摘要：以某高速公路大桥为工程依托，从钢管桩承载力、纵向分配梁受力、施工抗倾覆稳定性等三个方面对主桥0#块托架结构进行计算分析，认为采用墩梁临时固结和钢管桩托架等加固方式，可以保证主桥0#块的施工安全和悬浇阶段的抗倾覆稳定性。
关键词：某大桥；钢管桩；纵向分配梁；抗倾覆稳定
引言
随着国民经济的快速发展，公路桥梁的跨径越来越大，对于连续梁连续钢构桥梁，目前主要采用挂篮悬浇法施工。在挂篮悬臂浇筑施工过程中，主桥0#块的施工安全是重中之重。因此，在0#块施工中，采用可靠的加固和支撑措施，并采用合理的计算方法进行安全性验算，是非常有必要的。本文依托京港澳国家高速公路长沙连接线浏阳河大桥工程，从钢管桩承载力、纵向分配梁受力、施工抗倾覆稳定性等三个方面对主桥0#块托架结构进行了计算分析与安全性评估，计算实例可供业内借鉴与参考。
1、工程案例
某一座特大桥，主桥为变高连续梁桥，桥跨布置为（58+96+96+96+58）m，6#墩正交，7#、8#、9#墩斜交，夹角20°，节段混凝土55.2m3～67.6m3。0#块托架拟采用钢管桩支架。0#块支架支撑采用钢管桩支架，中间抵抗倾覆钢管桩采用φ700δ8，两侧支撑钢管桩采用φ530δ6。钢管桩之间和钢管桩墩柱之间采用［20槽连接。墩身位置底模和内模采用优质竹胶板模，其他位置底模和侧模采用定型钢模。为抵抗施工不平衡弯矩，采用墩梁临时固结和钢管桩支撑相结合的办法，不平衡弯矩按最远端不平衡重200kN进行控制，合拢完成之后依次解除临时固结，实现体系转换。主跨箱梁单“T”共分12段悬臂浇筑，0号梁段长12m，其余1-12号梁分段长为7x300+5x400cm，边跨、次边跨、中跨合拢段都为2m，边跨现浇段长10m。0号梁段和边跨现浇段采用钢管桩支架现浇施工，主跨T构采用对称挂篮悬臂现浇施工，悬浇最重梁段为1794KN。全桥合拢顺序为：先合拢两个边跨，接着合拢次边跨，最后合拢中跨。
图1 0#块托架结构平面图
2、施工技术
变截面悬浇连续箱梁采用三向（纵向、横向、竖向）预应力，纵向预应力束根据张拉工序和布设形式及位置不同可分为前期顶板束、前期下弯束、前期竖向束和后期束，前期束在本节段砼达到设计要求和移挂篮之前进行张拉。后期束根据对应合拢段浇注完成并达到设计要求后进行张拉。主跨“T”前前期下弯束为15φs15.2mm钢绞线，控制应力0.75fpk，张拉控制力为2929.5KN，配YM15-15锚具，两端同时张拉。期顶板束为12φs15.2mm钢绞线，控制应力0.75fpk，张拉控制力为2343.6KN，配YM15-12锚具，两端同时张拉。箱梁腹板竖向及横隔板竖向和横向预应力采用2φs15.2mm钢绞线，采用二次张拉工艺，配OHM15-2GE二次张拉专用锚具，控制应力0.75fpk，张拉控制力为390KN，一端固定，一端张拉，竖向预应力纵向间距为50cm。箱梁顶板横向预应力束为4φs15.2mm钢绞线，单端交错张拉，配YBM-4扁锚，锚固端采用P性锚，横向间距为50cm，控制应力0.75fpk，张拉控制力为976.5KN。
2.1 0#块施工
主桥0#段采用单箱双室结构，节段长1200cm，墩顶高560cm，底板宽957.7cm，顶板宽2050cm，0号块混凝土方量为473.3m3，0号块重量为1254.2KN。考虑0#块长度较长，桥面与墩身宽比大，结合设计图纸及实际施工条件，主桥0#块支架选用钢管桩支架。
2.2钢管桩支架构造
钢管桩支架由钢管桩立柱、剪刀撑、主横梁、纵向分配梁、落架系统、模板系统等六部分组成。
1）钢管桩立柱：墩柱两侧底板位置各设置3根φ700σ10钢管桩立柱，用于支撑底板、腹板荷载以及抵抗部分施工不平衡力距；两侧各设置3根φ530σ6钢管桩立柱，用于支撑腹板和翼板荷载。
2）剪刀撑：钢管桩立柱之间设置［20槽钢剪刀撑增加支架横向稳定，剪刀撑的层数根据支架高度进行调整。
3）主横梁：主横梁采用两根Ⅰ45b工字钢，横梁与钢管桩采用焊接。
4）纵向分配梁：纵向分配梁采用Ⅰ25b工字钢，分配梁按照支架设计进行布设。
5）落架系统：纵向分配梁与主横梁之间设置木楔，以便于后期模板拆除。
6）模板系统：外侧模采用定型钢模，单侧模板长度组合为4.5m+3.5m+4.5m，几何尺寸以设计图为准；考虑0#段内部几何尺寸变化较大，内模采用组合木模。
2.3钢管桩支架搭设
2.3.1准备工作
钢管桩支架拼装前必须仔细阅读熟悉图纸，理解图纸设计意图，并作好以下准备工作：
1）根据《主桥0#段支架设计图》要求，在加工场下料，焊接过程中应注意控制杆件的结合尺寸及焊接质量；
2）浇筑墩顶位置时，根据图纸预埋件设计要求，在要求为止预埋拼装槽口，应严格孔子槽口的位置及几何尺寸；
3）墩顶砼浇筑时，应根据《主桥0#段托架设计图》要求，预埋墩梁固结钢筋。
2.3.2钢管桩支架拼装要点控制
1）钢管桩支架的组件由运输车运至墩位后由塔吊起吊至安装位置进行焊接；
2）钢管桩支架的安装顺序为：安装钢管桩立柱，设置剪刀撑、主横梁以及分配梁。
3）钢管桩支架搭设过程中应严格控制各部件的位置及几何尺寸，满足整个支架系统安装成型后的承重要求。
4）钢管桩支架搭设遵循线下后上对称拼装的施工工序。
5）在各构件加工、组装过程中按照现场实际测量尺寸加工，对于特殊部位加强过程中控制，特别是焊接部位严格按照施工规范要求施工。
6）由于钢管桩支架以及模板构件较多，高程控制是施工的关键，所以高程控制分成三部分，第一、钢管桩顶面高程控制；第二、分层对主横梁、纵向分配梁、模板控制（注意图纸中高程、尺寸指示位置，避免理解性错误）；第三、加强终检控制；对于设计有疑问的地方及时反馈、沟通，确保万无一失。
7）主桥1至12#段内模采用定型钢模板，0#块外侧模模板长度组合为4.5m+3.5m+4.5m，横断面几何尺寸以设计图为准，考虑到0#段内部几何尺寸变化较大，内模采用组合木模。
3、钢管桩承载力验算
3.1截面划分
参照钢管桩托架的平面布置图，对箱梁截面进行划分，简化后的断面图见图2。
图2 钢管桩托架横断面图
A1断面平均截面积为6.45 m2，混凝土体积为26.8 m3，A2断面平均截面积为2.47 m2，混凝土体积为10.25 m3，A3断面平均截面积为5.81m3，混凝土体积为24.1 m3。通过分析比较，只验算中间钢管桩P1两侧钢管桩P3即可。以下以中间钢管桩为例进行验算。
3.2 荷载组合
从上图可知最大受力面积A=6.45m2（平均横断面），则现浇预应力钢筋混凝土自重：q1=26kN/m3×26.8 m3=697 kN。
模板自重：q2=2.5KN/m2×3.25m×4.15m =33.72kN
振捣混凝土产生荷载：q3=2.0 kN/m2×3.25m×4.15m=27.0kN
施工人员、施工料具、运输、堆放荷载：q4=3.0 kN/m2×3.25m×4.15m=40.46kN
3.3 荷载分项系数
a、恒载：（q1+q2）×1.2=876.9kN
b、活载：（q3+q4）×1.4=94.4kN
c、荷载：恒载+活载=971.3kN
3.4 钢管桩结构验算
钢管桩φ700×8mm的A3钢钢管，自由长度层距4m。
钢管惯性矩：
截面积：
惯性半径 
柔度系数
极限柔度
，属于短粗杆（小柔度杆），用经验公式计算F= 
×A=200 
×
=3480KN
安全系数为：
中间钢管桩满足施工要求。
同理，可计算两侧钢管桩的安全系数
，满足施工要求。
4、纵向分配梁受力验算
4.1 选取分析位置
纵向分配梁见图3，通过分析，纵向分配梁最不利位置为中腹板，荷载由六根Ⅰ25b工字钢承担，工字钢间距1.2m。
图3 纵向分配梁纵断面图
4.2 荷载组合
从上图可知最大受力面积A=14.61m2（平均横断面），则现浇预应力钢筋混凝土自重：q1=26kN/m3×14.61m2×0.7m=265kN
模板自重：q2=2.5kN/m2×2.8m×1.2m=8.4kN
振捣混凝土产生荷载：q3=2.0kN/m2×2.8m×1.2m=6.72kN
施工人员、施工料具、运输、堆放荷载：q4=3.0 kN/m2×2.8m×1.2m =10.08kN
4.3 荷载分项系数
a、恒载：（q1+q2）×1.2=328KN
b、活载：（q3+q4）×1.4=23.5KN
c、荷载：恒载+活载=351.5KN
d、均布荷载：q=125.5KN/m
4.4 分配梁结构验算
Ⅰ25b悬臂长度2.8m。
惯性矩：I=6×5280cm4=3.168×108mm4
截面抵抗弯矩：
W=I/ymax=2.54×106mm3
弹性模量：E=206000N/mm2
容许应力：[f]=200N/mm2
4.5 强度验算
σmax= 
/W=193MPa＜200MPa
纵向分配梁偏弱，增加斜撑加强。
4.6 刚度验算
f/L=1/570
因此，分配梁强度、刚度均满足要求。
5、结论
本文以某大桥工程为依托，从钢管桩承载力、纵向分配梁受力、施工抗倾覆稳定性等三个方面对主桥0#块托架结构进行了计算分析，认为采用墩梁临时固结和钢管桩托架等加固方式，可以保证主桥0#块的施工安全和大桥悬浇过程中的抗倾覆稳定性。该计算实例可为同类型桥梁设计和施工提供参考。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部，公路桥涵设计规范，JTG D40-2004.
[2]中华人民共和国交通部，公路桥涵施工技术规范，JTG /T F50-2011.
[3]中华人民共和国建设部，钢结构设计规范，GB50017-2003.
论文作者:李成
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：钢管论文; 支架论文; 荷载论文; 纵向论文; 托架论文; 分配论文; 截面论文; 《基层建设》2019年第13期论文;