變截面連續梁邊跨現澆段滿堂支架設計

何紅民

中鐵十五局集團第五工程有限公司，河南洛陽 471200

變截面連續梁邊跨現澆段滿堂支架設計

何紅民

中鐵十五局集團第五工程有限公司，河南洛陽 471200

碗扣式滿堂支架具有構造簡單、操作方便等特點，在現澆箱梁的施工中應用較為廣泛，以江北高速公路內荊河特大橋主橋邊跨現澆段為例，詳細介紹碗扣式滿堂支架受力驗算過程，為其他同類型橋梁施工提供參考。

邊跨現澆段；滿堂支架；設計

1 工程概況

江北高速公路內荊河特大橋全長1 392m，橋梁結構型式為23×25m簡支變連續箱梁+（70+120+70）m變截面連續梁+22×25m簡支變連續箱梁，其中主橋為（70+120+70）m變截面連續梁，采用掛籃懸臂施工，邊跨現澆段長度為8.84m，梁高3m，底板寬度為6m，頂板寬度為12.75m，為單箱單室截面，采用碗扣式滿堂支架施工。

2 設計說明

碗扣式支架由可調底托、立桿、橫桿、可調頂托、縱橋向分配梁（15cm×15cm方木）、橫橋向10cm×10cm方木、竹膠板等組成。

地基處理：由于該橋位于江漢河湖沖積平原區，地質主要為軟性黏土，承載力較低，為保證支架基礎具有一定的承載能力，選用40cm青砂和40cm毛渣對原地面挖除換填，并用壓路機進行分層壓實，地基承載力不小于160kPa，然后用20cm厚C20混凝土進行硬化處理。

支架搭設及模板安裝：滿堂支架采用碗扣式鋼管支架，選用外徑48mm，壁厚3.5mm，強度等級Q235A的鋼管。立桿間距橫橋向按照60cm布置（腹板位置加密為30cm），順橋向按照60cm布置（端橫梁位置加密為30cm），橫桿步距為120cm，底層水平桿步距為40cm，頂層水平桿步距為60cm。支架搭設完畢后用15cm×15cm方木作為縱向分配梁（腹板和端橫梁位置間距為30cm，其余部分間距為60cm），在分配梁鋪設10cm×10cm方木（端橫梁位置滿布，其余位置間距為20cm），最后鋪設1.5cm厚竹膠板作為底模。側模采用1.5cm厚竹膠板，豎肋采用10cm×10cm方木，間距為20cm；橫肋采用雙拼Φ48mm鋼管，間距為60cm。為了加強支架整體穩定性，在碗扣支架搭設后，采用扣件式鋼管架設置剪刀撐，其中順橋向設置左右兩側及中間各設一道，橫橋向每4排設置一道。剪刀撐沿支架高度連續設置，隨立桿、橫桿同步進行，剪刀撐保證與地面夾角為45o～60o。剪刀撐扣件間距不大于2m。

3 滿堂支架受力驗算

3.1碗扣支架承載力計算

3.1.1永久荷載

1）模板及支撐架自重標準值1Q：10m以下的支撐架可不計算架體自重，即10Q=。

2）新澆筑預應力鋼筋混凝土自重標準值2Q。

箱梁腹板、底板在各箱室保持一致，可取箱梁結構的翼板邊線至第一個中腹板位置進行計算，箱梁砼容重取25.0kN/m3。

圖1　箱梁A—A斷面荷載分布示意圖（荷載單位：kN，尺寸單位：cm）

3.1.2可變荷載

施工人員及設備荷載標準值3Q：2.0kN/m2；

澆筑和振搗混凝土時產生的荷載標準值4Q：2.0kN/m2。

單肢立桿軸向力和承載力按下列公式計算：

以B-B箱梁斷面處腹板為例進荷載計算：

依次計算其它區段荷載，單根立桿最大軸向荷載為16.402kN。

3.2立桿穩定性驗算

碗扣支架立桿采用外徑48mm，壁厚3.5mm鋼管，面積A＝489mm2，回轉半徑i=15.8mm，截面模量W=4.49×103mm3。抗壓、彎強度設計值f=205MPa，碗扣單根立桿最大軸向力為N=16.402kN，安全系數k≥1.3。

單根立桿強度驗算時，需滿足：

單根立桿穩定驗算時，需滿足：

滿堂碗扣支架立桿計算長度按下式計算：

其中a為立桿伸出頂層水平桿長度，設計控制在60cm，最上2層步距控制在60cm。

由此可查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》(JGJ166-2008)附錄E，可知立桿穩定系數為0.490。

立桿穩定性驗算：

經驗算，碗扣架立桿強度、穩定性滿足設計要求。

4 竹膠板受力驗算

4.1荷載標準值取值

4.2荷載組合

計算模板及支架結構或構件的強度、穩定性應采用荷載設計值即荷載標準值乘以荷載分項系數。

計算正常使用極限狀態變形時，應采用荷載標準值。

強度驗算時：永久荷載分項系數取1.2，可變荷載取1.4。

撓度驗算時：為永久荷載標準值。

4.3底模竹膠板驗算

底模采用15mm厚竹膠板，其下為橫橋方向放置的10cm×10cm方木，端橫梁位置處滿布，其余位置間距為20cm。由于端橫梁位置處滿布，故不需驗算。B—B斷面腹板處最大砼荷載為35.63kN/ m2(21.38/0.6=35.63kN/m2)，底板處最大砼荷載為15.18kN/m2(9.11/0.6=15.18kN/m2)。

4.3.1底板處模板

1）荷載。竹膠板計算時取1.0cm寬板條進行計算，將其荷載轉化成線均布荷載。強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續梁。

圖2

3）內力計算。彎矩：

4.3.2腹板處模板

1）荷載。竹膠板計算時取1.0cm寬板條進行計算，將其荷載轉化成線均布荷載。

強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續梁。

圖3　腹板板處竹膠板受力模型圖（單位：kN/m）

3）內力計算。彎矩：

4.3.3強度驗算

竹膠板抗彎剛度：

彎曲應力：

通過以上計算，σ=5.16MPa<[σ]=35MPa，則底模模板強度滿足施工使用的要求。

4.3.4剛度驗算

混凝土模板用竹膠板慣性矩為：

均布荷載作用下剛度驗算公式，其撓度計算過程如下所示。

通過以上計算可知，f=0.160mm<[f ]=L/400=200/400=0.500mm，則底模模板剛度滿足施工使用的要求。

5 10cm×10cm方木受力驗算

箱梁底板竹膠板下10cm×10cm方木為橫橋方向放置，端橫梁位置處滿布，其余位置間距為20cm。

5.1A-A斷面處

荷載。由于端橫梁處方木滿布，故選取竹膠板上0.10m寬的荷載作用其上，砼最大壓力荷載為A-A斷面75kN/m2（22.5/0.3=75kN/m2），將其荷載轉化成線均布荷載。竹膠板上0.1m寬的荷載作用其上，翼緣板最大壓力荷載15.73kN/m2（7.077/0.45=15.73kN/m2）。

1）腹板強度驗算荷載

2）翼緣板強度驗算荷載

剛度驗算荷載：

5.2B-B斷面處

5.2.1荷載

B—B斷面處腹板最大砼荷載為35.63kN/ m2(21.38/0.6=35.63kN/m2)，底板處最大砼荷載為15.18kN/m2(9.11/0.6=15.18kN/m2)，翼緣板處最大砼荷載為14.33kN/m2(8.6/0.6=14.33kN/m2)。

1）底板處方木。竹膠板上0.2m寬的荷載作用其上，將其荷載轉化成線均布荷載。

強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

2）腹板處方木。竹膠板上0.2m寬的荷載作用其上，將其荷載轉化成線均布荷載。

強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

3）翼緣板處方木。竹膠板上0.2m寬的荷載作用其上，將其荷載轉化成線均布荷載。

強度驗算荷載：

由于B—B斷面處腹板強度驗算荷載與翼緣板強度驗算荷載都大于端橫梁斷面處腹板強度驗算荷載與翼緣板強度驗算荷載，故選取B—B斷面進行驗算。

5.2.2強度驗算

根據以上計算結果，B—B斷面在腹板處方木受力最大，間距為0.3m，翼緣板與底板間距均為0.6m，但底板所受均布荷載大于翼緣板所受均布荷載，故選取腹板與底板進行驗算，將受力簡化成受均布荷載的三跨連續梁。

1）內力計算。

彎矩：

剪力：

2）強度驗算。

抗彎模量：

正應力：

剪應力：

圖4　底板處橫向方木受力模型圖（單位：kN/m）

3）內力計算。

彎矩：

剪力：

4）強度驗算。

抗彎模量：

正應力：

剪應力：

通過以上計算，根據《路橋施工計算手冊》表8-6查紅松的容許彎曲應力，可知σ=1.029MPa<[σ ]=15.0MPa，τ=0.2573MPa<[τ]=1.6MPa。則橫橋向10cm×10cm方木強度滿足施工使用的要求。

5.2.3剛度驗算

紅松的彈性模量E=9×103MPa，根據《材料力學》可知撓度計算如下所示。

均布荷載作用下剛度驗算公式，其撓度計算過程如下所示。

通過以上計算可知，f=0.062mm<[f ]=L/400=600/400=1.5mm，則橫橋向10cm×10cm方木剛度滿足施工使用的要求。

6 15cm×15cm方木受力驗算

縱橋向選用15cm×15cm方木放置于碗扣支架頂托之上，根據翼緣板、底板和腹板部位不同，15cm×15cm方木跨徑有0.3m、0.6m兩種。對兩種跨徑下的15cm×15cm方木進行強度和剛度驗算。

6.10.3m跨徑

15cm×15cm方木橫橋向間隔0.3m，縱橋向A-A斷面跨徑0.3m布置，砼荷載為75kN/m2（22.5/0.3=75 kN/m2）。

表1　分配梁內力計算表

1）荷載。將荷載轉化成線均布荷載。

強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續梁。

圖5　跨徑0.3m縱向分配梁受力模型圖

6.2 0.6m跨徑

在B-B斷面處，15cm×15cm方木橫橋向在翼緣板與底板處間隔是0.6m，腹板處是0.3m。砼荷載為翼緣板為14.33kN/m2（8.6/0.6=14.33kN/m2），底板20.24kN/m2（9.11/0.45=20.24kN/m2），腹板71.27kN/m2（21.38/0.3=71.27kN/m2）。

1）荷載。將荷載轉化成線均布荷載。

腹板強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

底板強度驗算荷載：

剛度驗算荷載：

由比較可得，選腹板處強度驗算荷載為最不利荷載計算。

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續梁。

圖6　跨徑0.6m縱向分配梁受力模型圖

6.3 內力計算

由表1可知，彎矩最大為0.984 2kN.m，剪力最大為9.842 4kN。

6.4強度驗算

正應力：

剪應力：

通過以上計算，σ=1.75MPa<[σ]=15MPa，τ =0.6562MPa<[τ]=1.6MPa。則15cm×15cm方木分配梁的強度滿足施工使用的要求。

6.5剛度驗算

均布荷載作用下剛度驗算公式，其撓度計算過程如下所示。

通過以上計算可知，f=0.073mm<[f ]=L/400=600/400=1.500mm，則15cm×15cm方木分配梁的剛度滿足施工使用的要求。

7　結論

通過對內荊河特大橋主橋邊跨現澆段滿堂支架進行受力驗算，滿堂支架立桿、模板、方木的強度、剛度及穩定性均滿足設計要求，目前，該邊跨現澆段已成功澆筑完畢，實踐證明滿堂支架是安全的，為同類橋梁工程的施工提供一定的參考和借鑒作用。

[1]湖北省交通規劃設計院.監利至江陵高速公路JJTJ-01標施工圖紙[Z].

[2]GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3]JGJ166-2008，建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范[S].

[4]GB5005-2003，木結構設計規范[S].

[5]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

U44

A

1674-6708（2016）171-0167-04

何紅民，工程師，中鐵十五局集團第五工程有限公司，研究方向為橋梁臨時結構受力分析。