一种轻型重载牛腿在桥梁工程高支模板上的运用娄世权

一种轻型重载牛腿在桥梁工程高支模板上的运用娄世权

娄世权

中国有色金属工业第十四冶金建设公司昆明市五华区650000

摘要：在土木工程中，利用某些材料制作成一种装置以使建筑结构物的外观或者内部空间达到某种样式，这种装置称之为模板。一般把高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无联系构件的混凝土模板支撑工程称作高支模，在一些桥梁工程中就要用到这种高支模板的方法施工。对于下部设计为双肢墩结构形式的连续刚构桥梁，在搭设箱梁0号块混凝土底模支架时，一般考虑型钢托架作为承载结构的形式比较普遍，而托架制作要消耗大量的钢材，自重大安装起来也不方便，而且在桥墩封顶时为了预留托架支撑点的结构装置更要截断一些钢筋腾出空间，给桥墩结构带来一些不利因素。针对托架的不足之处，研发了一种牛腿来替代托架，这种牛腿具备轻型重载性能、外形小、重量轻、安拆方便、不破坏桥墩结构，具有节约箱梁0号块混凝土底模支架材料和支架稳定安全的性质。

关键词：高支模板；连续刚构桥梁；托架；牛腿

前言：对于双肢墩结构形式的连续刚构桥梁，箱梁0号块的施工难度相对于其它块件要大且工期长。在桥墩顶部搭设的0号块模板属于高支模板，搭设这种类型的高支模板技术要求高、材料消耗大、施工安全风险高。在本文中，优化了传统的0号块托架工艺方法，利用牛腿来替代托架施工，并分析验证牛腿的力学性能，该种轻型重载牛腿在桥梁工程高支模板上具备相应承载能力的同时，其本身还具有调节模板体系升降的功能，极大的方便了高支模板的安装和拆卸。

⒈基本情况

一座设计为100＋180＋100米的预应力混凝土连续刚构桥梁，由2个180米T组成对称结构，桥墩采用双肢薄壁空心墩，墩高50米，承台群桩基础。桥墩单壁平面尺寸7×2.5米，双肢壁面外到外距离12米，双肢壁面内到内距离7米，墩顶3米为混凝土实心段。箱梁0号块为单箱单室断面，顶宽12.5米，底宽7米，根部梁高11米，混凝土数量597m³。在桥墩顶部搭设浇筑托架立模现浇0号块，0号块混凝土沿高度方向分二次浇筑，分段位置在箱梁截面中性轴附近，即距离箱梁底面5米的位置附近。托架布置形式见图一。

介于托架搭设高支模板的不足，改用牛腿作为承载结构替代托架，牛腿布置形式见图二。

利用高强螺栓与锚锥体系连接把牛腿悬臂固定在桥墩上，牛腿固定形式见图三。

⒉牛腿体系构造

牛腿材料采用厚度为20㎜的Q345钢板下料制作，设置3道加劲板，利用电弧焊焊接成型且焊缝满足相关规范标准。牛腿宽30㎝，高40㎝，孔眼用电钻打孔，孔径φ37㎜，一个牛腿水平布置2个孔眼，螺栓规格GB/T1228M36×90－10.9S，螺纹等级6g，材质ML40Cr。根据荷载大小，确定牛腿在桥墩上的安装个数。砂箱置于牛腿顶面调节支架升降，卸砂孔径φ30㎜，砂箱盒可直接焊在牛腿顶面，也可单独加工成件。牛腿构造见图四，牛腿实物见图五，砂箱构造见图六，锚锥构造见图七，锚锥实物见图八。

⒊牛腿体系力学分析

根据牛腿与锚锥在桥墩上的固定方式，牛腿体系主要的力学分析对象有螺栓、套筒、孔眼、焊缝等部件或工艺部位，本文仅针对M36螺栓承压抗剪和φ37㎜孔眼力学强度进行力学分析校核。

⒊1工况分析

⑴双肢壁面内到内距离7米，箱梁0号块第一次浇筑混凝土的荷载及支架模板全部由牛腿体系承担，待第二次浇筑混凝土时，其荷载将转换为由第一次浇筑的混凝土承担，此时牛腿支架不做为主要承载构件考虑。

⑵本方案箱梁0号块第一次浇筑的混凝土数量在7米净跨范围内共88m³，混凝土容重r＝2600㎏/m³计,混凝土重2288kN；单个牛腿重1.6kN；纵向7米单根50型工字钢重6.58kN；单根长度10米共15根横向分配梁20型槽钢总重34.5kN；底模重25kN；立模荷载由外侧面支架承担不参与分析。另外考虑混凝土振捣时产生的荷载及箱梁预埋钢筋等荷载，取系数i＝0.5倍的荷载参与分析。

⑶牛腿在桥墩上每侧按6个布置，共12个，M36螺栓数量共24颗，因螺杆受车丝削弱截面的影响，计算截面直径按32㎜计；荷载按平均分配在24颗螺栓上的方式定义。

⒊2力学性能分析

总荷载G＝混凝土重2288kN＋底模重25kN＋槽钢总重34.5kN＋单根工字钢重6.58kN×6＋单个牛腿重1.6kN×12＝2406.18kN。

单颗螺栓承受的承压剪力V＝[G×(1＋i)]&pide;24＝[2406.18×(1＋0.5)]&pide;24＝150.39kN＝150390N。

单颗螺栓承受的承压剪切应力τ1＝V&pide;[π×(32&pide;2)²]＝150390&pide;[3.14×(32&pide;2)²]＝187.09MPa≦[fvb＝310MPa]容许剪切应力，安全系数K＝f&pide;τ1＝1.65≧[K´＝1.5]容许值，螺栓承压抗剪切性能满足要求。

螺栓与钢板接触面的挤压强度σC＝V&pide;(32×20)＝234.98MPa≦[fce＝400MPa]端面承压容许值，接触面抗挤压性能满足要求。

钢板孔眼上部抗剪，孔眼至钢板上部高度h＝150－32&pide;2＝134㎜,钢板上部承受的剪切应力τ2＝V&pide;(20×134)＝150390&pide;2680＝56.12MPa≦[fv＝170MPa]容许剪切应力,孔眼在钢板上的开孔位置符合要求。

结语：

这种悬臂式牛腿体积小，承载力强，稳定安全。相比托架不用以截断桥墩钢筋为代价，且比托架用钢量要小，也容易安装和拆卸，不足之处锚锥系统需要在厂家配套订制且属消耗材料。但是，这种牛腿自身还可以进行方案优化，即以增加孔眼个数的方法而增大承载力，从而达到减少牛腿数量和减少支架型钢用量是其最大亮点。

参考文献：

[1]钢结构设计规范(GB50017—2003).主编.北京钢铁设计研究总院.

[2]公路桥涵施工技术规范(JTG/TF50—2011).主编.中交第一公路工程局有限公司.

[3]钢结构用高强度大六角头螺栓(GB/T1228—2006).发布.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会.

作者简介：娄世权—男—汉.1972-大学本科—现任技术职称：高级工程师。