黃延高速褳達(dá)溝特大橋1、5#墩0#段施工托架設(shè)計(jì)摘要：本文對(duì)單肢0#段托架進(jìn)行詳細(xì)理論計(jì)算，主要受力構(gòu)件采用貝雷架拼裝，安裝、拆卸方便，并采用ANSYS對(duì)牛腿托架系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。關(guān)鍵詞：?jiǎn)沃?#段托架貝雷架設(shè)計(jì)一、工程概述黃延高速公路褳達(dá)溝特大橋位于陜西省黃陵縣太賢鄉(xiāng)北村村北，橫跨褳達(dá)溝河谷，全橋長(zhǎng)854.5m，中心樁號(hào)為K178+836.75。主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力砼剛構(gòu)連續(xù)箱梁橋，跨徑組合為83+4×148+83米。本橋共有0#段10塊，其中1、5#墩0#段墩身為單肢薄壁空心墩，墩高分別為47m和36m，墩身尺寸為5×6.5m；0#塊長(zhǎng)11.0m，底板寬6.5m，頂板寬12.0m，高為8.0m。0#塊采用施工托架現(xiàn)澆混凝土，兩側(cè)懸臂澆注長(zhǎng)度均達(dá)到3.0m，施工難度極大。二、方案比選剛構(gòu)橋0#段施工托架的形式很多，一般較為普遍采用以下幾種形式：在墩頂預(yù)埋型鋼作為托架，但預(yù)埋型鋼有以下缺點(diǎn)①型鋼使用量大，成本高；②型鋼托架要在高空進(jìn)行焊接組裝，質(zhì)量難于保證，且安全風(fēng)險(xiǎn)較大；③托架拆除要用氧炔焰進(jìn)行氣割，作業(yè)難度很大，同時(shí)氣割還易損傷墩身砼，埋入砼的型鋼面封閉處理較難，易銹蝕后影響墩身外觀。采用牛腿和萬(wàn)能桿件組合形成托架，但萬(wàn)能桿件有如下不足①由于受吊裝能力的影響，不能形成整體架子吊裝，只能在墩頂懸拼，作業(yè)難度大，安全性差，時(shí)間長(zhǎng)；②架子拆除時(shí)只能單件拆除吊下，施工非常困難。采用牛腿和貝雷架組合形成托架，能有效避免以上兩種方案的缺點(diǎn)，并有如下優(yōu)點(diǎn)①貝雷架為周轉(zhuǎn)料具，施工成本低；②貝雷架可以在地面拼裝成型，整體吊裝就位，安裝方便，減少空中作業(yè)時(shí)間；③托架拆除時(shí)，貝雷架可采用卷?yè)P(yáng)機(jī)整體吊裝下落，拆卸方便；④在墩身上預(yù)留牛腿插口，牛腿拆除后封閉簡(jiǎn)單。通過(guò)方案比選，決定采用牛腿和貝雷架組合設(shè)計(jì)托架。三、托架設(shè)計(jì)1、托架應(yīng)滿足的條件①托架必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，并形成空間穩(wěn)定的整體；②構(gòu)造和制作簡(jiǎn)單，裝拆方便，要能增加周轉(zhuǎn)次數(shù)；③托架上要設(shè)置落架設(shè)備，便于拆除托架。2、托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)托架進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，主要施工圖如下：本牛腿托架第一次現(xiàn)澆砼用鋼材23噸，第二次現(xiàn)澆砼用鋼材15噸，0#段托架共計(jì)用鋼材38噸。3、托架受力計(jì)算牛腿托架系統(tǒng)一次施工完成，而現(xiàn)澆部分的混凝土分兩步澆注：第一步：先澆注0#塊0～3.0m高度的混凝土;第二步：后澆注0#塊3.0～8.0m高度的混凝土。3.1、計(jì)算參數(shù)取值說(shuō)明①鋼筋砼容重：26KN/m3②砼超灌系數(shù)：1.05③動(dòng)載系數(shù)：1.2④模板及支架自重：取0.2倍砼重⑤施工人員和施工機(jī)具荷載：2.5KN/m2⑥撓度容許值：l/400⑦Q235鋼：E＝2.1×105MPa[σ]＝205MPa[σw]＝205MPa[τ]＝120Mpa⑧單排單層貝雷架：[M]＝788.2KN·m[Q]＝245.2KN⑨雙排單層貝雷架：[M]＝1576.4KN·m[Q]＝490.5KN3.2、第一次現(xiàn)澆混凝土計(jì)算第一次澆注高度為0～3.0m，對(duì)于墩身正上方的混凝土重量直接作用于主墩墩身上，設(shè)計(jì)托架時(shí)不予考慮，因此只計(jì)算兩邊懸臂的部分，懸臂長(zhǎng)度為3.0m，取縱向單位長(zhǎng)度l=1.3.2.1、荷載計(jì)算沿橋梁縱向截取1m計(jì)算荷載，則有：3.2.2、底模計(jì)算底模采用墩身大塊鋼模，縱向每沿米2根[10背杠。計(jì)算得：（計(jì)算圖示見上頁(yè)）最大撓度f(wàn)max=1.0mm<mm最大彎矩Mmax=11.5kN·m最大剪力Qmax=54.3kN支座反力RA=54.3kNRB=77.3kNRC=48.4kN則<[σw]＝205MPa<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,底模采用墩身大塊鋼模可行。3.2.3、底?？v向分配梁2[10計(jì)算采用模板豎向背杠作為縱向分配梁，每根背杠由2根[10組成,在RB處受力最大。1根[10：Ix=198cm4Wx=39.7cm3計(jì)算圖示如下:計(jì)算得：最大撓度f(wàn)max=0.2mm<mm最大彎矩Mmax=4.1kN.m最大剪力Qmax=33.8kN支座反力R1=16.0KNR2=59.6KNR3=48.9KNR4=50.2KNR5=57.2KN<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,分配梁采用2根10號(hào)槽鋼，間距為130cm可行。3.2.4、橫向貝雷架計(jì)算單排單層單片貝雷架參數(shù)：[M]=788.2kN·m[Q]=245.2kNIx=250497.2cm4Wx=3578.5cm3由前面計(jì)算可知：位于R2點(diǎn)處受力最大,計(jì)算圖示如下:計(jì)算得：最大撓度f(wàn)max=1.9mm<mm最大彎矩Mmax=199.4kN.m<[M]=788.2kN.m最大剪力Qmax=138.7kN<[Q]=245.2kN支座反力Rx=138.7kN橫向貝雷架滿足《貝雷架使用手冊(cè)》要求，橫向分配大梁采用單排單層單片貝雷架可行，施工時(shí)將兩單排單片貝雷架用支撐架相連以增加穩(wěn)定性，實(shí)際構(gòu)成了一組雙排貝雷架，托架共有六組雙排貝雷架，間距為130cm。3.2.5、縱向貝雷架計(jì)算雙排單層貝雷架參數(shù)：[M]=1576.4kN·m[Q]=490.5kNIx=500994.4cm4Wx=7157.1cm3計(jì)算圖示如下:計(jì)算得：最大撓度f(wàn)max=0.1mm<mm最大彎矩Mmax=175.6kN.m<[M]=1576.4kN.m最大剪力Qmax=295.1kN<[Q]=490.5kN支座反力Ry=245.0kNRz=295.1kN縱向貝雷架滿足《貝雷架使用手冊(cè)》要求，縱向承重大梁采用雙排單層貝雷架可行，施工時(shí)將兩單排單片貝雷架用綴條相連以減少大梁的橫向?qū)挾?，大梁寬度?6cm，托架共有兩組縱向雙排單層貝雷架。3.2.6、斜撐系受力計(jì)算1）斜撐計(jì)算采用2根20a槽鋼作為斜向支撐，斷面示意圖如下：斜向支撐角度為，有：長(zhǎng)細(xì)比：查表得：斜撐滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。2）斜撐牛腿計(jì)算采用兩塊鋼板焊接于墩身預(yù)埋鋼板上，利用焊縫受力，計(jì)算圖示如下：焊縫計(jì)算：h=240mmd=30mmmm3換算應(yīng)力計(jì)算：斜撐牛腿滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。3.2.7、砂筒計(jì)算砂筒計(jì)算參數(shù)：筒壁鋼板允許應(yīng)力：筒壁鋼板厚：砂筒內(nèi)半徑：砂的內(nèi)摩擦角：計(jì)算圖示見右圖:砂筒能承受的正壓力:砂筒滿足施工承載力要求。3.2.8、牛腿計(jì)算根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，支座反力Ry=245kN，采用2塊牛腿鋼板共同承受245kN，平均每塊鋼板受力為122.5kN，通過(guò)精軋螺紋鋼施加拉力P來(lái)平衡支座反力產(chǎn)生的力矩。計(jì)算圖示如下：建立平衡方程式：X方向：Rb-P=0Y方向：Ra–122.5=0對(duì)O點(diǎn)求矩：解得：Ra=122.5kNP=Rb=85.75kN1)牛腿鋼板計(jì)算（圖中虛線處為薄弱面）a、不考慮精軋螺紋鋼受力kN.mQ=122.5kNmm4mm3d=30mm<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa換算應(yīng)力計(jì)算：b、考慮精軋螺紋鋼受力此時(shí)薄弱面只承受剪切力Q=122.5kN。<[τ]＝120Mpa牛腿鋼板滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。2)焊縫受力計(jì)算兩塊牛腿鋼板間距為36cm，中間采用鋼板焊接連接，鋼板厚為30mm，寬為330mm，長(zhǎng)為400mm。焊縫計(jì)算參數(shù)：Q=85.75KNh=30mmd=390mmmm4mm3焊縫滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。3)墩身砼C40局部承壓檢算(鋼板盒底板厚為5mm)墩身砼C40滿足《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。4)精軋螺紋鋼受力計(jì)算精軋螺紋鋼參數(shù)：A=804.2477mm2精軋螺紋鋼受力滿足施工要求。3.3、第二次現(xiàn)澆混凝土計(jì)算第二次澆注高度為3.0～8.0m，處于已澆好的槽形梁正上方混凝土重量直接作用于槽形梁上，設(shè)計(jì)托架時(shí)不予考慮，因此只計(jì)算兩邊翼緣板部分，懸臂長(zhǎng)度為2.75m，取縱向單位長(zhǎng)度l=1.3.3.1、荷載計(jì)算沿橋梁縱向截取1m計(jì)算荷載，則有：3.3.2、底模計(jì)算底模采用組合鋼模板，尺寸為。計(jì)算得（圖示見上頁(yè)）：最大撓度f(wàn)max=0.2mm<mm最大彎矩Mmax=1.1kN.m最大剪力Qmax=8.8kN支座反力R1=12.2kNR2=16.0kNR3=12.0kNR4=5.2kN則<<底模滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。3.3.3、φ48×3鋼管架計(jì)算在R1點(diǎn)處受力最大，鋼管間距為80×120cm，大橫桿步距為1.5m。鋼管長(zhǎng)細(xì)比：查表得縱向彎曲系數(shù)：φ1=0.521鋼管立桿容許軸向力計(jì)算:而φ48×3鋼管立桿容許荷載為26.8KN因此,立桿軸向力取:=26.8KN每根鋼管立桿承受軸向力計(jì)算:鋼管滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》要求。3.3.4、I28a縱向分配梁計(jì)算采用4根I28a作為縱向分配梁。1根I28a：Ix=7114.14cm4Wx=508.153cm3計(jì)算圖示如下:計(jì)算得：最大撓度f(wàn)max=8.9mm<mm最大彎矩Mmax=49.9kN.m最大剪力Qmax=38.4kN支座反力Ra=38.4KN<<分配梁滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。3.3.5、橫向貝雷架計(jì)算單排單層單片貝雷架參數(shù)：[M]=788.2kN.m[Q]=245.2kNIx=250497.2cm4Wx=3578.5cm3計(jì)算圖示如下:計(jì)算得：最大撓度f(wàn)max=2.5mm<mm最大彎矩Mmax=127.8kN.m<[M]=788.2kN.m最大剪力Qmax=127.8kN<[Q]=245.2kN支座反力Rx=127.8kN橫向貝雷架滿足《貝雷架使用手冊(cè)》要求?？梢钥闯?，第二次澆注相對(duì)第一次澆注荷載計(jì)算值很小，對(duì)橫向貝雷架以下的托架可以不進(jìn)行驗(yàn)算。3.3.6、槽形梁上滿堂支架計(jì)算墩頂滿堂架采用φ48×3鋼管，間距為100×120cm，大橫桿步距為1.5m。鋼管長(zhǎng)細(xì)比：查表得縱向彎曲系數(shù)：φ1=0.521鋼管立桿容許軸向力計(jì)算:而φ48×3鋼管立桿容許荷載為26.8KN因此,立桿軸向力取:=26.8KN最大荷載計(jì)算:每根鋼管立桿承受軸向力計(jì)算:鋼管滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》要求。四、用ANSYS計(jì)算分析托架1、Y軸位移圖2、X軸位移圖Z軸位移圖由ANSYS計(jì)算結(jié)果可知，托架在施工荷載作用下是安全、穩(wěn)定的。五、托架靜荷載試驗(yàn)在承臺(tái)上錨固精軋螺紋鋼，托架上布置八臺(tái)千斤頂，中間用鋼絞線連接作為傳力鋼筋，通過(guò)對(duì)千斤頂加載反壓托架上的分配梁，從而達(dá)到了對(duì)托架預(yù)壓的目的。加載時(shí)利用八臺(tái)千斤頂按設(shè)計(jì)荷載值進(jìn)行逐級(jí)、同步的緩慢對(duì)稱加載，以此檢驗(yàn)驗(yàn)證托架設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保托架的施工安全，同時(shí)可消除托架非彈性變形，并采用水準(zhǔn)儀測(cè)量托架在加載過(guò)程中的彈性變形，測(cè)得平均變形量為10.3mm，其中彈性變形