48+48mT型刚构0#块三角桁架式托架设计论文_何磊

摘要：T型刚构0#块的施工质量是刚构桥施工控制的关键点，0#块支架设计及施工就显得尤为重要，本文采用三角桁架式托架进行0#块支架设计，杆件之间采用铰接的方式，减少焊接工作量可以比较安全、快速、安装简便、经济的完成T型刚构0#块施工，取得较好的使用效果，能为今后的类似工程起到参考作用。

关键字：T型刚构 0#块 桁架式 支架

1、桥梁概况

新建铁路赣州至深圳客运专线GSSG-4标（DK223+041.013）柳城东江特大桥第21孔～第22孔、第23孔～第24孔、第28孔～第29孔、第30孔～第31孔、第32孔～第33孔和第34孔～第35孔共六联T型刚构的桥跨设计结构为（48+48）m T型刚构。

柳城东江特大桥（48+48）m T型刚构主墩分别为：第21、23、28、30、32及第34号墩。主墩设计结构采用矩形实体钢筋混凝土桥墩，墩身倾斜比率1：35。桥墩墩顶截面尺寸顺桥向长度550cm、横桥向宽度640cm。主墩高度依次分别为26.5m、26m、25.5m、27.5m、32.5m及27m。

由于本桥（48+48）m T型刚构墩柱均为高墩，0号梁段模板支撑架不宜采用常规的落地式支撑架施工方案。为保证施工安全，根据现场实际调查情况，墩外侧O号梁块模板支撑架采用墩旁挂三角桁架支撑架。

2、三角桁架式支架结构拟定

墩外三角桁架式支架由三角桁架和横桥向分布的贝雷桁架梁两部分组成。

墩外0号块梁段共布置4肢（榀）三角桁架式支架，前后两侧各布置2肢（榀），与箱梁横截面重心对称布置。三角桁架式支架结构高度550cm，两榀托架间距为540cm，支撑架顶全宽不小于13m，顺桥向每侧长度467cm（含作业平台宽度）。三角桁架式支架N1支撑柱采用直径φ245mm、壁厚10mm的普通钢管柱，上桁水平拉杆N2采用2I45b组合工字钢梁，上部平台横向分布梁N3采用每侧3组普通贝雷桁架梁（其中90cm间隔桁撑架两组，一组135cm间隔桁撑架）。

墩身内预埋件N4及N5由2根[40b+（20×360）]槽钢组合焊接杆件，N4通长预埋在墩身内、N5墩内预埋50cm长，三角桁架式支架两根N2水平拉杆之间设置水平横撑N7，使用槽钢2[16b及等边角钢（2∠75×5mm）制作。

三角桁架式支架杆件连接均为铰接，销轴螺栓采用30CrMnTi合金钢，直径为60mm。本托架所用钢材材质，除轴承和贝雷桁架梁之外，N2杆件2I45b工字钢组合梁采用Q345普通结构钢，其余型钢材质采用Q235钢材。支撑架杆件焊接均采用J506焊条。

B、C节点详图

墩身内预埋拉杆N4结构设计如下图所示。采用墩身内预埋通长［40b槽钢组合杆件，端部100cm范围补焊厚20mm×高360mm加强板，全部采用Q235钢材。墩身预埋件A节点详图如下所示

顶层平台水平稳定桁撑体系是约束（控制）N1支撑杆顶端位移的，是保证N1支撑柱的安全稳定和承载能力的关键约束结构。在两根N2水平拉杆之间设置K字形桁撑结构，通过横撑、剪刀斜拉杆与墩身形成一个闭合桁撑稳定结构，施工中务必做到安全有效。水平桁撑结构布置图如图所示。

3、三角桁架式支架结构设计

3.1托架材料参数

1、钢材弹性模量E=2.1×105MPa，Q235钢材抗拉、抗压设计控制强度f=210Mpa，剪切强度fv=120Mpa；Q345钢材抗拉、抗压设计控制强度f=310Mpa，剪切强度fv=180Mpa；

2、钢筋混凝土重度rc=26（kN/m3）；

3、结构安全系数K=1.3，抗倾覆系数K=1.5；

4、二次分配梁允许挠度【ω】=L/450～L/500；

5、恒载系数1.2，活载系数1.4。

6、施工人员及机械活载按1（kN/m2）取值。参考【JGJ166-2017】《建筑施工模板安全技术规范》。

7、模板重量q=2.5（kN/m2）。按外侧钢模板、芯模竹胶板、木框架结构估算，参考【JGJ162-2014】《建筑施工模板安全技术规范》取值。

8、贝雷桁架梁力学物理指标参照交计发【1998】23号文。

3.2支撑架设计荷载及结构内力

（48+48）m T型刚构0号梁段对应横截面示意图如下图所示

（48+48）m T型刚构0号梁段对应横截面

A1=24.3584m2；A2=16.602m2；

计算支撑架设计荷载

箱梁宽面全宽B=12.6m。以1-1断面为计算对象。

⑴、梁段恒载：q1=rcAA=633kN/m

⑵、支撑架结构荷载：q2=15% q1=95KN/m（先按以往施工经验估算）。

⑶、模板结构恒载：q3＝2.5B＝32KN/m；

⑷、施工人、机活载：q4＝1B=13KN/m；

⑸、荷载组合q=1.2（q1+ q2+ q3）+1.4q4=930KN/m。荷载放大系数：K=1.47。

建立模板支撑架结构力学模型

（48+48）m T型刚构O号梁段支撑架荷载示意图如下图所示

（48+48）m T型刚构O号梁段支撑架力学计算模型

计算模板支撑架结构内力

O号梁段支撑架结构内力如下图所示。

（48+48）m T型刚构O号梁段支撑架结构内力计算简图

竖向支反力：2R1=1330kN，2R2=1174kN；

N2水平拉杆的最大剪力Tmax=1330kN，最大弯矩Mmax=988（kN-m）。2R1为墩身上两点支撑，每一支撑点R1=665kN；2R2为两根斜支撑柱支撑点竖向反力，每一根支撑柱竖向支反力R2=587kN。

墩身上牛腿：R1=665kN（墩上A点牛腿承载力）；斜置支撑柱每根竖向荷载R2=587kN，每根支撑柱轴向荷载R=656kN，向外水平推力F=294kN。注明：N1钢管柱按1：2斜置。

顶层横向分配梁N3结构内力计算

O号梁段悬出墩外部分平均断面荷载示意图如下图所示。

横向支撑N3杆件内力为：最大剪力Tmax=772kN，最大弯矩Mmax=403kN-m。

模板支撑架结构内力计算汇总表

3.3三角桁架节点及细部强度验算

3.3.1、斜支撑柱N1结构计算

根据前面结算可知每根N1钢管支撑柱分担轴向荷载R=656kN。

N1斜支撑拟采用直径φ245×10mm的普通型钢管，材质为Q235钢材。其截面物理特性为：横截面惯性矩：Ix=5106cm4；横截面积A=73.8cm2，回转半径i=8.32cm，g=57.6kg/m。

N1支撑杆自由受压长度L=615cm。按两端铰接设置，长细比λ=66，承载能力稳定系数φ=0.718。斜支撑N1支撑能力：[R]=ФAf=1113KN，安全储备系数K=1.7，强度满足要求。

3.3.2、上水平拉杆N2结构计算

根据前面计算可知2根N2杆件承担的荷载：最大弯矩Mmax=988kN-m，水平拉力F=2×294kN，剪力Tmax=1330kN。I45b工字钢的力学指标：h=450mm，b=152mm，d=13.5mm，Ix=33760cm4，Ix/Sx=38cm，A=111cm2，g=87.4kg/m。材质Q345。

1）最大弯曲拉压应力检算

小于Q345钢材的抗剪强度，满足要求。

N3横向分布梁强度检算

N3横桥向分布梁最大弯矩Mmax=403kN-m，最大剪力Tmax=772kN。中间支撑跨度Lb=540cm，受载支撑全长1260cm。

由于桥梁设计图纸要求墩身顶部2米部位与T型刚构0#块一次性浇筑完成，为增加支撑架上部平台高度，横桥向分布梁N3采用普通型贝雷梁，其物理参数见表贝雷桁架物理几何指标（根据交计发[1998]23号文）

贝雷桁架物理几何指标（根据交计发[1998]23号文）

每侧支撑架承重布置6片（两组间隔90cm桁撑架）贝雷桁架梁。

（1）、验算贝雷桁架梁的整体抗弯能力

其抗弯能力为n【M】=6×788.2=4729.2（kN-m），远大于Mmax=403（kN-m），强度满足要求。

（2）、抗剪能力

6片贝雷桁架梁抗剪强能力：6【T】=6×245.2=1471.2kN，远大于Tmax=772kN，强度满足要求。

（3）、弯曲挠度检算：贝雷桁架梁最大下弯弯矩Mmax=403（kN-m），跨度：L=540cm。

L/500=10.8mm。满足要求。

3.3.3、墩身预埋件N4及节点A结构计算

N4预埋件承载以剪切为主。节点A分担的剪荷载为TA=665kN（单根）。N4杆件主要是端部受载，A点承担竖向剪切应力、及弯曲应力作用。单个牛腿承担竖向剪力QA=665kN，水平拉力F=294kN，弯矩MA=166kN-m。N4组合竖向惯性矩∑Ix=52832cm4，横截面积∑=310cm2。

3.3.4、墩身预埋件N5及节点C结构计算

C点承担竖向剪力Q=587kN，压力F=-294kN，弯矩Mc=147kNm，远小于A点牛腿荷载，检算过程与A节点类似，满足要求。

3.3.5、轴销强度验算

轴销采用直径Φ60mm的30铬锰钛轴销钢制作。横截面截面积A=84.8 cm2。

整个支撑架中，B点及C点轴销基本是不受力。只有A节点轴销承受向外水平拉力（轴销受剪）。对A点轴销进行检算。A节点的最大水平拉力F=294kN。

1）、双面抗剪强度验算

3.3.6、支撑架稳定结构

顶层水平稳定桁撑间距：横长540cm、顺长317cm。N7水平横撑采用双拼［16槽钢做横撑，焊在两根个N1支撑柱顶帽上。N7横撑没有明确的内力，横撑按受压性质对待。按照《JGJ166-2017》长细比不大于230。其的回转半径i≥2.35。

双拼［16槽钢的组合截面最小回转半径：ix=6.29cm，大于2.35cm，满足要求。

斜拉杆N8没有明确的内力，斜拉杆按拉杆性质对待。按照《JGJ166-2017》长细比不大于350。约束长度不大于410cm，其的回转半径应i≥1.2。

N8采用两根∠75×5等边角钢做拉杆，杆件间链接均为焊接。组合后的最小截面回转半径i=2.89cm，大于1.2cm，满足要求。

4、托架安装质量控制要点

4.1支架设计中N2杆件采用了Q345钢材、轴销采用30铬锰钛轴承钢。其余除贝雷桁架梁外，均为Q235钢材。在材料采购时，应特别注意采购材料的强度级别，防止误用低强度代替高强度钢材，造成强度不足事故。

4.2主要杆件加工制作时，应仔细核对方案设计尺寸及型号。进场后应仔细验收核对；安装时应认真核对杆件型号、标准。

4.3在杆件加工制作时：N1支撑柱的如有接长时，接口要求顺直、上下同心、搭接或者拼接板厚度焊缝高度均要满足钢管截面强度要求；上下端盖板焊接要保证焊缝厚度和质量。

4.4墩身内预埋杆件N4及N5杆件，必须安装在模板上，利用钢模板定位控制，确保预埋杆件空间位置准确。

4.5 N1、N2、N4、N5杆件的焊接质量，必须满足方案设计要求，杆件组成的各部件接触面周边满焊缝，焊缝应饱满，并应探伤、夹渣检查。

4.6 N1、N2、N4及N5杆件是型钢组合焊接杆件。杆件加工制作，应由具备钢结构专业技术资质人员完成，严禁现场使用乙炔、电焊粗制滥造。制造后须经相关资质人员检查验收，避免加工质量不合格。

5、结语

T型刚构0#块三角桁架式支架设计是0#块质量控制点关键环节，通过对三角桁架式托架的设计可以有效的保证0#块施工施工质量，经核查本托架采用型材用量在被支撑梁段重量的15%以内，材料比较节省、施工方便、安装简便等优点，取得良好的使用效果。

参考文献：

[1]《建筑施工模板安全技术规范》[JGJ166-2017]

[2]施工临时支撑结构专项技术方案[刘东跃]2013年

[3]《桥梁施工临时结构》[满洪高]2012年版

作者简介： 何磊（1986年9月），男，汉族，湖北省荆州洪湖市人，2010年7月毕业于华中科技大学文华学院土木工程专业，现任中铁二十五局集团第一工程有限公司工程管理工程师职务，从事桥梁技术10年来，对桥梁工程施工临时结构设计及施工有自己的见解和认识。联系电话：15927386957 电子信箱：helei2008vip@163.com

论文作者:何磊

论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期

论文发表时间:2020/4/13

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