宣寧高速GK0+161.31匝道橋現(xiàn)澆箱梁滿堂支架設計

摘要：本文以宣寧高速GK0+161.31匝道橋為例，介紹了現(xiàn)澆箱梁施工中滿堂支架的設置方案，并對滿堂支架各部分進行受力荷載驗算，并提出施工時注意事項，以保證工程的安全、質量、進度等。

關鍵詞：現(xiàn)澆箱梁支架 荷載 驗算 注意事項

0 引言

隨著橋梁工程的發(fā)展，對橋梁的施工安全要求越來越重視，如果對鋼構件的受壓區(qū)處理不到位，會引發(fā)失穩(wěn)現(xiàn)象。所以，在設計鋼結構的過程中，處理好其穩(wěn)定性是設計的關鍵。

需要對鋼壓桿的穩(wěn)定性能進行分析，通過穩(wěn)定性分析理論，以及科學的分析方法，同時對各種影響因素進行分析，進而科學合理的分析模型，通過可靠的手段確保結構的穩(wěn)定度。現(xiàn)結合宣寧高速GK0+161.31匝道橋現(xiàn)澆連續(xù)箱梁支架設計荷載驗算，對現(xiàn)澆箱梁支架荷載分布規(guī)律進行初步分析。

1 工程概況

宣寧高速公路七合同段GK0+161.31匝道橋，上部構造為20m現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，跨徑為（4×20）+（4×20）m，共兩聯(lián)箱梁。橋梁起點樁號為GK0+081.31，終點樁號為GK0+244.31，全長163m。箱梁高1.4m，頂板厚25cm，腹板厚50cm，翼緣板寬2m，梁體自重101.2×2.5=253t（單跨）。瀝青混凝土橋面鋪裝，橫向坡度2～8%，縱向坡度2%～4%。下部結構為柱式墩臺，混凝土灌注樁基礎。該橋橫、縱坡變化大，施工難度較大。

2 施工方案

在施工過程中，按照從上到下的順序，采用φ48×3.5mm碗扣式鋼管滿堂支架，支架依次為竹膠板、橫向方木、縱向方木，其規(guī)格分別為厚1.5cm、10×10cm、10×10cm，另外還有碗扣支架。在間距方面，立桿的縱向間距、橫向間距腹板下、翼緣板下、豎向步距等分別為90cm、 60cm、90cm、120cm。通常情況下，結合構造的實際情況，需要設置相應的縱向剪力斜撐，并且剪力斜撐需要用φ48×3.5mm普通鋼管進行處理，碗扣式鋼管需要通過活動扣件進行連接。為了減小支架的沉降變形量，在30×30cm橫向基礎墊梁上支撐立桿可調底座。

進行支架施工前，先完成橋墩基坑的分層回填，并確保達到的壓實密實，然后根據(jù)不同的地面情況進行不同的處理，清表后用50cm弱風化頁巖碾壓處理，壓實度以93%控制（如地面高差變化大，可進行臺階硬化處理）。場地周邊作截水溝，并用砂漿作封閉處理。

通常情況下，分兩次對連續(xù)梁進行澆筑施工：第一次在腹板與頂板交接處（h=0.90m）以下澆筑混凝土，當?shù)谝淮螡仓幕炷翉姸冗_到設計的相關要求后，再進行第二次混凝土澆筑，直到澆筑完整個箱梁的混凝土。由于連續(xù)梁是分兩次澆注的，所以模板及橫向方木只對混凝土澆注的強度、剛度進行驗算，而立柱則需要對強度、剛度、穩(wěn)定性進行驗算。

3 荷載驗算

3.1 檢算依據(jù)及主要受力荷載情況

支架取一跨為代表進行計算，箱梁斷面見圖1。因支點處有橫梁，梁體自重最大，支架最不利，故取支點斷面驗算，第一次澆筑完箱梁截面面積扣除翼緣板S=4.095m2，現(xiàn)澆鋼筋砼取密度為26kN/m3。則：

梁體自重q/a=4.095×26/4.55=23.4kN/m2；

混凝土振搗q/b=2.0kN/m2；

模板自重q/c=0.5kN/m2；

施工人員及機具q/d=2.5kN/m2；

傾倒荷載：2.0×1.0=2.0kN/m2；

總荷載：Ga=23.4+2+0.5+2.5+2=30.4kN/m2；

qa=30.4×1.2=36.48kN/m2（取1.2安全系數(shù)） （用于模板方木檢算）

3.2 模板檢算

模板采用1.5cm竹膠板，板下為間距30cm（中到中）的10×10cm橫向方木，橫向方木下設10×10cm縱向方木（間距同立桿間距）。

底模竹膠板驗算：以每m寬為計算單元，按支點斷面計算則：

qa=36.48kN/m；I=bh3/12=1×0.0153/12

=2.81×10-7m4；

W=bh2/6=1×0.0152/6=3.75×10-5m3；

M=mql2=0.078×36.48×0.302=0.256kN.m（其中m取五跨均布荷載跨中最不利受力彎矩系數(shù)，m=0.078）

σ=M/W=0.256×103/（3.75×10-5）

=6.83MPa<[σ]=12Mpa

f=λqal4/（100EI）

=0.644×36.48×0.304/（109×2.81×10-7）

=0.67mm

（其中λ取五跨均布荷載跨中最不利受力撓度系數(shù)，λ=0.644，以下同）

故1.5cm竹膠板滿足要求。

3.3 橫方木檢算

q1=36.48×0.30=10.94kN/m；

I=bh3/12=0.1×0.13/12=8.33×10-6m4；

W=bh2/6=0.1×0.12/6=1.67×10-4m3；

M=mql2=0.078×10.94×0.92=0.69kN.m（其中m取五跨均布荷載跨中最不利受力彎矩系數(shù)，m=0.078）

σ=M/W=0.69×103/（1.67×10-4）=4.13MPa<[σ]=13Mpa

f=λqal4/（100EI）=0.644×10.94×0.94/（109×8.33×10-6）=0.55mm<900/400=2.25mm

故橫向方木檢算滿足要求。

3.4 縱向方木檢算

支架縱向方木（0.6×0.9m和0.9×0.9m，腹板下橫向為0.6m，其他地方橫向為0.9m），按支點斷面計算（支點斷面梁體最重），方木間距取0.9×0.9m，如支點斷面滿足要求則普通斷面均滿足要求；

q4=36.48×0.9=32.83kN/m；

I=bh3/12=0.1×0.13/12=8.33×10-6m4；

W=bh2/6=0.1×0.12/6=1.67×10-4m3；

M=mq4l2=0.078×32.83×0.92=2.07kN.m；（其中m取五跨均布荷載跨中最不利受力彎矩系數(shù)，m=0.078）

σ=M/W=2.07×103/（1.67×10-4）=12.42MPa <[σ]=13Mpa

f=λq4l4/（100EI）=0.644×32.84×0.94/（100×107×8.33×10-6）=1.67mm<900/400=2.25mm。

故縱向方木滿足要求。

3.5 碗扣立桿鋼管檢算

由于支點斷面梁體最重，所以需要根據(jù)支點斷面進行計算，支點處箱梁截面面積扣除翼緣板S=6.37m2，現(xiàn)澆鋼筋砼取密度為26kN/m3。則：

梁體自重q/a=6.37×26/4.55=36.4kN/m2；

混凝土振搗q/b=2.0kN/m2；

模板自重q/c=0.5kN/m2；

施工人員及機具q/d=2.5kN/m2；

傾倒荷載：2.0×1.0=2.0kN/m2；

支架自重q/e=3kN/m2。

總荷載：Gb=36.4+2+0.5+2.5+3+2=46.4kN/m2；

qb=46.4×1.2=55.68kN/m2（取1.2安全系數(shù)）

3.5.1 承載力驗算

支點碗扣支架設計為立桿間距0.9×0.9m，橫桿步距1.2m，取5跨，每跨共計N=4.55×4.5=20.475m2，整跨總受力為F=20.475×55.68=1140.05kN。

根據(jù)碗扣式腳手架設計荷載：φ48×3.5mm

普通鋼管：A=4.893cm2

I=π（D4-d4）/64=12.19cm4

W=0.0982（D4-d4）/D=5.08cm3

查《路橋施工計算手冊》得A3鋼力學性質：

[σ壓] =140MPa E=2.1×105MPa

立桿間距0.9m×0.9m，則立桿數(shù)為：n=7×（4.5/0.9+1）=42根

每根碗扣承載力為：N=1140.05/42=27.14kN

σ壓=N/A=27.14/（4.893×10-4）=55.5Mpa<[σ壓]

=140MPa

故滿足要求。

3.5.2 碗扣立桿局部穩(wěn)定性檢證：

碗扣鋼管規(guī)格為內徑r=0.02225m，外徑R=0.024m

則：I=3.14×（R4-r4）/4=10.78×10-8m4

A=3.14×（R2-r2）=4.24×10-4m2

γ=（I/A）/2=0.0159m；λ=1.2/0.0159=75

由λ=75，查穩(wěn)定性系數(shù)表中查出：φ=0.682

則[N]=ΦA[σ]=0.682×424×[215]=62.2kN

鋼管承受的重量為：

N=27.14kN<[N]=62.2kN

故單根立桿穩(wěn)定性滿足要求。

3.5.3 碗扣立桿整體穩(wěn)定性檢證

利用空間有限元軟件midas2010對滿堂支架進行建模處理。采用板單元對竹膠板進行處理，并且在其上方進行均勻荷載，同時對支架立桿和橫桿借助梁單元進行處理。立桿縱向間距、橫向間距腹板底分別為0.9m、0.6m，其他地方的間距控制在0.9m。數(shù)量方面，全支架離散單元中板單元、梁單元分別為230個和10625個。本次屈曲分析選取3個模態(tài)，各階模態(tài)屈曲分析臨界荷載值下表：

故支架整體穩(wěn)定滿足要求。

3.6 普通支架基礎及地基承載力驗算

本橋位處地基容許承載力為[σ]=180Kpa，支架基礎采用30×30條石墊塊（強度達30Mpa以上），墊塊基礎底采用C20混凝土澆注10cm墊層。

墊塊底σ1=N/A=27.14÷（0.3×0.3）=301.56Kpa

沖切角以45°通過混凝土墊層向下擴散到地基土中，則該處地基附加應力為：

σh=LBσ1/[LB+（L+B+4/3×htanθ）×htanθ]

=0.3×0.3×301.56/[0.3×0.3+（0.3+0.3+4/3×0.1×tan45°）×0.1×tan45°]=38.59Kpa

地基土容重按γ=18kN/m3，

σH=σh+γ×h=38.59+18×0.5=47.59Kpa，

[σH]=180kpa≥σH /kb=47.59÷0.5=95.18Kpa

滿足要求。

通過驗算可知，在做現(xiàn)澆支架方案時，不僅要對結構剛度和強度進行驗算，支架的局部和整體穩(wěn)定都滿足需要后，方案才可行。

4 施工注意事項

①施工過程中嚴格遵守施工方案，同時成立安全領導小組，并制定安全制度。

②根據(jù)設計要求對施工現(xiàn)場的材料進行檢驗。

③在施工過程中，確保作業(yè)平臺面積足夠大，同時確保支架的穩(wěn)定性和堅固性，避免出現(xiàn)變形、傾斜、搖晃等現(xiàn)象。

④根據(jù)規(guī)定的相關要求搭設結構，確保支架桿件連的固定性和牢靠性。

⑤支架邊側和側面設置高度大于1.2m的安全網(wǎng)。

⑥如果支架高度超過10m，需要通過攬風繩和斜撐進行處理，同時施工區(qū)域需要設置防護網(wǎng)。

⑦對現(xiàn)場的鋼管、扣件做好驗收，在一定程度上確保施工質量，進入現(xiàn)場的鋼管、扣件要有生產(chǎn)許可證、檢測證明等標識；另外，在搭設過程中，螺栓扭力矩通過扭力扳手進行測定，扭力矩控制在40N·m到65N·m之間。

⑧在不同的框格中設置立桿、水平桿、剪刀撐斜桿接頭， 不應在同步內設置兩根相鄰立桿的接頭，同步內每間隔一根立桿，相隔接頭高度要超過50cm。

⑨砼施工前應做好相應的砼拌合、施工用電、天氣突變等狀況的應急方案。

5 總結

在對現(xiàn)澆箱梁進行澆筑的過程中，技術要點和難點是施工的關鍵，其中較為重要的就是支架的布置和驗算。選擇和布置支架，直接關系到施工的進度和效益，以及工程的質量和安全。

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