1、消除支架变形影响措施的研究支架变
形包括弹性变形、非弹性变形2项，其中非弹性变形包括支架系统的间隙压缩后造成的变形、温度变形和自重挠度变形等4项，其中弹性变形、温度变形和自重挠度变形可以通过计算获得。非弹性变形主要是指支撑体系间隙在混凝土荷载作用下压缩造成的变形。在混凝土初凝之后，由于支撑体系变形易造成混凝土开裂，因此为消除支架变形影响，保证混凝土质量，主要针对以下几个方面进行研究：①支撑体系的非弹性变形；②横梁混凝土配合比的试验：配制和易性好、坍落度损失小、初凝时间长的混凝土，以确保混凝土浇筑在其初凝前完成；③底模预拱值计算，本工程上、下横梁的预拱值均不相同，横梁支架的预拱值按计算值控制。
2、支架的荷载分析研究
湖南某大桥横梁支架荷载分析包括以下：①横梁自重，下横梁含挡块自重；②施工人员及机具荷载；③浇注振捣混凝土时产生的荷载；④支架系统自重，包括模板系统；⑤风荷载。部分构件的强度和稳定性计算，依据《钢结构设计规范》和《钢结构设计手册》等相关规范和文献，采用许用应力进行计算，计算结果可满足受力要求并留有一定安全储备，计算方式采用电算程序SAP2000。
3、悬索桥高塔横梁支架的浇筑分层和工艺对支架的影响
横梁高度一般分为2次浇筑，2次浇筑是否第一层浇筑后张拉部分预应力？张拉多少的预应力？对支架系统有何种影响？使用模型试验或者模型计算对支架做出定性或者定量的判断。3支架材料选择根据湖南某大桥项目部现有材料及材料采购经济性原则，现设计索塔下横梁采用落地式钢管支架现浇施工。下横梁支架体系由钢管支架、横撑及剪刀撑、砂筒、分配梁、贝雷片及底模等组成。支架立柱采用9根直径609mm、壁厚16mm的钢管，钢管间采用法兰螺栓连接。立柱间设置[]36a平联和[]20a斜撑增强整体稳定性。为方便卸落支架，每根立柱顶设卸落砂筒，砂筒顶部设2H700×300型钢承重梁。底模系统由贝雷、型钢及18mm竹胶模板组成，桁架片沿横桥向布设，布设间距见图。底模分配梁采用I12，间距30cm。下横梁支架结构见附图1。
4、支架计算
4.1计算荷载
(1)恒载下横梁支架面板和分配梁计算时由于浇筑第二层时，第一层混凝土强度已经有45MPa，可以做为底模板的一部分，故混凝土恒载只计算一次浇注4.5m高度的重量，其他按照9m计算。预应力钢筋混凝土自重每方按26kN计。（见图2）(2)活荷载①模板荷载：下横梁模板荷载按横梁底面每平方米2.0kN控制。
4.2计算结果
(1)底模计算底模取18mm的高密度竹胶板，工12a横梁间净距最大为23cm。选取其中一段△b宽度作为梁计算，第一层浇注4.5m。腹板最大荷载q=(4.5×b×26×1.2)kN/m；取活载q=(人工×1.4)=2.8bkN/m；则按简支计算，最大弯矩M=ql2/8kN•mW=bh2/6=(b×1.82/6)cm3。应力σ=M/W=17.5MPa，材料的设计值f=37MPa，经对比均满足要求。(2)工12.6分配梁计算分配梁采用型钢工12a，顺桥向布置，间距为30cm。贝雷梁间净距最大为105cm，第一层浇注4.5m，取隔板最大荷载，活载2.8kN/m：q=4.5×12×26+2.8×0.3=43kN/m；M=ql2/8=5.92kN•m；σ=Mmax/Wx=5.92×106/(77×103)=76.88MPa，工12a型钢强度满足要求。(3)贝雷桁架计算贝雷桁架沿横桥向布置。贝雷桁架计算采用SAP2000软件建模计算（见表2，表3）。
5、2H700×300分配梁计算
2H700×300分配梁承受来自贝雷桁架的竖向压力。2H700×300分配梁受力见图3。H700×300型钢材质为Q235。根据SAP2000建模计算，2H700×300型钢分配梁内力计算结果如下：σ=M/Wx=1018×106/(5560×103×2)=91.54MPaτ=V/A=1679×103/(228×102×2)=36.8MPa2H700×300型钢分配梁强度满足要求。(5)钢管计算计算工况：工况1：混凝土浇注完成(无风载)。工况2：混凝土浇注完成(最大风载)。钢管桩间距(3.6－0.69)/0.69=4.2＞3.0，因此，各排钢管均单独承受风荷载，前排对后排不起挡风作用，因此：钢管桩承受的水平风荷载为1.4×0.668×0.69=0.65kN/m。平联承受的水平风荷载为1.4×0.668×0.36=0.34kN/m。斜撑承受的水平风荷载为1.4×0.668×0.20=0.19kN/m。平撑承受的水平风荷载为1.4×0.668×0.16=0.15kN/m。贝雷部分按照集中力考虑：1.4×0.668×1.5×7.5/3=3.5kN。由表4可知，钢管桩单桩最大荷载N=3733kN，其弯矩M=33.49kN•m，则强度σ=N/φA+M/（γxW）γx为截面塑性发展系数，查表得γx=1.15，βmx为等效弯矩系数，查钢结构规范得βmx=1.0N'Ex=π2EA/（1.1λ2）=π2×206×103MPa×303.1cm2/（1.1×56.32）=19422kN因此σ=NφA+MγxW=3733×1030.826×303.1×102+33.49×1061.15×8908.54×103=152.36MPa强度满足要求。
6、支架施工
6.1支架基础施工
下横梁支架基础分别设置在微风化岩石层和系梁上，通过预埋25钢筋，用套筒连接钢筋的方式来固定钢管底部的钢板，在安装底部钢管时，先用和混凝土同标号砂浆找平，在砂浆初凝前安装底部钢管，确保钢板紧贴承台顶面，防止局部受力。
6.2钢管立柱安装
钢管预先在加工厂进行分段加工，然后现场逐根吊装，测量控制垂直度和顶标高，钢管垂直度偏差不大于1%。钢管立柱之间沿高度方向每隔12m设一道[]36a平联。钢管立柱安装后，吊装砂筒和型钢横梁，砂筒由测量放线定位并控制顶标高。
6.3贝雷桁架及底模系统安装
贝雷桁架在地面分段组拼，现场由塔吊逐段吊安就位、拼接，桁架之间用贝雷花架连接成为整体。严格控制桁架的顶标高，然后吊安分配梁和底模。
6.4支架拆除施工
横梁施工完成，经监理同意后拆除横梁底模、分配梁及贝雷，周转至上横梁施工使用。下横梁支架每根钢管顶部均设有砂筒，支架拆除时，先将砂筒底部的螺栓拧出，放出砂筒里面的干砂，卸落支架。支架拆除作业过程中，各点应做到同步进行，以策安全。支架拆除的顺序与安装的顺序相反，从上而下逐步拆除后，将材料分类堆放至指定地点。
7、支架变形影响因素及控制措施
7.1支架变形影响因素
支架变形包括弹性变形和非弹性变形两项，其中弹性变形可以通过计算获得，非弹性变形主要由支撑体系间隙在混凝土荷载作用下压缩造成的。(1)下横梁支架系统弹性变形理论计算值：弹性变形理论计算值根据SAP2000程序(工况一)计算，计算结果见下表5。(2)下横梁支架系统的非弹性变形：即钢管支架、分配梁、砂筒、贝雷、底模系统等构件之间的接头，在施工过程中，由于接头间的装配空隙被压缩而产生的变形，此部分的变形一般无法精确计算，根据施工经验，本工程按一个接头1mm计算，各排钢管桩非弹性变形值见下表6。
7.2支架变形影响控制措施
(1)索塔下横梁支架搭设好后，采用钢筋和砂袋进行预压。(2)支撑体系的非弹性变形在安装时应尽量减少间隙，并用薄钢板垫实所有间隙。(3)配制和易性好、坍落度损失小、初凝时间长的混凝土，以确保混凝土浇筑在其初凝前完成。(4)根据计算值和预压得到的变形值，设置横梁底模预拱值。
7.3横梁支架预压施工
(1)预制材料采用砂袋、钢筋进行预压，单个砂袋重1.5t。根据9#索塔材料数量表，钢筋103t；混凝土按照2.4t/m3；索塔下横梁恒载重2791t，1.1倍载荷为3070t，分阶段堆载重量：30%：2791×30%=837t60%：2791×60%=1675t100%：2791×100%=2791t110%：2791×110%=3070t(2)施工准备①仔细检查现场搭设支架是否符合规范要求，要保证有足够的斜撑和横撑，经验收合格的支架才可以进行预压；②模型采用竹胶板，上面铺一层袋装砂，以保护底模板。(3)加载实施操作方法与步骤预压按横梁结构自重荷载的1.1倍进行实施，加载时按照设计荷载的0、30%、60%、100%、110%分四级加载，测出各测点加载前后的高程。加载110%荷载后所测数据若支架日沉降量小于2.0mm(不含测量误差，)且处于收敛状态时，表明支架已基本沉降到位，可按照与加载相反的顺序分级卸载，并分别测出每级荷载下各测点的高程值。加载材料分层码放，均匀加载，并尽量模拟横梁腹板和底板位置荷载加载，加载中由技术人员现场控制加载重量和位置，避免出现大的误差。测量方法：在底模设置测点，测出加载前的高程值，然后在每次加载、卸载时测量各测点的高程，根据测的数据进行计算，得出各对应情况下的数值并和计算值进行对照、分析，并据之对立模标高进行调整。为了解支架沉降情况，在加载预压之前测出各测量控制点标高，压重前先在底模布设观测点，测量位置横桥向设在3排钢管位置，纵桥向设置两个测点，分别为横梁两侧腹板外侧。在加载30%、60%、100%、110%后每天上下午均要复测各控制点标高一次，如果加载110%后所测数据得支架日沉降量小于2.0mm(不含测量误差)且收敛时，表明支架已基本沉降到位，可进行卸载，否则还须持荷进行预压，直到支架沉降符合以上要求为止。每级加载均进行观察，并做好记录。加载完成后，变形稳定后，按原加载方式进行分级卸载并每级进行测量变化，做好记录。
8、结语
大吨位超高支架设计与施工是桥梁建设中的难题，目前湖南某大桥的横梁施工已经全部完成，工程中变形量小于计算值，误差小于10mm，经济和社会效益良好。实践证明，本工程中所采用的各种技术方案和设计计算方法是有效和可靠的，该大桥的成功案例可以为今后类似大吨位超高支架体系提供参考。
作者：张立彬
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