爬锥在连续刚构桥托架设计中的应用

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摘要托架是大多数连续刚构桥首节块段施工时的主要承重结构，其设计是否合理将直接关系到连续刚构桥施工时的结构安全。本文以中铁二十局集团六丙公路第三合同段兑房河特大桥为工程实例，将墩身液压爬模施工过程中使用的爬锥应用到托架设计中，介绍托架结构的受力和变形验算，同时重视高强连接螺栓的抗拔力及爬锥附近混凝土局部承压计算，保证施工过程中结构的安全，解决了传统托架设计中因预埋件过多影响了墩身的结构和外观质量问题。实践表明，兑房河特大桥的托架设计是合理成功的，为类似桥梁提供了一定的参考和借鉴。

关键词连续刚构桥 0#、1#块 托架设计验算 预埋爬锥

The Embedded Climbing Cone in the Application of the Design of Bracket Research in the Continuous Rigid Frame Bridge

Hu Jian1

(N0.5 Engineering Corporation Limited of CR20G，,Kunming 650200，China)

AbstractBracket is the main load-bearing structure during the construction of the first block of continuous rigid frame bridge. Whether the design is reasonable will directly affect the structural safety when the construction of first block. In this paper we take an example of China Railway 20 Bureau Group Corporation’ Dui Fang River Bridge in the third contract period of 6C road. The embedded climbing cone is applied in the design of bracket to introduce the calculation of the stress and deformation of the bracket. For the purpose of the safety of structure during the construction, it is important to calculate the pullout force of high strength and the local bearing stress of concrete near the climbing cone. Practice shows that, the design of bracket of the Dui Fang River Bridge is rational and successful, and it provides some reference for the similar bridges.

Keywordscontinuous rigid frame bridge ;the zero and first blockbracket;design and calculate;embedded climbing cone

中图分类号：K928文献标识码： A

1引言

随着我国国民经济迅速发展，对高墩大跨桥梁的需求日益增多，其中预应力连续刚构桥由于结构整体性好、跨越能力大等优点，在我国桥梁建设中得到了广泛的应用和发展[1]。预应力连续刚构桥首节块段具有梁体高、体积大、钢筋密布及各种预埋管道多等特点[2]，对于高墩柱的首节块段施工通常采用托架设计施工，同时首节块段是悬臂施工的起始平台，这也使托架的设计及施工成为了预应力连续刚构桥施工的关键。

本文以K14+060兑房河特大桥作为依托工程，由于本桥在0#块处没有预应力张拉束，为施工便利和加快施工工期，将0#、1#号块段作为首节块段进行同时施工，将墩身液压爬模施工时的液压爬锥作为托架与墩身的连接构件，来分析介绍本工程托架的设计及验算[3]。

2工程概况

K14+060兑房河特大桥位于省道S228线六库~跃进桥二级公路3合同段，为跨越沙坝沟而设。全长为617m，桥跨布置为：4×31m预应力T梁+（100+180+100）m连续刚构+3×31m预应力T梁，全桥含8个桥墩，2个桥台，其中4#～7#墩之间为(100＋180＋100)m连续刚构箱梁。箱梁采用单箱单室断面，顶板宽12m,底板宽6.5m。0#块箱梁高度为11m，设置4道横隔板。0#块外伸0.5m，1#块长3m。主墩为8.5*3.5m的双肢薄壁墩。单侧悬臂端混凝土方量为94.5m3。

3托架设计方案

K14+060兑房河特大桥托架采用自支撑体系，固定在墩身上部来承担支架模板自重、混凝土重量以及施工荷载[4]等。

本桥0#、1#块采用型钢组合托架现浇，在墩身施工时预埋爬锥，将托架与牛腿挂座连接，同时在托架上安装调坡支架，混凝土浇筑时，0#、1#块模板自重、混凝土重量以及施工荷载首先传给调坡支架，再传给三角托架，最后由预埋爬锥传给墩身混凝土，具体布置见图1、图2、图3。由于托架安装及施工已经得到广泛运用，本文不作过多叙述。

图1托架横桥向立面布置图

图2托架纵桥向立面布置图

图3牛腿挂座立面图

4托架设计方案

K14+060兑房河特大桥托架采用自支撑体系，固定在墩身上部来承担支架模板自重、混凝土重量以及施工荷载[4]等。

本桥0#、1#块采用型钢组合托架现浇，在墩身施工时预埋爬锥，将托架与牛腿挂座连接，同时在托架上安装调坡支架，混凝土浇筑时，0#、1#块模板自重、混凝土重量以及施工荷载首先传给调坡支架，再传给三角托架，最后由预埋爬锥传给墩身混凝土，具体布置见图1、图2、图3。由于托架安装及施工已经得到广泛运用，本文不作过多叙述。

5 托架受力及变形验算

本桥0#、1#块混凝土分两层浇筑，第一层浇筑至距底板 5m高处，第二层浇筑剩余部分。在进行托架验算时按一次性浇筑时所承受的荷载进行验算[5]。

5.1荷载计算

本桥在荷载计算时，混凝土容重[6]取26kN/m2,底板模板按照组合钢模及连接件每平方米0.5kN，翼缘板模板按照组合钢模及连接件每平方米0.75kN. 施工荷载按照2.5kPa,混凝土倾倒和振捣均取荷载2.0kPa。0#块双肢墩中间5m部分及0#、1#号块悬挑3.5m部分承受荷载计算见表1

表1兑房河特大桥0#、1#块托架所受荷载计算表

项目 混凝土重量（KN） 模板重量(KN) 施工荷载

(KN) 混凝土倾倒荷载(KN) 振捣混凝土荷载

(KN) 纵横梁及分配梁重量(KN) 总重

(KN)

0#块双肢墩中间5m部分(G1) 5460.0 105.7 81.3 65.0 65.0 99.9 5876.9

0#、1#号块悬挑3.5m部分（G2） 3051.9 74.0 56.9 45.5 45.5 96.4 3370.2

5.2牛腿挂座受力验算

墩身内外侧托架三角支架采用双拼[32槽钢及双拼[40槽钢拼装而成。计算时将三角支架简化视为铰接，如图4、5所示。托架上横向铺设双拼[36槽钢作为横向分配梁，纵向铺设I32工字钢作为纵向分配梁，计算时假设模板均匀支立在分配梁上，荷载均匀分布。通过设计验算，各个杆件抗弯、抗拉、组合应力及挠度变形均在规范要求范围以内，本文对其计算过程不作过多介绍。

图4墩身外侧三角支架

图5墩身内侧三角支架

对本桥的每个挂座进行受力分析如图6、7所示，墩身外侧三角支架承重荷载最大，本文仅对墩身外侧进行受力分析，已知P1=168.511KN，N1=505.533KN，N2=714.932KN并通过计算得知：

上挂座每个螺栓受拉应力

F拉=N1/4=126.383KN

上挂座每个螺栓受剪应力

Q剪=P1/4=42.743KN

下挂座每个螺栓受压应力

F压=N2*sin45/4=128.228KN

下挂座每个螺栓受剪应力

Q剪=N2*sin45/4=128.228KN

图6上挂座受力分析图图7下挂座受力分析图

5.2.1上挂座螺栓受力验算

利用上述计算结果对单个螺栓受力进行验算，螺栓尺寸如图8所示。

图8高强螺栓尺寸图

本桥采用的受力螺栓为M36高强螺栓（40Cr，10.9级）抗拉、抗剪强度设计值f=900N/mm2,τv=540N/mm2，有效面积A=3.14×36×40×0.8/2=1808.64，所以

（1）受力螺栓抗剪：

τ=Q剪/A=23.627 N/mm2

（2）受力螺栓抗拉：

σ=F拉/A=154.748 N/mm2< f=900N/mm2，满足要求。

（3）折算应力：

（τ2+σ2）1/2=156.541

5.2.2、下挂座螺栓受力验算

由于高强螺栓抗压强度高于抗拉强度，所以对本桥下挂座螺栓的抗压不作考虑。

受力螺栓抗剪：

τ=Q剪/A=70.897 N/mm2

5.2.3、钢板同螺栓连接受力验算

连接钢板焊缝厚度为1cm，钢板同螺栓连接处采用2块2cm钢板焊接。

（1）对面板进行受力分析

钢板抗剪应力为τ=Q剪/A钢板=35.448MPa

（2）对连接钢板焊接进行受力分析

钢板连接焊缝长度为50cm，有效焊缝长度为40cm。钢板焊接的示意图如图3：

钢板构件的弯曲应力为:

σ=M/W=25.6456×103/1128.267×10-6=22.730MPa＜[σ]=145MPa，满足规范要求。其中M为钢板构件弯矩，W为钢板构件截面距W=2I/H,I钢板焊接构件的惯性距。

钢板构件的剪应力为

满足要求。其中S为钢板构件的截面静距。

5.3预埋件抗拔验算

通过计算得知本桥单个螺栓所收拉拔力为126.383KN。需要对单个预埋爬锥的抗拔力进行验算。爬锥构造示意图及受力如图10、图11所示

图10爬锥构造示意图

图11爬锥受力图

根据《建筑施工计算手册》，按锚板锚固锥体破坏计算埋件的锚固强度如下：

假定埋件距高度方向混凝土边缘有足够的距离，锚板螺栓在轴向力F作用下，螺栓及其周围的混凝土以圆锥台形从混凝土中拔出破坏（见图11）。分析可知,沿破裂面作用有切向应力τs和法向应力δs,由力系平衡条件可得：

；

由试验得：当b/h在0.19～1.9时，α=45°，δF=0.0203 fc，代入式中得：

式中fc―混凝土抗压强度设计值（选择C30混凝土，fc=14.3N/mm2）；

h―破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（400mm）；

b―锚板边长（100mm）。

所以有

即预埋件的抗拔力为F=263.12KN>126.383KN, 故满足规范要求。

5.4混凝土局部承压验算

由于本桥采用液压爬锥来固定牛腿挂座并承受荷载的作用，所以需要对预埋件板处及爬锥下方局部混凝土局部承压进行验算。局部混凝土受力如图12所示。

根据《混凝土结构设计规范》局部受压承载力计算公式：

式中 Fl―局部受压面上的作用的局部荷载或局部压力设计值（KN）；

fc―混凝土轴心抗压强度设计值；（14.3N/mm2）；

βC―混凝土强度影响系数（查值为0.94）；

βl―混凝土局部受压时的强度提高系数(2）；

Al ―混凝土局部受压面积（mm2）；

Aln―混凝土局部受压净面积；

Ab―局部受压计算底面积（mm2）；

①埋件板处

混凝土局部受压净面积：

，

满足规范要求。

②爬锥处

混凝土局部受压净面积：

，

满足规范要求。

图12局部混凝土受力示意图

6结论

通过K14+060兑房河特大桥连续刚构桥0#、1#号块施工实例，介绍将墩身液压爬摸施工过程中使用爬锥应用到兑房河特大桥的0#、1#托架与墩身连接部位，对自制牛腿挂座及爬锥构件连接托架进行受力及变形验算。本桥托架的各部位均满足规范要求，且富余量较大。并且通过现场0#、1#块的施工完成，发现将预埋爬锥利用到托架的设计中效果很好。根据工程实践得到了以下结论。

采用爬锥作为预埋件，极大的减少了预埋件数量和尺寸，不需要对墩身模板进行二次加工，减小了施工难度，缩短了施工工期。托架同墩身采用牛腿挂座和爬锥螺栓连接，施工完成后可以直接取出牛腿挂座和爬锥螺栓重复利用，减少了对墩身结构的破坏和外观质量的影响，节约工程成本。

参考文献

[1]李城，邬晓光，肖飞等.高墩大跨连续刚构桥线形控制关键技术研究[J].四川理工学院学报.2014，27(2):39-43

[2]张开顺.大跨连续刚构桥0号块托架设计与施工技术[J].公路交通技术.2012，2:52-54.

[3]王亚辉连续刚构桥主梁根部现浇托架有限元计算分析[D].西安：长安大学：2012

[4]田小路 大体积0#块二次浇筑托架法应用研究[J].铁道建筑.2014，1:31-33

[5]任银.大体积0#块分次浇筑托架受力计算模型及监控技术研究[D].重庆：重庆交通大学：2011

[6]韩增云.刍议悬灌梁托架的设计施工[J].工程技术.2011，02:48-50