变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构及施工方法与流程

本发明涉及桥梁节能建设领域，具体是指变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构及施工方法。

背景技术：

1、近年来，符合低碳、绿色桥梁建设的预制装配化、快速施工的理念在国内逐步得到广泛认同，并得到了较快的发展，但小半径曲线匝道或主线变宽段上部结构仍需要采用传统的现浇方式，而满堂支架又是现浇桥梁箱梁上部结构的主要方法之一。在由翼板变宽实现箱梁桥面变宽的满堂支架现浇箱梁施工中，较为常用的方法是满堂支架的宽度也随翼板变宽而变宽，这既增加了满堂支架占用地面宽度，对于需要有限区域内维持地面通车的改建工程带来较大的难度，又增加了造价，对于高桥墩而言更为突出。因此，为了体现“安全、耐久、节能、绿色、可持续发展”的桥梁建设理念，改进现有的变宽度现浇箱梁支架搭设方法是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、施工便利、安全可靠、节能环保和性价比高的变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构及施工方法。

2、本发明的技术问题通过以下技术方案实现：

3、一种变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构，包括搭设在地基上的满堂支架，所述的满堂支架顶部设有多根并排铺设的纵向底槽钢和横向横方木，以及多榀纵向间隔安放的框构式翼板承托和纵方木，并在横向横方木上安装底模板，纵方木上安装翼板模板，该翼板承托的外端部安装防护的栏杆；所述的多榀翼板承托与满堂支架之间设有多根交叉固定的斜撑，多榀翼板承托与翼板模板之间经下铰和上铰连接；每榀所述的翼板承托与箱梁主线相同宽度处均由槽口朝上水平放置的底平杆、内斜杆、竖杆、中斜杆和槽口朝下的上斜杆组成；所述的底平杆、上斜杆和边斜杆均为槽钢制成，该底平杆和边斜杆的槽口向上，上斜杆的槽口向下；所述的内斜杆、竖杆、中斜杆均为钢管；所述的箱梁主线的变宽段是在底平杆外端焊接槽口朝上的边斜杆，该边斜杆的外端与上斜杆的外端固定，上斜杆向内延伸与所述内斜杆、竖杆和中斜杆共同组成变宽度的翼板承托，并在该变宽度的翼板承托上依次铺设纵方木和安装翼板模板。

4、所述的底平杆、上斜杆均与内斜杆、竖杆、中斜杆焊接牢固而组成框构式，该底平杆和上斜杆为整根连续槽钢；所述的变宽段全长为，最大变宽处宽度的翼板承托分为两段：第一段由上斜杆、各内斜杆、竖杆、中斜杆和底平杆组成，竖向形心处连线长度为，视为支承在纵向底槽钢和横向横方木上的弹性地基梁，上斜杆和底平杆等分每份长度处，分别为安装内斜杆、竖杆、中斜杆的上下端点；第二段长度的变宽部分翼板承托为悬臂框构，上斜杆与边斜杆等分每份长度处，分别为竖杆、中斜杆的上下端点；作用在翼板承托的荷载分两部分：第一部分为翼板模板和纵方木自重静荷载与振捣水泥混凝土振动力动荷载之和；第二部分为翼板的钢筋混凝土变宽自重荷载，翼板与现浇箱梁相接处的厚度为，翼板端部的厚度为，翼板长度为，翼板承托上的荷载为呈梯形分布，其中最大分布荷载为，最小分布荷载为；纵向底槽钢和横向横方木对于第一段翼板承托的反力符合温克尔假设，每榀翼板承托的纵向间距为，由弹性地基梁理论和结构力学，得到如下计算公式：

5、公式一、计算荷载和惯性矩

6、翼板承托以底平杆与上斜杆形心高度的平均值为中心线x轴，各内斜杆、竖杆、中斜杆的高度形心为y轴，则翼板承托的计算荷载、支承在纵向底槽钢和铺设横向横方木上的弹性地基梁荷载和框构等效抗弯惯性矩为：

7、

8、式中

9、（1）上斜杆对x轴的总惯性矩

10、上斜杆的槽口朝下，忽略上斜杆的槽倾角对本身形心的影响，对本身形心的惯性矩 i cgx下按槽钢的型号规格查阅有关资料，单位长度面积为，则

11、

12、（2）底平杆对x轴的总惯性矩

13、上斜杆的槽口朝上，对本身形心的惯性矩 i sxgx上按槽钢的型号规格查阅有关资料，则

14、

15、（3）单根竖杆对x轴的惯性矩和对y轴的惯性矩及总竖杆对x轴的惯性矩

16、

17、

18、单根竖杆对y轴的惯性矩

19、

20、（4）内斜杆和上斜杆对x轴的惯性矩

21、单根内斜杆或上斜杆对x轴的惯性矩由竖杆绕形心转动角计算得到

22、

23、公式二、计算翼板承托第一部分外端 a n、 b n处的内力

24、断开第一部分与第二部分翼板承托之间的连接处 a n、 b n，得

25、

26、

27、公式三、计算翼板承托的弹性地基梁地基反力分布

28、第一部分翼板承托在荷载和、、的作用下，翼板承托弹性地基梁微分方程及初参数解为

29、

30、

31、式中

32、

33、根据翼板承托与翼板模板一体化设计要求，第一部分翼板承托 a 1端为弹性固定， a n端自由，则 y 0=0,初参数解为

34、

35、上式中代入公式二中的、，可解出、、，得

36、

37、由公式一、公式二和公式三可由结构力学求出两部分翼板承托的底平杆、内斜杆、竖杆、中斜杆、上斜杆、边斜杆的内力，各杆件的强度和刚度满足所用材料强度和刚度要求；

38、公式一、公式二和公式三中的各符号定义为：

39、——分别为现浇箱梁翼板根部和端部的厚度，；

40、——分别为现浇箱梁翼板变宽段长度为时起始端处和变宽末端处的宽度，；

41、——现浇箱梁翼板作为弹性地基梁模型的计算宽度即上斜杆或底平杆的宽度，；

42、——每榀翼板承托焊接内斜杆、竖杆、中斜杆之间的等份间距，；

43、——分别为现浇箱梁翼板纵向每榀翼板承托之间的间距、支承在纵向底槽钢和横向横方木上变宽处末端翼板承托第一段形心处的长度、现浇箱梁翼板变宽段全长、变宽末端处翼板承托第二段悬臂部分的长度，；

44、——分别为现浇箱梁翼板变宽末端处翼板承托第一段起点形心处的翼板承托高度、翼板承托第一段末端形心处的翼板承托高度、翼板承托第一段各分节形心处的翼板承托高度、翼板承托第二段末端形心处的翼板承托高度，；

45、——翼板承托第一段起始端形心处作为弹性地基梁的横标值，计算内斜杆、竖杆和中斜杆时也以其形心为横坐标，；

46、——翼板承托第一段起始端形心处作为弹性地基梁的竖向变形曲线的竖向座标值，符号计算内斜杆、竖杆和中斜杆时也以其形心为竖向座标，；

47、——翼板承托的内斜杆、竖杆和中斜杆其形心以现浇箱梁翼板纵向座标，；

48、——分别为翼板承托的内斜杆、竖杆、中斜杆钢管的外直径和内直径，；

49、——分别为内斜杆、竖杆、中斜杆以现浇箱梁翼板纵向的外直径和内直径的纵向坐标，；

50、——分别为支承在纵向底槽钢和横向横方木上变宽末端处翼板承托部分形心处长度焊接内斜杆、竖杆、中斜杆之间的间距为的分节数，变宽终点处翼板承托悬臂部分长度焊接竖杆、中斜杆之间的间距为的分节数；

51、——分别为翼板承托包括内斜杆、上斜杆、边斜杆通过形心的纵向轴向与水平线的夹角，；

52、——翼板承托包括内斜杆、竖杆与底平杆或与边斜杆交点处的节点编号，翼板承托第一段的起始端至末端的编号为1,2,3，...，n，翼板承托第二段的起始端至末端的编号为1,2,3，...，m；

53、——现浇箱梁翼板钢筋混凝土的容重，；

54、——翼板模板和纵方木的静荷载与振捣水泥混凝土振动力的动荷载总和，；

55、——分别为翼板模板和纵方木的静荷载与振捣水泥混凝土振动力的动荷载总和与现浇箱梁翼板钢筋混凝土的重度总和、翼板承托起点形心处的分布荷载、翼板承托第一段末端处的荷载、翼板承托最外端处的分布荷载，；

56、——翼板承托第一段作为弹性地基梁的纵向底槽钢和横向横方木的反力，符合温克尔假设，；

57、——温克尔假设的地基反力系数，查阅有关手册或通过满堂支架预压测试得到，；

58、——弹性地基梁系数，，；

59、——槽钢和钢管的弹性模量，；

60、——翼板承托第一段作为弹性地基梁的等效惯性矩，；

61、——分别为上斜杆、底平杆、竖杆、包括内斜杆和中斜杆的总惯性矩，；

62、——分别为单根上斜杆、底平杆、竖杆、包括内斜杆和中斜杆的惯性矩，；

63、——分别为单根竖杆在区间的惯性矩、单根竖杆在区间的惯性矩，；

64、——分别为单根上斜杆或底平杆的槽口向上时对本身形心x轴的惯性矩、单根上斜杆或底平杆的槽口向下时对本身形心x轴的惯性矩、单根上斜杆或底平杆的截面积，查阅有关材料手册得到，；

65、——分别为现浇箱梁翼板变宽终点处翼板承托第一段末端与第二段始端断开处的上斜杆拉力和底平杆压力，；

66、——现浇箱梁翼板变宽终点处翼板承托第一段末端与第二段始端断开处的力矩，；

67、——分别为现浇箱梁翼板承托作为弹性地基梁计算的有关参数，无量纲；

68、——分别为现浇箱梁翼板承托作为弹性地基梁计算的起始端的挠度、转角、剪力和弯矩，。

69、所述的翼板承托由起始端的上铰、下铰与现浇箱梁模板预设的铰支座相连接形成的一体化结构。

70、所述的内斜杆的两端分别与底平杆、上斜杆焊接成共同的节点，该竖杆、中斜杆的两端分别与底平杆、边斜杆焊接成共同的节点，且上斜杆与水平线的倾角与翼板模板底面的倾角相同，内斜杆的倾角与翼板模板侧面的倾角相同，中斜杆的斜度由上述两个节点的位置确定。

71、所述的下铰和上铰均为钢质部件，且下铰或上铰的一端预埋在翼板模板的侧面，另一端焊接在内斜杆和底平杆的贴近翼板模板的一端，该下铰和上铰均由圆钢连接，并使翼板模板或翼板承托形成相互度转动。

72、所述的底模板、翼板模板均为钢质部件，分别支承在横向横方木和纵方木上并围合成现浇箱梁的底板、腹板和翼板。

73、所述的纵向底槽钢铺设在满堂支架的顶部，该铺设横向横方木铺设在纵向底槽钢上作为现浇箱梁模板的底座。

74、所述的纵方木为相邻的每榀翼板承托之间放置的纵向方形木料。

75、所述的地基为搭设满堂支架的基础；所述的现浇箱梁为高架桥梁的上部结构；所述的箱梁主线的变宽段是由翼板模板变宽而实现现浇箱梁桥面变宽。

76、变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构的施工方法，包括如下步骤：

77、步骤一、拟定变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构尺寸

78、1、根据变宽度现浇箱梁和满堂支架的实际情况，初拟变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构尺寸、布置形式和选择工程材料；

79、2、由公式一、公式二、公式三计算复核并确定变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构尺寸、布置形式和工程材料选择；

80、3、编制施工组织设计文件，组织施工；

81、步骤二、搭设满堂支架和现浇箱梁模板

82、1、按照有关标准规范选择满堂支架的材料，根据设计荷载设计满堂支架的结构；

83、2、测量放样，按设计图纸确定满堂支架的位置、标高和安装宽度；

84、3、满堂支架搭设流程：支架基础验收→施工测量定位→安装可调底座调至设计高度→安装立杆，横杆→安装斜杆→水平尺校正水平和垂直→安装上一步立杆，横杆→安装斜杆→重复以上步骤直至设计高度→测量定位复核→安装可调顶托调至设计高度→满堂支架荷载预压符合设计要求→安装纵向底槽钢→安装横向横方木→铺设底模板→安装翼板承托→安装斜撑→安装纵方木→安装翼板模板→翼板承托与翼板模板铰链连接→安装支架护栏→满堂支架、翼板承托和底模板、翼板模板的总验收；

85、为了加强满堂支架体系的稳定性，满堂支架整体安装剪刀撑或用钢管环抱桥梁墩柱连接，满堂支架体系安装和使用过程通过预埋的监测点加强位移监测，确保支架安全；

86、步骤三、现浇箱梁的钢筋绑扎和水泥混凝土浇筑

87、1、现浇箱梁钢筋安装分为两个阶段，第一阶段是先安装底板和腹板钢筋，第二阶段是第一次混凝土浇筑完成后再安装顶板钢筋及翼板钢筋，钢筋制作安装质量符合设计和标准规范要求；

88、2、现浇箱梁腹板钢筋安装完成后即可安装预应力管道，该道工序在芯模安装前完成；现浇箱梁预应力管道、预应力钢绞线、锚具、夹具采用符合国家技术质量标准，钢绞线保管中严禁雨淋，防止锈蚀，且不允许沾污油污；

89、3、现浇箱梁混凝土采用泵送分二次浇筑成型，总体浇筑顺序为第一次底板、腹板混凝土浇筑→第二次顶板及翼缘板混凝土浇筑，两次浇筑间隔时间不超过10天；

90、4、预应力钢绞线出厂后分批验收，验收时检验其质量证明书、包装方法及标志内容是否齐全、正确，并按取样标准对其抗拉强度、伸长率等力学性能进行验检；锚具必须有出厂证明书，进场时按规定取样，进行外观检查和硬度检验；钢绞线采用穿束机逐根穿入，钢绞线前头应套上一个子弹头形的壳帽，使用穿束机控制合适的速度将钢绞线推入孔道；

91、5、现浇箱梁预应力张拉采用智能张拉施工工艺，系统还根据预设程序，由主机发出指令，同步控制每台设备的每一个机械动作，自动完成整个张拉过程；

92、6、预应力孔道压浆采用真空辅助压浆技术，严格按照有关标准规范要求执行，施工前对操作人员进行技术培训，施工中严格按照规范及指南要求进行，保证压浆的密实和可靠性；

93、7、孔道压浆完将锚端水泥浆冲洗干净，同时清除支承垫板，清理锚具及端面砼的污垢，并将端部砼凿毛；设置锚端部钢筋网，固定好封头模板后浇筑封锚砼，封锚砼强度同主体混凝土强度等级，认真振捣，脱模后注意养生，锚端布置形式应严格按设计图纸施工；

94、8、混凝土养护：水泥混凝土浇筑完毕后，现浇箱梁顶面进行拉毛处理，拉毛深度控制在1mm～2mm，顶面采用覆盖塑料薄膜+土工布保湿养护，初期不间断洒水湿润或者喷淋养护时间不得少于48h，以防止砼早期收缩裂缝的发生，待48h过后即可进入砼常规养护期，砼养护时间不少于7d；

95、步骤四、现浇箱梁模板和满堂支架拆除

96、当全部预应力施工完成后，且混凝土强度和管道压浆强度达到100%设计强度后，经监理工程师同意后，可开始拆除现浇箱梁模板及满堂支架

97、1、满堂支架落架的原则按对称少量、分次、逐渐完成，以便使现浇箱梁逐步承受荷载，避免结构物在卸架过程中发生质量事故；

98、2、满堂支架拆除应按先卸跨中后边跨，先跨中后墩顶的原则卸落，卸落时必须小量、缓慢、对称、均匀进行，并检查无误，然后再逐步扩大下落量，切不可一开始就大落量的卸落，以策安全；

99、3、满堂支架、翼板承托、底模板、翼板模板在拆卸过程中应缓慢地下落到地面，不可乱丢，防止模板损坏，应清理维修整理、分类、妥善存放堆放，以备再用。

100、与现有技术相比，本发明主要提供了一种变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化结构，它能根据满堂支架的搭设特点，设立翼板承托进行调整桥面宽度；本发明具有如下结构优点：一是变宽度现浇箱梁模板与框构式翼板承托形成一体化结构，能使现浇箱梁模板与翼板承托结构变形协调，结构受力科学；二是翼板承托的悬臂端调整长度灵活，满足桥面变宽度要求，适应性强；三是桥面可按实际变宽但满堂支架的横向宽度却能保持不变，节约材料、机械和人工，节能减排，绿色环保；四是所提供的翼板承托设计的计算方法原理清晰、科学合理、实用易行，可指导变宽度现浇箱梁模板与翼板承托一体化的施工，提高了安全性能和工程质量。因此，本发明具有构造简单、施工便利、安全可靠、节能环保和性价比高等使用优点，其结合相应的施工方法，还具有较高的经济效益和社会效益。