高墩現(xiàn)澆箱梁新型支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄭江偉　張堯情

(1.中國中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部，貴州貴陽　550000; 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都　610031)

高墩現(xiàn)澆箱梁新型支架設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄭江偉1張堯情2

(1.中國中鐵五局集團(tuán)貴州投資建設(shè)指揮部，貴州貴陽550000; 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031)

摘要:以貴陽東站路4標(biāo)段主線橋工程為例，介紹了大力神高強(qiáng)度碗扣支架進(jìn)行現(xiàn)澆施工的布置方式，并計(jì)算分析了高強(qiáng)碗扣支架的受力情況，通過對比大力神碗扣支架和傳統(tǒng)碗扣支架的差異，指出大力神高強(qiáng)碗扣支架具有強(qiáng)度高、架設(shè)簡單、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:連續(xù)梁橋，大力神碗扣支架，荷載，強(qiáng)度

1　工程概況

貴陽東站路4標(biāo)段主線橋第16聯(lián)里程為K6 + 812～K6 + 918，其跨徑為30 m + 46 m + 30 m。對應(yīng)下部構(gòu)造墩位Pm93～Pm96，設(shè)計(jì)為等高度變寬度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。主梁平面K6 +812～K6 + 866.038位于緩和曲線上，K6 + 866.038～K6 + 918位于R =600的圓曲線上。箱梁的混凝土等級采用C50，因?yàn)槠淇缍炔淮笾ё幗孛娌恍枰貏e加厚高來抵抗負(fù)彎矩對梁受力的影響，所以全橋采用2.8 m的等高度梁，梁截面尺寸為跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為40 cm，端部頂板厚度60 cm，底板厚度55 cm，腹板厚度100 cm。梁截面形式為單箱七室。并分別在頂板和底板設(shè)置1.5%的橫坡。第16聯(lián)設(shè)計(jì)混凝土4 289 m3，鋼筋772 t，預(yù)應(yīng)力筋135 t，支架6.9萬m3。主線橋第16聯(lián)位于路橋重疊區(qū)，路基填筑完成后，進(jìn)行橋梁下部結(jié)構(gòu)施工。路基頂面至箱梁底高度為17.5 m～20.5 m，采用碗扣式支架進(jìn)行現(xiàn)澆施工。

2　支架布置

高強(qiáng)碗扣支架由傳統(tǒng)支架φ48×3.5 mm的Q235鋼材制造變?yōu)椴捎忙?8.3×3.2 mm的Q345鋼材制造，節(jié)間距由原來的60 cm可以擴(kuò)大到180 cm，其布置形式如表1所示，由于節(jié)間距的增大，使得連接節(jié)點(diǎn)數(shù)大幅減少，這不僅使高強(qiáng)碗扣支架在施工上更加快捷高效，也大大降低了連接節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)問題的概率，保證了支架的安全性，同時材質(zhì)性能的提高也使得高強(qiáng)度碗扣支架的承載能力得到較大的提高。其總體布置形式如圖1所示。

表1　大力神碗扣支架的布置

承載能力將直接影響整個支架結(jié)構(gòu)的承載性能。根據(jù)JGJ 166—2008建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范，單肢立桿軸向力計(jì)算公式:

其中，Lx，Ly分別為單肢立桿縱向及橫向間距，m; V為Lx，Ly段的混凝土體積，m3; Q1為模板支架自重標(biāo)準(zhǔn)值，取0.75 kN/m2; Q2為新澆混凝土(包括鋼筋)標(biāo)準(zhǔn)值，混凝土容重取25 kN/m3，按最大荷載梁位置進(jìn)行校核; Q3為振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，取2 kN/m2; Q4為施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值(按均布活荷載取1.0)。

圖1　支架總體布置圖

3　高強(qiáng)碗扣支架受力分析

3.1立桿軸力計(jì)算

碗扣支架立桿因?yàn)槠浣孛嫘偠热?，通常情況下我們只考慮立桿的軸力而不考慮其彎矩，因此立桿的軸向顯得尤為重要，下面將驗(yàn)證不同位置處立桿軸力是否滿足要求。

橫梁位置立桿軸力:

空箱腹板位置立桿軸力:

因此立桿最大軸力:

橫梁位置: F =64.15 +3.616×1.2 =68.49 kN＜84.74 kN，滿足要求。

空箱腹板位置: F = 73.62 + 3.616×1.2 = 77.96 kN＜84.74 kN，滿足要求。

3.2結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

箱梁混凝土荷載q1:鋼筋混凝土單位重25 kN/m3，橫梁實(shí)心段和腹板處q1= 25×2.8 = 70 kN/m2，空腹段q1= 25×0.55 = 13.75 kN/m2，模板荷載q2=0.5 kN/m2，施工荷載q3=1.0 kN/m2，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載q4=2 kN/m2。

橫梁、腹板組合荷載: q = ( q1+ q2)×1.2 + ( q3+ q4+ q5)× 1.4 = ( 70 +0.5)×1.2 + ( 1 +2)×1.4 =88.80 kN/m2。

空箱頂板、底板組合荷載: q =( q1+q2)×1.2 +( q3+q4+q5)× 1.4 = ( 13.75 +0.5)×1.2 + ( 1 +2)×1.4 =21.30 kN/m2。

3.3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

大力神碗扣支架的傳力順序?yàn)椤暗啄！v向方木→U型鋼→碗扣支架→基礎(chǔ)”，假定基礎(chǔ)所受荷載等于碗扣桿件自重與其桿件所受上部荷載之和，經(jīng)過了這種假定，基礎(chǔ)上的荷載分布就與支架頂端的荷載分布規(guī)律相同，碗扣支架對荷載分布不起作用，為確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)假定對大力神碗扣支架各受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。大力神支架驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。

表2　大力神支架受力驗(yàn)算結(jié)果

3.4支架立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

大力神碗扣式支架由φ48.3×3.2 mm鋼管制成，圓環(huán)面積A =482.8 mm2。1)回轉(zhuǎn)半徑:

2)截面抵抗矩:

3)慣性矩:

大力神DURALOK支撐系統(tǒng)中，選用的鋼管尺寸為直徑48.3 mm，壁厚3.2 mm，材質(zhì)選用為Q345鋼，根據(jù)壓桿穩(wěn)定條件:

其中，l = 1.5 + 2×0.35 = 1.85，λ=

4　風(fēng)荷載檢算

經(jīng)上計(jì)算，在靜荷載作用下，大力神碗口支架剛度、強(qiáng)度均能滿足要求，故下面介紹在風(fēng)荷載情況下，大力神支架的受力情況，貴州貴陽地區(qū)風(fēng)壓w0=0.35 kN/m2，每根立桿的風(fēng)荷載為:

支架立桿的計(jì)算長度為l =1.076 +2×0.35 =1.776 m。

其中，鋼管的抗彎截面模量:

大力神碗扣支架受風(fēng)荷載內(nèi)力圖如圖2所示。

圖2　大力神碗扣支架內(nèi)力圖

5　地基驗(yàn)算

5.1地基承載力計(jì)算

基層填筑完畢后，在表面澆筑20 cm標(biāo)號C20混凝土，同時為了避免底部支架面積小導(dǎo)致混凝土基層受力集中，故在支架底托下面墊10 cm×15 cm方木，方木采用橫橋向布置方式，見圖3。

圖3　混凝土基層

立桿最大荷載77.96 kN，地基承載力:

因此，基底處理后，地基承載力不得小于258 kPa。

5.2素混凝土抗沖切驗(yàn)算

素混凝土沖切破壞表現(xiàn)為在撓度陡增的時候荷載驟降是一種脆性破壞，經(jīng)常發(fā)生在基礎(chǔ)變階處以及上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的接觸處，在實(shí)際中應(yīng)盡量避免，現(xiàn)對混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行抗沖切驗(yàn)算，如圖2可知長度a =150 mm，寬度b =150 mm，板厚h0=200 mm，混凝土強(qiáng)度等級C20，fc=9.6 N/mm2，ft=1.1 N/mm2，按下式驗(yàn)算:

F =77.96 kN≤0.7×βh×ft×η×Um×ho= 215.6 kN，滿足要求。

其中，βh為受沖切承載力影響系數(shù)，當(dāng)h≤800 mm時，βh取1.0;當(dāng)h≥2 000 mm時，βh取0.9，其間按線性內(nèi)插法取值; ft為混凝土軸心抗拉設(shè)計(jì)值; h0為沖切破壞時椎體的有效高度; Um為沖切破壞時椎體一側(cè)計(jì)算長度。

6　結(jié)語

大力神碗扣支架是由云南大力神金屬有限公司生產(chǎn)的強(qiáng)度大8.103。

查表得Q345的折減系數(shù)值為0.996( GB 50018冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范)。于普通碗扣支架的支撐系統(tǒng)，其直徑48.3 mm，壁厚為3.2 mm，由Q345材質(zhì)的鋼管制造而成，文章通過貴陽市東站路4標(biāo)段主線橋第16聯(lián)連續(xù)梁橋的滿堂式支架的施工對比分析了高強(qiáng)碗扣支架與傳統(tǒng)碗扣支架的差異，得到如下結(jié)論:

1)高強(qiáng)度碗扣支架采用Q345材質(zhì)并且兩端的橫桿由鍛鋼制造，使得其承載能力相比于傳統(tǒng)支架大大提高;

2)高強(qiáng)度碗扣支架的立桿、橫桿可以根據(jù)工程實(shí)例中具體的需要靈活搭接，具有更強(qiáng)的實(shí)用性;

3)節(jié)間距更大的特點(diǎn)也使得高強(qiáng)度碗扣支架在材料，工作量和經(jīng)濟(jì)上都有可觀的縮減，縮短了工期節(jié)約了人力物力財力，并且降低了節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題的幾率，提高了結(jié)構(gòu)的安全性能;

4)高強(qiáng)度碗扣支架考慮了剪刀撐的特殊構(gòu)造結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性;且桿件沒有零散的構(gòu)件，使得桿件不易丟失。

參考文獻(xiàn):

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［6］JTJ 215—98，港口工程荷載規(guī)范［S］.

Design and application of the high pier cast-in-situ box girder new support

Zheng Jiangwei1Zhang Yaoqing2
( 1.Investment and Construction Headquarters of Guizhou Province，China Railway No.5 Engineering Group Co.，Ltd，Guiyang 550000，China; 2.School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)

Abstract:Taking the main bridge project at No.4 Section in Dongzhan Road of Guiyang as the example，the paper introduces the allocation approach for the cast-in-place construction of Hercules high-strength bowl support，calculates and analyzes the stress of the high-strength bowl support，and points out the support has high strength，simple erection and high safe coefficient by comparing the Hercules bowl support and the traditional bowl support.

Key words:continuous beam bridge，Hercules bowl support，loading，strength

作者簡介:鄭江偉(1977-)，男，工程師;張堯情(1991-)，男，在讀碩士

收稿日期:2015-11-24

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0184-03

中圖分類號:U445.35

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A