鐵路連續(xù)梁橋現(xiàn)澆段支架驗(yàn)算分析

王炳軍

(浙江明康工程咨詢有限公司)

1 引言

在地質(zhì)條件良好、墩高較小的情況下，滿堂支架法是一種簡(jiǎn)單易行的施工方法，在我國(guó)的橋梁施工中廣泛地應(yīng)用了這種方法。以往對(duì)支架進(jìn)行驗(yàn)算是將支架中的橫梁按照三跨連續(xù)梁或者是簡(jiǎn)支梁的模式來進(jìn)行計(jì)算的，這樣的模擬與真實(shí)的情況就有較大的差別，首先真實(shí)的橫梁應(yīng)該是多跨連續(xù)梁的形式，另外約束方式也有很大差別，這就導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值有大的出入，對(duì)一在建的連續(xù)梁邊跨現(xiàn)澆段支架分別按照解析法和有限元法進(jìn)行驗(yàn)算，并且對(duì)兩種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，能夠?yàn)橥N施工方法的支架驗(yàn)算提供參考。

2 工程概況

以某連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑯蚩绮贾脼?8 m+96 m+58 m，主梁為單箱單室構(gòu)造，邊跨現(xiàn)澆段施工采用滿堂支架的形式，支架施工方法為。

(1)地基處理，待下部承臺(tái)回填夯實(shí)后，對(duì)原地面以下1 m內(nèi)用碎石土進(jìn)行換填，采用分層換填法，每層厚度不超過30 cm，地基處理的范圍為現(xiàn)澆段平面輪廓外加1 m工作面。換填完成后由試驗(yàn)人員對(duì)處理后的地基進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，以保證地基承載能力不小于150 kPa。換填完成后地基表面澆筑20 cm厚C25混凝土。

(2)滿堂支架施工，地基處理完成后即開始進(jìn)行現(xiàn)澆段滿堂支架的搭設(shè)。立桿采用Φ48×3.5 mm鋼管，腹板下立桿間距為30×60 cm(橫向×縱向)，橫桿豎向步距為120 cm;底板下立桿間距為60×60 cm(橫向×縱向)，橫桿豎向步距為120 cm;翼緣板下立桿間距為90×60 cm(橫向×縱向)，橫桿豎向步距為120 cm。碗扣式腳手架搭設(shè)完成后在立桿頂端分別安裝橫向和縱向木枋，縱向木枋頂面平鋪木膠板底模。滿堂支架布置及荷載取值如圖1、圖2所示(單位：cm)。

圖1 滿堂支架平面布置圖

圖2 現(xiàn)澆段箱梁斷面圖

3 支架驗(yàn)算的解析法

3.1 支架荷載組合

(1)強(qiáng)度荷載組合按照1.2×恒載+1.4×活載進(jìn)行。

(2)剛度荷載組合按照1.0×恒載進(jìn)行。

3.2 木枋受力驗(yàn)算

縱向、橫向木枋受力驗(yàn)算

(1)按照腹板下荷載作用力計(jì)算，木枋的分配梁計(jì)算跨度設(shè)為600 mm(中心間距)。

(2)按照底板下荷載作用力計(jì)算，木枋的分配梁計(jì)算跨度設(shè)為600mm(中心間距)。

(3)按照翼緣板下荷載作用力計(jì)算，木枋的分配梁計(jì)算跨度設(shè)為600mm(中心間距)。

縱向木枋強(qiáng)度和剛度滿足要求。

同理，橫向木枋強(qiáng)度和剛度滿足要求。

3.3 立桿驗(yàn)算

(1)腹板處計(jì)算

單肢立桿軸力計(jì)算：N=151.2 ×0.3 ×0.6=27.22 kN

立桿強(qiáng)度驗(yàn)算

立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

碗扣式支架立桿豎向位移計(jì)算

(2)底板處計(jì)算

單肢立桿軸力計(jì)算：N=35.77 ×0.6 ×0.6=12.88 kN

立桿強(qiáng)度驗(yàn)算

立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

碗扣式支架立桿豎向位移計(jì)算

(3)翼緣板處計(jì)算

單肢立桿軸力計(jì)算：N=32.67 ×0.6 ×0.6=17.64 kN

立桿強(qiáng)度驗(yàn)算

立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

碗扣式支架立桿豎向位移計(jì)算

3.4 地基承載力計(jì)算

由以上計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，腹板處單肢立桿軸力最大，Nmax=27.22 kN，立桿下鋼墊片長(zhǎng)度為 0.15 m，混凝土厚度為0.2 m，則立桿下混凝土承載力

故地基承載力滿足要求。

4 支架驗(yàn)算的有限元法

4.1 有限元模型的建立

應(yīng)用midas軟件對(duì)滿堂支架建立有限元模型，建立模型時(shí)，以順橋向里程增大方向?yàn)閄軸的正向，立桿軸向向上為Z軸正方向。頂層模板應(yīng)用平面應(yīng)力單元，木枋、立桿應(yīng)用一般梁?jiǎn)卧瑵仓炷翍?yīng)用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元。該支架模型共應(yīng)用了6 928個(gè)節(jié)點(diǎn)，15 250個(gè)單元。

4.2 有限元分析結(jié)果

(1)有限元模型計(jì)算的縱向木枋的應(yīng)力和變形結(jié)果如下圖3～圖4所示。

(2)由于缺少滿堂支架下部基礎(chǔ)的實(shí)測(cè)彈性模量等數(shù)據(jù)，所以有限元模型中未建立地基部分的模型，地基承載力由有限元模型計(jì)算出的立桿軸力進(jìn)行計(jì)算，立桿軸力最大Nmax=19.89 kN，立桿下鋼墊片長(zhǎng)度為 0.15 m，混凝土厚度為0.2 m，則立桿下混凝土承載力：

地基承載力

圖3 縱向木枋應(yīng)力云圖

圖4 縱向木枋變形

故地基承載力滿足要求。

5 支架驗(yàn)算的解析法與有限元法結(jié)果對(duì)比

將該橋滿堂支架解析法驗(yàn)算結(jié)果與有限元法驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比如表1所示。

地基承載力

表1 解析法與有限元法計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表1可知，解析法和有限元法的計(jì)算結(jié)果比較接近，其中縱向、橫向木枋、立桿等構(gòu)件的強(qiáng)度有限元解都比解析解小，豎向變形有限元解則比解析解大，橫向木枋的有限元解比按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算出的容許值略大。

6 結(jié)論

本文結(jié)合一座在建鐵路連續(xù)梁橋邊跨現(xiàn)澆段滿堂支架的施工方法，分別通過解析方法和有限元方法對(duì)滿堂支架進(jìn)行了驗(yàn)算分析，驗(yàn)算了支架縱向木枋、橫向木枋的強(qiáng)度和剛度，立桿的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，最后將兩種方法得出的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，解析解和有限元解比較接近，支架的承載力能夠滿足安全要求。

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［1］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程(TB10110-2011)［S］.中國(guó)鐵道出版社，2011.

［2］陳偉剛，黃勇.桑壩大橋拱橋支架有限元分析［J］.山西建筑，2010，(9).

［3］尹幫奇.獨(dú)木河大橋貝雷拱架靜力分析［J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，(6).