碗口支架體系安全驗算淺析

【摘要】現澆箱梁支架方案必須對使用的材料進行安全方面的驗算，尤其是市場上使用的碗口支架桿件壁厚參差不齊，運用所學的知識對到場的材料進行驗算，掌控實際的結構受力情況更為現實意義，從而使支架體系安全處于可控狀態。

【關鍵詞】碗口支架立桿間距；強度；剛度；穩定性；地基承載力；抗風載整體穩定性

1、概述

主線高架橋采用現澆箱梁結構形式，主線第五十三聯至五十九聯，跨徑組合為3×30m。均為3跨預應力混凝土等截面單箱六室連續箱梁，箱梁梁高均為2.0m，各聯箱梁在中墩頂處設置厚度為2.5m的中橫梁，端橫梁設置厚度為2.2m，考慮曲線影響各跨中跨中均設置厚度為0.3m的橫隔板。箱梁橫斷面采用單箱六室結構，頂板寬33.5m，底板寬24.5m，橋面板懸臂長3.52m，懸臂根部至底板邊緣水平距離為0.98m，懸臂板端部厚度為20cm，根部厚度為60cm。箱梁頂板厚度為25cm。底板厚度22cm，腹板厚度變化過渡長度為6.0m，腹板厚度由跨中段45cm漸變至兩端的90cm，底板厚度變化過渡長度為6.0m，底板厚度由跨中22cm漸變至兩端50cm。

2、支架體系

滿堂式碗扣支架體系由支架基礎（厚30cm灰土，10cm砼面層）、Φ48×3.5mm碗扣立桿、橫桿、斜撐桿、可調節頂托、底托、10cm×10cm方木，底板、翼緣板下采用[12.6型鋼做橫向分配梁，邊腹板外側下采用10cm×10cm方木做底層分配梁。模板采用1.5cm竹膠板。具體布置如下：

1）縱向方木布置間距：

（a）腹板下方木間距0.2米。（b）橫梁下方木間距 0.2米。

（c）箱室下方木間距0.3米。 （d）翼緣板下方木間距0.3米。

2）碗扣支架立桿布置間距（縱距×橫距）：

（a）端橫梁范圍布置間距：0.6×0.6米。（b）橫膈板范圍布置間距：0.9×0.3米。

（c）腹板范圍布置間距：0.9×0.3米。（d）箱室、翼緣板范圍布置間距：0.9×0.9米。

3、驗算

3.1荷載作用標準值及組成

3.2支架體系受力計算

3.2.1面板驗算

面板采用15mm厚的竹膠板，其下用10cm×10cm的方木作為小肋，腹板下中心間距取20cm，在端橫梁處均加密為20cm，空箱及翼板下中心間距取30cm，邊腹板外側豎肋方木中心間距取30cm。15mm厚竹膠板抗彎強度設計值[σ]=35MPa，彈性模量為E=9898MPa=9898N/mm2。按《建筑施工模板安全技術規范》附表A.5查得。

荷載組成（2.0m梁高段）：

箱室模板（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.3m；1m；32.1 kN/m；21.5 kN/m。

翼緣板模（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.3；1m；27.4kN/m；17.6 kN/m。

腹板模板（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.2m；1m；71.1kN/；54 kN/m。

橫梁模板（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.2m；1m；71.1kN/m；54kN/m。

根據荷載組成結果，0.2m跨徑模板按照線荷載較大的2.0m梁高腹板及橫梁線荷載進行驗算，0.3m跨徑模板按照線荷載較大的2.0m梁高箱室線荷載進行驗算

3.2.1.1 0.2m跨徑模板驗算

3.2.1.2 0.3m跨徑模板驗算（計算方法同于3.2.1.1）

3.2.2方木驗算

竹膠板底部采用10cm×10cm方木，縱向間距空箱及翼緣板下為30cm，在橫梁及腹板處加密為20cm。按三跨連續梁計算。根據《簡明施工計算手冊》查的，木材的力學指標取下值（按照紅松順紋計算）：[σ]=13MPa，[τ]=1.4MPa，

荷載組成（2.0m梁高段）：

箱室方木（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.9m；0.3m；9.63 kN/m；6.45 kN/m。

翼緣方木（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.9m；0.3m；8.22kN/m；5.28 kN/m。

腹板方木（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.9m；0.2m；14.22kN/m；10.8 kN/m。

橫梁方木（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.6m；0.2m；14.22kN/m；10.8kN/m。

根據荷載組成結果，0.6m跨徑與0.9m跨徑方木最大線荷載相同，即驗算0.9m跨徑方木即可，按照線荷載較大的2.0m梁高腹板線荷載進行驗算

3.2.3橫橋向[12.6型鋼驗算

3.2.3.1 0.9m跨徑橫橋向[12.6型鋼驗算

3.2.3.2 0.6m跨徑橫橋向[12.6型鋼驗算（計算方法同于3.2.3.1）

3.2.3.3 0.3m跨徑橫橋向[12.6型鋼驗算（計算方法同于3.2.3.1）

3.2.4外側腹板支架驗算

3.2.4.1荷載標準值

新澆筑混凝土對模板的最大側壓力計算，查《簡明施工計算手冊》得

3.2.4.2側模板驗算

面板采用15mm厚的竹膠板，其下縱向布置10cm×10cm的方木作為小肋，箱室及橫梁段間距均取30cm。15mm厚竹膠板抗彎強度設計值[σ]=35MPa，彈性模量為E=9898MPa=9898N/mm2。按《建筑施工模板安全技術規范》附表A.5查得。

荷載組成：

箱室側模板（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.3m；1m；49.28 kN/m；36.4 kN/m。

橫梁側模板（跨徑，間距，強度計算荷載，剛度計算荷載）：0.3m；1m；49.28 kN/m；36.4 kN/m。

3.2.4.2.1 0.2m跨徑模板驗算（計算方法同于3.2.1.1）

3.2.4.2.2 縱向方木小楞驗算（計算方法同于3.2.2）

3.2.4.2.3 豎向方木驗算（計算方法同于3.2.2）

3.2.4.2.4 斜腹板支撐鋼管驗算

斜撐鋼管采用Φ48×3.5mm鋼管，豎向布置間距為60cm，縱向布置間距與對應立桿相同，并與立桿用扣件連接。

荷載組成：

箱室段（斜撐網格尺寸，斜撐荷載）：0.6×0.9m；26.61 kN。

橫梁段（斜撐網格尺寸，斜撐荷載）：0.6×0.6m；17.74 kN。

Nmax=26.61kN

根據直角扣件和旋轉扣件的扣件抗滑移承載力設計值，每個扣件承載力為8KN ，現場實施時按照φ48*3.5斜撐鋼管安裝4個扣件，乘0.9的折減系數為4*8*0.9=28.8，單根鋼管承受荷載26.61KN <28.8KN驗算滿足要求。

3.2.5立桿驗算

荷載組成（2.0m梁高段）：

箱室段（立桿網格尺寸，立桿荷載）：0.9×0.9m；26.0 kN。

翼緣板段（立桿網格尺寸，立桿荷載）：0.9×0.9m；22.19kN。

腹板段（立桿網格尺寸，立桿荷載）：0.9×0.3m；19.20 kN

橫梁段（立桿網格尺寸，立桿荷載）：0.6×0.6m；25.60 kN

Nmax=26.00kN

按Φ48×2.5mm鋼管驗算：

鋼管計算采用外徑48mm，壁厚2.5mm，截面特性，A=3.574㎝2，慣性矩I=9.276cm4，回轉半徑i=1.611cm

根據《建筑施工碗扣式支架安全技術規范》JGJ166-2008 第5.6.3條規定：

L0=h+2a

h為橫桿步距，a為立桿伸出頂層水平桿長度，取30cm

L0=h+2a=1.2+0.3×2=1.8m

鋼管長細比λ=L0/i=180/1.611=111.7<[λ]=230取λ=112；

軸心受壓桿件，查附錄E，可知穩定系數φ=0.502

滿足要求。

3.3地基承載力驗算

箱梁地基處理方法：將表層松散回填土挖出翻曬，回填碾壓，平整，然后在處理的回填土上分層碾壓鋪筑30cm厚6%灰土。基底處理平整后，鋪裝10cm厚C20混凝土。

分別對混凝土硬化層抗壓強度驗算，石灰土頂層，石灰土底層抗壓強度驗算。（石灰土頂層允許值，參考值400KPa，石灰土底層允許值，參考值100KPa）

3.4抗風載整體穩定性驗算

風荷載轉化為節點荷載參考《腳手架結構計算及安全梁體及圍擋風荷載計算

Wk=0.7μz·μs·ω0

式中：Wk—風荷載標準值（KN/m2）；

μz—風壓高度變化系數，查《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ166-2008）附錄D，按照B類地區，參考10m高度約為1.0

μs—風荷載體型系數，查《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》（JGJ166-2008）P12頁4.3.2第一條， 。當 為密目式安全網擋風系數，取0.8； ；當 為實體，取1.0；

ω0—基本風壓值，查找《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）附錄E-5標，參考本地區，取50年重現期，取值0.45kN/m2

梁體風荷載

圍擋風荷載

技術》第四節模板支撐架的設計及計算：

W1=（Wk梁+Wk圍）·S格·γ

S格=1.2×0.9㎡，支架步距1.2m，縱向間距0.9m；

γ=1.4，可變荷載安全系數。

W1=（0.41+0.33）*1.2*0.9*1.4=1.12KN

依據力的平行四邊形關系，Wv=120/90×W1=120/90*1.12=1.49 KN

Wx= =（0.9^2+1.2^2）^0.5/0.9*1.12=1.87KN

根據現場實際檢驗，支架鋼管壁厚以2.5mm計算，i=（D^2+d^2）^0.5/4

=（48^2+43^2）^0.5/4=16.11mm，A=（D^2-d^2）π/ 4=（48^2-43^2）*3.14/4=357.2mm2。

斜桿強度計算：

斜桿長細比： =120/1.611=74.5<[λ]=250，查《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》附錄E：Q235A鋼管軸心受壓構件的穩定系數得φ=0.752

斜桿承載力：Nx=φ·A·f=0.752×357.2×205=55066N=55KN> Wx，采用旋轉扣件連接斜桿，其承載力為8 KN> Wx，故滿足要求。

四、結語

現澆箱梁的滿堂支架專項方案必須經過專家論證評審，經修改完善后實施。市場上的碗口桿件的壁厚往往達不到規范要求，在此情況下更需要工程技術人員對進場的桿件的承受力（安全狀態的臨界值）需重新驗算，使安全處于可控狀態。施工前特別需要對進場的材料尺寸、規格進行認真細致地檢查，同時應對施工班組進行詳細的技術交底。

作者簡介：盧兵 1974年12月，大專，工程師

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