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1、T构桥0#块箱梁托架设计验算1 工程概况某高速公路某大桥位于贵州黔西南山区，桥址区为中低山沟谷地形地貌，呈“V”字型，纵向地形起伏大，横向方向山坡陡峭。桥梁上部为T型预应力混凝土连续刚构箱梁结构，主跨跨径为（75+130+75）m，主桥箱梁结构为单箱单室，主墩中心处箱梁高7.5m。主跨中心箱梁高2.6m，箱梁中心高度依1.8次抛物线变化（7.5m2.6m）。箱梁共分16个节段，其中最大悬浇重量140.9t，悬浇段最大悬臂长58.5m。T构每节段均为三向预应力结构，其中纵向、横向均采用ASTM-1860型270级钢绞线，竖向预应力筋采用除0#块内部分采用ASTM-1860级钢绞线外，其他均采用3
2、2精轧螺纹粗钢筋。边跨现浇段在满堂支架上现浇。顶部设2%横坡，箱梁顶宽12.05m，底宽6.5m。箱梁设横、竖、纵三向预应力。左右分离，两幅间距40cm，两侧翼缘板宽度分别为2.865m与2.685m，桥墩与箱底同宽，墩高4452m，0#块箱梁高度为7.5m，0#块箱梁长16.0m，纵向两侧各悬出2.5m。桥梁下部构造桥墩为双薄壁墩，墩身采用双肢工形墩，肢间中心间距为8.5m，主墩承台厚度3.5m，基础采用2.2m的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计。基桩按纵向三排、横向两排布置，每个墩共12根桩。根据实际情况，在双薄壁墩施工完成后，先搭设0#块箱梁托架，进行0#块模板、钢筋、混凝土施工，待混凝土强度达
3、到80%以上后张拉纵、横、竖预应力，待混凝土强度达到90%以上时拆除支架、底模。 2 0#块箱梁托架设计某大桥箱梁0#块托架采用工字钢等材料，现场组合加工三角型托架，见图1、图2。图3 主墩墩身结构平面示意图2.1 0#块支架材料参数数据（1）、查取材料截面力学数据，计算参数由查阅相关资料取得。I20a型钢截面参数，Ix=2369 cm4，Wx=236.9 cm3，ix=8.16cm， A截面积=35.55 cm2；I25a型钢截面参数，Ix=5017 cm4，Wx=401.4 cm3， ix=10.17 cm， A截面积=48.51 cm2；I36b型钢截面参数，Ix=16574 cm4，W
4、x=920.8 cm3， ix=14.08 cm， A截面积=83.64 cm2；A3钢材弹性模量E=2.1*105MPa。（2）、箱梁C50混凝土容重=2.65t/m3（考虑箱梁C50混凝土粗骨料为玄武岩，比重较大， 0#块箱梁钢筋密集）；（3）、箱梁底模、侧模及翼缘板底模均采用厚h=7mm的大块钢模，单位钢模重量按0.11t/m2计算，翼缘板下的钢管支架按照0.02t/m2空间体积计算；施工人群荷载按0.225t/m2计算。2.2 计算参数2.2.1 箱梁截面性质系数（1）箱梁0#块根部(1#块)截面S=6.5*0.8+0.3*0.3+(7.56-0.8)*0.65+(7.43-0.8)
5、*0.65+(0.7+0.3)/2*1.5*2+ (0.3+0.15)/2*1.18+(0.3+0.15)/2*1.36+(0.7+0.3)/2*1.5*2+2.2*0.3=18.225m2该箱梁长度为2.5*2=5.0m，箱梁G1=18.225*5*2.65=241.48t（2）箱梁0#块跨中截面S=6.5*1.0+0.3*0.3+(7.56-1.0)*1.15+(7.43-1.1)*1.15+(0.7+0.3)/2*1.5*2+(0.3+0.15)/2*1.18+(0.3+0.15)/2*1.36+(0.7+0.3)/2*1.0*2+3.2*0.3=25.445m2，该箱梁长度为9.0m，
6、箱梁G2=25.445*9*2.65=606.86t（3）、0#块横隔梁位置平均G3=7.5*6.5*1*2*2.65=258.38t实际上，该部分重量由薄壁墩承受，为使托架设计偏于安全，仍按照由底托架承担此部分重量。则0#块箱梁结构自重为Ga=G1+ G2+ G3=1106.72t。（4）、施工人群、设备荷载为Gb=12.05*16*0.225=43.38t（5）、模板支架重量为Gc=0.11*(6.5*16+6.8*16*2+2.685*16*2+6.5*16)+0.02*(2.865+2.685)*6.8*16=68.34t。对于托架上材料(槽钢、工字钢)在相应梁段分别计入。根据支架设计
7、原则的荷载组合，G=Ga+Gb+Gc=1218.44t2.2.2 牛腿验算在托架设计中,采用40个牛腿承受结构及施工荷载，单个牛腿受力P=1218.44/40=30.46t，小于单个牛腿的允许受力范围【P】=50t。符合要求！图4 牛腿设计图 图5 牛腿结构布置2.3 托架设计托架采用工字钢、槽钢等材料，现场组合加工三角型托架，属于静定平面桁架。为简化计算，将托架桁架按理想平面桁架构件进行计算，托架自重相对于箱梁等重量较小，计算过程中忽略不计，本文采用节点法计算。2.3.1 外侧托架设计及验算 单位：cm 图6 纵断面布置图按照混凝土一次浇筑计算，计算各杆件受力，其中外侧悬臂端托架需承受力为悬
8、臂2.5m箱梁混凝土重、模板、支架重及施工机具与人群荷载，计算过程按照均布荷载考虑。底模板采用h=7mm大块模板，由于薄壁墩侧端托架既承受箱梁腹板混凝土、模板及施工荷载，同时还承受部分顶、底板及翼缘板的混凝土及施工荷载，混凝土荷载简化计算，将顶板厚度按均值考虑，（偏于安全，按0.7m），底板0.81.0m，均按1.0m考虑。 单位：cm图7 支架设计图 图8 墩柱外侧支架结构布置经计算，混凝土荷载、模板、支架及施工荷载合计G=18.225*2.5*2.65+0.11*(6.0*2.5*2+6.8*2.5*2+2.865*2.5+2.685*2.5+6.5*2.5)+0.02*(2.865+2.
9、685)*6.5*2.5+12.05*2.5*0.225 =139.68t（1） 水平杆2I25a验算托架承受均布荷载q=177.37kg/cm（提高1.05）。轴向压力w=MW =1/8*177.37*20002/(2*401.4*103)=110.5 MPa w=145 MPa 最大节间长度 L=2000mm，满足要求。挠度f=5qL4/（384EI） =5*177.37*20004/（384*2.1*105*5017*104*2）=1.8 mm f=L400 = 5mm， 纵桥向侧端水平杆采用2I25a满足要求。（2） 斜杆2I20a验算托架夹角=arc tg（300/376.3）=38
10、.56；水平杆被斜杆支承点反力经计算,RA=23279kg。斜杆轴力N= RA /cos=23279cos38.56=29770 kg斜杆总长度L1=456.2cm， 长细比=L/i，其中i=8.16，=1.0（当N/A0.151时），得出=1.0*456.2/8.16=55.91，查表并内插计算得压杆折减系数=0.709+(0.775-0.709)/(60-50)*(60-55.91)=0.736=N/（*A截面积） =29770*10/(0.736*35.55*2*102)=56.9 MPa 压=140 MPa，满足要求。2.3.2 内侧纵主梁及斜腹杆设计及验算（1）、纵主梁设计及验算0#
11、块箱梁按照一次浇筑完成，经分析两侧边纵梁（2I36b）受力最大，其承受腹板宽1.0m及底板、翼缘板混凝土荷载及施工荷载。经计算，箱梁混凝土均布荷载、模板均布荷载以及施工荷载：G=606.86+258.38+0.11*(6.0*11*2+6.8*11*2+2.865*11+2.685*11+6.5*11)+0.02*(2.865+2.685)*11*2.5+12.05*11*0.225 =943.67t均布荷载q=629.1kg/cm， 单位：cm图9 墩柱内侧托架设计图 图10 受力结构简图选用2I36b，截面特性参数：Ix=16574cm4，Wx=920.8cm3a 压力计算Mmax=1/8
12、*q*L2=1228737 kgcmmax= Mmax/Wx=1228737/（920.8*2）=667.2kg/cm2fw=1400 kg/cm2 最大节间长度L=125cm满足要求！b.挠度验算 fmax=5qL4/（384EIx）=5*629.1*12504/(384*2.1*105*16574*104*2)=0.29mm f=L400 = 3.13 mm，（2）斜杆2I25a型钢斜腹杆承受的竖向荷载P=78639 kg，斜腹杆与竖直面夹角=arctg（2.87/3.59）=38.66，斜杆轴力N=P/cos=100707 kg。斜杆长度为L=459.6cm， 杆件长细比=Li，其中i=
13、（IA）1/2，得出=1.0*459.6/10.17=45.19，查表并内插计算得压杆折减系数=0.916+(0.941-0.916)/(50-40)*(50-45.19)=0.928=N/(*F)=100707*10/(0.928*48.51*2*102)=111.9 MPa=140 MPa， 满足要求。2.3.3 墩侧托架设计及验算 单位：cm 图11 墩侧支架设计图 图121 墩侧支架结构布置墩侧托架主要承受翼缘板混凝土、模板、支架及施工荷载，托架水平杆采用I25a，斜杆采用I20a。经计算，翼缘部分包含混凝土、模板、支架、施工机具等项，其中翼缘混凝土G1=1.0571*16*2.65=
14、44.821t；模板、支架G2=2.865*16*0.11+(7.5-0.7)*16*0.11+(7.5-0.7)*16*0.02=19.19t 施工机具G3=2.865*16*0.225=10.314t；均布荷载q=64.78 kg/cm。（1）、水平杆2I25a验算轴向压力w=MW =1/8*64.78*30002/(2*401.4*103)=90.8 MPa w=145 MPa 节间长度 L=3000mm，满足要求。挠度f=5qL4/（384EI） =5*64.78*30004/（384*2.1*105*5017*104*2）=3.2 mm f=L400 = 6mm， 纵桥向侧端水平杆采
15、用2I25a满足要求。（2） 斜杆2I20a验算托架夹角=arc tg（300/300）=45；水平杆被斜杆支承点反力经计算,RA=9279 kg。斜杆轴力N= RA /cos=9279cos45=16156 kg斜杆总长度L1=424cm，长细比=L/i，其中i=8.16，=1.0（当N/A0.151时），得出=1.0*424/8.16=51.96，查表并内插计算得压杆折减系数=0.709+(0.775-0.709)/(60-50)*(60-51.96)=0.762=N/（*A截面积） =16156*10/(0.762*35.55*2*102)=29.8 MPa=140 MPa，满足要求。为
16、加大托架受力后的安全系数储备，通过施加预应力来提高托架受力后安全度，纵桥向同方向设置2根精轧螺纹粗钢筋加螺帽，横桥向同方向设置2根精轧螺纹粗钢筋加螺帽，确保施工安全。 2.4 托架、支架、模板的安装、拆除2.4.1 利用塔吊就位，人员站在工作脚手架上，在塔吊、倒链的配合下，将单片托架调整就位，并在临时固定后进行焊接，全部安装到位后进行整体联结。安装托架时将托架顶部调整到同一水平面上，以便支架安装并保证托架均匀受力，确保安全。托架安装完毕后进行支架安装，安装过程中要严格检查托架、支架顶面标高是否符合设计标高，联结是否牢固，焊缝长度、厚度是否足够，不符合要求的要及时整改。2.4.2 托架、支架安装
17、完成后安装底模板，安装时首先在支架上划出立模边线，用塔吊、倒链配合，调整底模到位，然后将两片外侧模安装就位后将其固定在支架上，并有必要的拉杆及内撑杆将其联成整体。2.4.3 横隔板进入洞顶以下部位的全部底板、腹板、横隔板钢筋绑扎完成后即可安装外侧模板。2.4.4 底腹板和横隔板的全部钢筋绑扎和预应力管道固定后，将钢木组合模板吊入箱内安装固定，并按照施工需要预留进人和振捣孔。2.4.5 顶板的全部钢筋和外模板安装调试好后，由上至下安装固定端模。2.4.6 拆除顺序与安装相反。0#块模板的拆除工作量比较大，除少量转移可以利用塔吊外，多数需要通过预留孔、卷扬机来完成。0#块模板的拆除大致可分为侧模拆
18、除；次支架及顶板拆除；主支架和0#块底板底模拆除；翼板拆除。2.4.7 箱梁0#块预埋项目0#块预留项目共有如下几类，挂篮施工预埋孔，挂篮试压预埋件、0#块托架施工预留孔、0#块托架卸落预埋孔、桥面高程及平面预埋控制点。具体为： （1）、在箱梁两侧预留排气孔，每节段同侧上下各23个； （2）、为卸落翼板模板，在翼板上方沿与腹板相接部位两侧设置预留孔； （3）、腹板上部设置挂篮后锚预留孔； （4）、在顶板、翼板处预留孔道，作为挂篮小车、内外滑梁吊架预留孔； （5）、为满足挂篮施工要求，在0#块横隔墙位置预留两个内滑梁预留孔； （6）、施工控制应力计、挠度测量点。3 结语 综上所述，以上设计满足施工要求，经过某大桥4个主墩箱梁0#块托架、支架、模板及混凝土现场施工验证，施工质量和施工安全符合要求！参考文献1、结构力学 高等教育出版社 2004 李廉锟 2、路桥施工计算手册 人民交通出版社 2001 周水兴等