摘  要  介绍了悬臂浇注梁应用万能杆件拼装墩顶托架浇注0^#及1^#块砼的设计检算步骤及托架拼装预压方法。

关键词  悬臂浇注  万能杆件  托架

1 工程概况

白草口一号特大桥位于国道主干线二连浩特至河口公路中的新（广武）—原（平）段高速公路。该桥分左右两幅，主桥桥墩为钢筋砼薄壁空心墩，墩壁厚60cm，墩高50余米；上部结构为预应力砼连续刚构桥，为单箱单室箱形断面，跨径组成为55m＋2×100m＋55m。

主桥连续箱梁采用三角形挂蓝悬臂现浇法施工，箱梁纵向分段长度为6×4.0m＋5×4.5m，0^#块长度为4.5m，中跨、边跨合拢段长度分别为2.5m和2.09m。0^#块长度达不到拼装挂蓝的要求，须将1^#块与0^#块同时浇注,一次浇注长度12.5m，浇注砼152.1m³,块体共重3954 KN，其中1^#块重1122 KN。

2 方案选择

由于该桥墩身较高，采用落地支架浇注砼显然不现实。常规施工方法是在墩顶段墩身设置预埋件，拼装牛腿式悬臂支架作为支撑，在支架上浇注砼。支架材料一般采用贝雷架、拆装式桁梁、军用梁、万能杆件或型钢桁架，考虑现场有部分闲置万能杆件，经技术和经济效益分析，决定采用万能杆件在墩顶两侧拼装托架，作为浇注0^#及1^#块砼的支撑。

为避免在高空拼装挂蓝的底模架、底模板及侧模板，并节省资金，在浇注0^#及1^#梁段砼时，即利用挂蓝的底模纵梁、底模板及侧模板，待0^#、1^#块施工完成后，在其梁面组拼挂蓝三角架并就位到2^#块施工位置，然后安装挂蓝后锚固、前上横梁、外模走行滑梁及其吊杆，将预先放置在托架上的后托梁与底模纵梁后端拼连，吊装前托梁并与底模纵梁前端拼连，通过前后托梁将底模平台临时吊挂在外模桁架上，倒链牵引外模及底模平台沿滑梁向前滑移，直至2^#块施工位置，安装挂蓝底模前后吊挂，解除底模平台与外侧模间的临时连接，即可进行2^#块施工。

3 设计检算

3.1托架形式

如何防止0^#及1^#块砼开裂是托架设计时要重点考虑的问题。0^#及1^#块砼浇注过程中，由于砼龄期较短，其抗剪强度较底，随着砼的浇注，支架逐渐产生变形，底模发生不均匀沉降，造成下部已初凝的砼内部产生剪应力，当剪应力超过其抗剪强度时，即产生竖向裂缝（纹），影响结构的强度和使用安全。因此，要求托架除具有足够的强度外，还必须保证有较大的刚度，并尽量减轻自重。

托架采用N型万能杆件拼装成空间悬臂结构，主桁架为三角形，墩身每侧共用4片主桁架，每片主桁架在纵向及竖向均为2节，节间距离为2m，横向受墩身宽度限制，4片主桁架的间距为2m＋1.5m＋2m，需另加工1.5m的非标准横联，作为补充构件。

根据万能杆件的使用要求，托架均为节点受力，所有杆件均为拉（压）杆，只承受轴力作用。

托架形式如图1所示。

3.2预埋件

预埋件的作用是将托架承受的施工荷载传递到墩身，是整个支撑结构的关键部位。预埋件的形式既要保证结构受力安全，又要考虑工地施工条件，避免加工质量不稳定而降低结构的安全度。

设计时对于预埋件与主桁架的连接形式考虑了二种方案，一是焊接，二是栓接。前者具有施工操作简单的优点，但焊接质量取决于焊工的操作水平，具有较大的离散性，焊缝的受力强度不明确；后者具有受力明确，连接质量稳定的优点，但施工操作困难，为保证主桁架的顺利拼装，需要较高的预埋精度。综合分析上述二方案的优缺点后，决定采用栓接方案，并通过必要的工艺措施确保预埋件的预埋精度。

本桥的特别之处是墩身为薄壁空心墩，壁厚仅为60cm，而预埋件埋置深度需在80cm左右，结构尺寸本身就无法满足要求。另外，由于墩壁较薄，其本身难以承受预埋件传递的巨大的水平拉（压）力。考虑诸因素，将墩身两侧预埋件设计成穿过整个墩身通长布置，使预埋件在墩身两侧托架对称的拉（压）力作用下而自身受力平衡，从而使墩身砼基本不承受水平力。

为避免预埋件下部砼承受较大竖向压力而产生局部受损，在预埋件以下50cm范围内布置适当数量的构造钢筋网，以提高该部分的抗压强度。

预埋件采用2根背对25b（下部为28b）槽钢，外露端钻孔，与加工件节点板螺栓连接，结构如图2所示。

3.3垫梁

为保证托架的节点受力，所有垫梁均布置在节点处。垫梁是以分配荷载为目的，为保证各片主桁均匀受力，垫梁要求具有较大的刚度，本设计采用I32b工字钢。

3.4底模支架

根据1#块箱梁底部线位标高设置底模支架，支撑底模纵梁，并设置适当数量的硬杂木对头木楔，以调整标高和方便拆除模板及支架。

3.5结构检算

整个结构对两部分进行了检算，一是底模纵梁的检算，二是万能杆件主桁架的检算。

检算采用容许应力法，均不考虑各项荷载的分项系数。

3.5.1底模纵梁检算

底模纵梁检算的目的是分析其对上部荷载的分配情况，即计算万能杆件各节点的支撑反力。

荷载组合：

底模纵梁承受的荷载为：梁部钢筋混凝土重量＋底模板、底模纵梁、内模板及内模支架重量＋施工人员、机具荷载＋振捣砼产生的荷载。

计算简图如图3所示。

计算结果：

纵梁剪力图如图4。

由剪力图可计算出各支点的反力：

R_A = 45.3 KN

R_B = 148.3 KN

R_C = 49.4 KN

3.5.2主桁架检算

荷载组合：

主桁架承受的荷载组合为：底模纵梁各支点的反力＋外侧模的重量＋横向分配垫梁的重量＋桁架自身重量。

同时，考虑到4片主桁架受力的不均匀性，将上述荷载乘以1.2的不均匀系数，作为每片桁架的计算荷载。

计算简图：

计算简图如图5所示。

计算结果：

根据此计算简图，分别计算桁架的轴力和位移变形。计算结果见图6。

查万能杆件容许轴力表，可看出计算得出的轴力均未超出杆件容许轴力，由位移图可看出，杆件的最大位移变形仅为2.3mm。根据计算结果，说明此托架形式能够满足施工需要。

3.5.3预埋件检算

预埋件需检算作为悬臂结构而承受的弯拉应力（下部为弯压应力），使其不超过材料的容许应力，计算过程此处从略。

预埋件与主桁架用螺栓连接，还需进行连接检算。内容包括螺栓承受的剪力检算和被连接件孔壁承受的压力检算，此处从略。

4 拼装施工

为保证预埋件的埋设位置准确，先在地面将预埋件与部分杆件拼装成空间结构，用塔吊整体提升到墩顶，并采取适当的加固措施，防止发生扭曲变形。然后立模板，浇注墩身剩余部分砼。

墩身模板拆除后，拼装剩余部分杆件，完成整个托架的拼装，并将横向分配垫梁及底模纵梁吊装到位。

5 托架预压

从理论计算结果看，托架的位移变形很小（最大处仅为2.3mm），但这只是理论弹性变形，实际结构由于是螺栓连接，螺栓与栓孔间存在间隙，在荷载作用下将产生较大的非弹性变形。因此，结构需要进行预压，以充分消除托架的非弹性变形,验证托架的弹性变形和结构安全，并据此设置预拱度，调整模板标高。

传统的预压方法一般是采用配重预压，即在托架上堆放重物或悬吊重物。该工程墩身较高，无论是堆放重物还是悬吊重物，均费工、费时、费料，并且现场不具备配重条件。在确定施工方案时，决定利用梁部施工的张拉机具，通过在托架上安放千斤顶张拉锚固于承台上的钢铰线对托架进行等效加载，完成托架的预压。

千斤顶的布置，应使其所加的荷载与计算简图荷载等效。对计算简图进行分析，可看出A点的荷载对托架变形没有影响，因此，布置千斤顶时只需考虑B点和C点的加载大小即可。

根据计算简图，计算出墩身每侧需加载数量为：

(243.0＋125.0)×4 = 1472 KN

每侧对称布置2台千斤顶，每台千斤顶加载736 KN。

根据B点和C点需加载的大小，确定千斤顶安放位置距B点和C点的距离。

距B点的距离：L_B=4×125/(243+125)=1.36m

千斤顶布置位置如图7所示（只标出千斤顶位置，分配梁未表示）。

按上图安装好千斤顶和钢铰线后，先用单顶逐根调整钢铰线的初拉力，使其均衡受力，然后两侧千斤顶对称缓慢施压，并维持在736 KN。施压过程中，要随时观测记录托架的加载及变形情况。持荷24h后，量测各节点处标高，千斤顶回油卸载，再次量测各节点处标高，两次标高之差值，即托架的弹性变形。量测结果表明，托架的实测变形值与理论变形值吻合较好。

6 效果分析

万能杆件是施工单位常备的制式器材，租赁方便，一次性投入较少。各杆件承载力明确，拼装托架方便灵活。

利用千斤顶对托架进行预压，预压加载值可准确调整，钢铰线通过连接器接长，可做到循环利用，节省了加工费用和配重装卸费用。

利用挂蓝模板和底模平台结构施工0^#及1^#块，节省了资金投入，0^#及1^#块完成后，将底模平台和模板向前滑移后即可进行2^#块施工，简化了施工工序，避免了高空拼装的危险性，使挂蓝拼装作业变得简单安全。

运用本技术，顺利地完成了0^#及1^#块箱梁砼的浇注，拆模后的梁体线形准确，并且避免了0^#块施工极易发生的裂缝现象。本技术的应用，节省了大量的施工投入，加快了施工进度，创造了良好的社会效益和经济效益。