单个螺 栓承受的剪力为 Q= 1.2x[218x26.5 + (4+1.5+2+2.5)x l8x 13.5]/40=246.21kN。 M20x95的10.9S高强螺栓抗剪强度为1000MPa，其 有效直径为20mm，则螺栓剪应力为： T=Q,lm/A=(246.21x l03)/(3.14x l02x l0-)=784.1MPa<[T] =1000MPa。 托架与桥墩的螺栓连接承载满足要求。 5结束语 在本项目大尺寸0号块现浇采用墩粗直螺纹钢筋连 接技术进行托架与桥墩的连接、贝雷桁架组拼承重梁的支 架方案。通过精心设计、严格施工，在0号块现浇施工中支 架稳定牢固，未出现任何质量及安全问题，完成0号 块现浇施工任务，为今后相类工程施工积累了经验。 参考文献： [1] 周水兴，何兆益,邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民 交通出版社,2001. [2] 喻忠权.装配式公路钢桥使用手册[M].北京：交通部战备办 公室，1998. [3] 白旭光.连续梁桥悬臂浇筑施工关键技术与控制技术研究 [D].长安大学，2013. [4] 潘俊奎.某连续刚构桥悬臂浇筑施工0号块托架系统结构 分析[D].内蒙古科技大学，2014.下载本文
