敘述現(xiàn)澆橋梁支架強度和穩(wěn)定性的計算

蘇添倫

(貴州省都勻公路工程處)

1 工程概況

位于G321國道廣成線上的得勝橋為兩跨鋼筋混凝土空心板箱梁橋，箱梁采用多孔空心板梁全寬7.5 m，梁高1.15 m，凈跨為16 m，橋面寬8.5 m，橋高20 m，施工方法采用現(xiàn)澆。

2 支架布置及搭設(shè)要求

貝雷鋼管樁組合支架在C20混凝土基礎(chǔ)上搭設(shè)，鋼管樁底部與擴大基礎(chǔ)頂面A3鋼板采用滿焊。為了增加貝雷鋼管樁組合支架的整體穩(wěn)定性，沿縱向用5 cm角鋼設(shè)置橫向剪刀撐。支架搭設(shè)按照現(xiàn)澆空心板梁貝雷鋼管樁組合支架總體施工方案進行。支架搭設(shè)時，應(yīng)先澆注擴大基礎(chǔ)混凝土并預(yù)埋A3鋼板地腳螺栓孔，待擴大基礎(chǔ)混凝土達到一定強度后再進行地腳螺栓和A3鋼板安裝、鋼管樁定位焊接及貝雷架搭設(shè)，鋼管樁頂面設(shè)置A3鋼板，在A3鋼板上設(shè)置兩根I20a型鋼作為拆除貝雷架的臨時支撐平臺。用5 cm角鋼沿縱向與I20a型鋼焊接焊接，用于限制貝雷梁橫向位移。安裝鋼管樁之前應(yīng)對擴大基礎(chǔ)頂面高程進行實測，再根據(jù)實測高程和空心板梁縱向及橫向坡度計算每根鋼管樁的下料長度。支架拆除時，先解除調(diào)平木楔子，拆除底模、加勁方木、縱向、橫向調(diào)坡方木和I20a工字鋼，最后拆除貝雷、I20a型鋼和鋼管樁支架?，F(xiàn)澆空心板梁貝雷鋼管樁組合支架兩側(cè)設(shè)護欄、安全網(wǎng)。外模采用17 mm厚優(yōu)質(zhì)膠合板，模板間接縫采用泡沫止?jié){橡膠條塞縫，安裝模板時應(yīng)確保板縫緊貼，防止出現(xiàn)漏漿，模板下必須設(shè)置通長方木，確保外模平整度及剛度。

3 現(xiàn)澆橋梁支架荷載計算

3.1 荷載計算

(1)混凝土重量

按照空心板梁對應(yīng)的面積，將空心板分為翼板、底板兩部分，按照空心板的A-A、B-B、C-C斷面分別進行支架強度和穩(wěn)定性驗算，見表1。

表1 各斷面每延米鋼筋混凝土重量G1值

(2)模板重量

G2=6×0.037=0.222 kN/m2(底模17 mm厚，底模下方木板20 mm厚)，在空心板縱向長度每延米范圍內(nèi)各斷面每延米模板面積S值如表2。

表2 各斷面每延米模板面積S值

(3)方木重量

①加勁方木重量:0.12×0.12×6=0.086 kN/m;

②調(diào)平木楔子重量:2×0.12×0.12×0.25×6=0.044 kN/個。

(4)貝雷支架

根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的1.5×3.0型貝雷片重量為270 kg/片，加上支撐架、貝雷銷子后按350 kg/片計算。

3.2 橫梁I20a工字鋼受力驗算

回轉(zhuǎn)半徑:i=8.16 cm、慣性矩:I=2 369 cm4、截面抵抗彎矩:W=236.9 cm3，E=2.1×105MPa，A3鋼軸向容許應(yīng)力【σ】=140 MPa，A3鋼彎曲容許應(yīng)力【σ】=145 MPa，A3鋼容許剪應(yīng)力【Q】=85 MPa

(1)底板部分各種荷載計算

現(xiàn)澆空心板梁變截面段由A-A斷面漸變?yōu)镃-C斷面，僅驗算C-C截面最不利荷載:

混凝土重量G1=2.85×0.85×26=62.985 kN

模板重量G2=2.85×0.222=0.633 kN

方木和木楔重量G3=7×0.086+7×0.044=0.91 kN施工荷載G4=2.5×2.85=7.125 kN

傾倒和振倒混凝土荷載:G5=6.0×2.85=17.1 kN

(2)強度驗算

當施工荷載均布時，可近似按2跨等跨連續(xù)梁計算，即:

L=2.85 m，q1=［1.2(G1+G2+G3)+1.4(G4+G5)］/L=39.07 kN/m，Mmax=0.070q1L2=22.2 kN/m

當施工荷載集中于跨中時，按2等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:q2=［1.2(G1+G2+G3)+1.4 G5］/L=35.57 kN/m，集中設(shè)計荷載P=1.4×7.125=9.98 kN，Mmax=0.070q2L2+0.156PL=24.66 kN/m?？梢姡┕ず奢d集中于跨中時彎距最大σ=Mmax/Wx=24.66×103/236.9=104.09 MPa＜【σ】=145 MPa，強度滿足設(shè)計要求。

(3)剪力驗算

當施工荷載均布時，可近似按2跨等跨連續(xù)梁計算，即:L=2.85 m，Q1=0.625q1L=69.59 kN，當施工荷載集中于跨中時，按2等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:Q2=0.625q2L+0.688P=70.23 kN可見，當施工荷載集中于跨中時剪力最大，所以:Qmax=70.23 kN ＜【Qmax】=85 kN，剪力滿足設(shè)計要求。

(4)剛度驗算

f=0.521q2L4/(100EI)+0.911PL3/(100EI)=0.028 mm＜［f0］=(L/400)=7.125 mm，剛度滿足規(guī)范要求。

3.3 底模板及加勁方木設(shè)計與驗算

(1)荷載計算

底模受力驗算以C-C斷面(最不利荷載)計算，底模采用1.7 cm厚竹膠板，竹膠板下鋪2 cm厚杉木板，底板加勁方木斷面采用12×12 cm、橫向間距50 cm。

模板自重:a=0.222 kN/m2;鋼筋混凝土自重:b=22.1 kN/m2;

施工荷載:c=2.5 kN/m2(集中荷載P=2.5 kN);

傾倒和振倒混凝土荷載:d=6.0 kN/m2。

(2)底模板強度驗算

當施工荷載均布時，可近似按4跨等跨連續(xù)梁計算，即取L=0.5 m，q1=［1.2(a+b)+1.4(c+d)］×0.5/L=38.686 kN/m，Mmax=0.077q1L2=2.979 kN/m，當施工荷載集中于跨中時，按4等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:q2=［1.2(a+b)+1.4d］×0.5/L=35.186 kN/m，集中設(shè)計荷載P=1.4×2.5×0.5=1.75 kN，Mmax=0.077q2L2+0.169PL=0.825 kN/m。可見，施工荷載集中于跨中時彎距最大σ=Mmax/Wx=0.825×103/(1×0.0372/6)=3.6 MPa＜［σ］=15 MPa，強度滿足設(shè)計要求。

(3)底模板剛度驗算

按 L=1 m 計算，E=10 000 MPa，I=1.0 ×0.037 3/12=4.22×10-6m4q3=1.0×(a+b)=22.322 kN/Mf=q3L4/(128EI)=0.4 mm＜［f0］ =(0.5/400)=1.25 mm，剛度滿足規(guī)范要求。

(4)底模板加勁方木受力驗算

混凝土重量G1=0.85×0.5×26=11.05 kN/m2，模板重量G2=0.5×0.222=0.111 kN/m2，加勁方木重量:G3=0.12×0.12×6=0.086 kN/m;施工荷載 G4=2.5 kN/m2，傾倒和振倒混凝土荷載:G5=6.0 kN/m2

L=1.0 m，q=［1.2(G1+G2+G3)+1.4 G5］×0.5/L=10.948 kN/m，集中設(shè)計荷載 P=1.4×2.5×0.5=1.75 kN，當施工荷載均布時，可近似按4跨等跨連續(xù)梁計算，即:

①剪應(yīng)力

當施工荷載集中于跨中時剪力最大，按4等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:Qmax=-0.607qL-0.661P=7.802 kN可見，當施工荷載集中于跨中時剪力最大τmax=3Qmax/2A=(3×780 2)/(2×0.12×0.12)=0.8 MPa＜【τ】=1.4 MPa，剪應(yīng)力滿足設(shè)計要求。

②彎曲應(yīng)力

當施工荷載集中于跨中時彎距最大，按4等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:

Mmax=0.077qL2+0.169PL=0.359 kN/m，σmax=Mmax/W=359/(1/6×0.12×0.122)=1.2 MPa＜【σ】=13 MPa，彎曲應(yīng)力滿足設(shè)計要求;

③最大變形

fmax=5QmaxL4/384EI=(5×780 2×1.04)/(384×10×103×0.12×0.123/12)=0.58 mm ＜【f】=L/400=2.5 mm，剛度滿足規(guī)范要求。

3.4 貝雷支架受力驗算

查貝雷梁相關(guān)規(guī)范得雙排單層貝雷梁容許內(nèi)力為:

【Mmax】=1 576 kN · m，【Qmax】=490 kN，W=7 156 cm3

荷載計算如下:

混凝土自重:G1=14.75×2.85×12=504.45 kN

竹膠板自重:G2=2.85×12×0.222=7.59 kN

方木自重:G3=12×7×0.086=7.224 kN

木楔子重量:G4=0.044×13×7=4.004 kN

施工荷載G5=2.5×3×2.85=21.375 kN

傾倒和振倒混凝土荷載:G6=6.0×3×2.85=51.3 kN

I20a工字鋼自重:G7=13×2.85×0.2791=10.34 kN

貝雷梁可近似按4跨等跨連續(xù)梁計算，即:L=12.0 m，q=［1.2(G1+G2+G3+G4+G7)+1.4G6］/L=59.35 kN/m

集中設(shè)計荷載P=1.4×2.5×3×2.85=29.925 kN

(注:集中荷載作用范圍按3 m計算)

(1)強度計算

當施工荷載集中于跨中時彎距最大，按4等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:

Mmax=0.077qL2+0.169PL=718.761 kN·m ＜【Mmax】=1 576 kN·m，強度滿足設(shè)計要求。

σmax=Mmax/W=718 761/7 156=100.44 MPa＜【σ】=145 MPa，強度滿足設(shè)計要求。

(2)剪力計算

當施工荷載集中于跨中時剪力最大，按4等跨連續(xù)梁計算設(shè)計荷載:Qmax=-0.607qL-0.661P=-452.086 kN＜【Qmax】=490 kN，符合規(guī)范要求。

(3)撓度計算

查貝雷梁相關(guān)規(guī)范得:I=500 994 cm4

f=0.632qL4/(100EI)+1.097PL3/(100EI)=0.079 mm＜［f0］=L/400=30 mm，剛度滿足規(guī)范要求。

4 支架預(yù)壓檢測方案

4.1 布點初測

加載前需對支架基礎(chǔ)頂、支架底和底模頂進行標高布點測量，觀測點布置在地面以及模板底的方木上，以四分之一跨度為縱距，三分之一梁底寬度為橫距分別設(shè)置觀測點。測量點設(shè)在支點、梁跨的1/6、1/3、1/2、2/3和5/6處，橫向均設(shè)3點位。

4.2 加載卸載順序

為加快施工進度，同時保證預(yù)壓效果，不考慮進行整聯(lián)等載預(yù)壓，實行分跨超載預(yù)壓。按照梁體荷載的120%逐跨進行加載，預(yù)壓荷載分期加到支架頂部，加載卸載順序為:按預(yù)壓荷載總重的0→50%→75%→100%→50%→25%→0進行分期加載及分期卸載，并測得各級荷載下的測點的變形值。

4.3 沉降觀測

預(yù)壓觀測48 h(觀測時間以沉降穩(wěn)定為準)，加載完成后每2 h觀測一次，連續(xù)兩次觀測沉降量不超過3 mm，即為趨于穩(wěn)定，改為每6 h觀測一次，沉降穩(wěn)定48 h后，經(jīng)監(jiān)理工程師同意后，即可進行卸載。第一次卸載后停4～6 h，觀測2次。第二次卸載后24 h內(nèi)進行4次觀側(cè)，觀測時要注意地基變化。

［1］ 任永明.現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力橋梁支架的穩(wěn)定性計算［J］.甘肅科技，2006，(3):43-44.

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［3］ 朱新華.滄德特大橋跨石黃高速公路連續(xù)梁施工支架計算分析研究［J］.廣東建筑，2010，(8):10-11.