下承式鋼管混凝土系桿拱主橋支架體系端橫梁處支架研究

鮑華軍

泰州市姜堰交通建設(shè)投資發(fā)展有限公司 225500

正文：

1 工程概況

新通揚運河2#橋幫寬橋，橫跨三級航道新通揚運河，通航凈空60m×7m。橋全長242.4米，橋跨分布4×20m+1×82.4m+4×20m，主橋采用下承式鋼管混凝土系桿拱，為滿足新通揚河三級航道通航凈空要求，設(shè)計采用單跨82.4m的系桿拱進行跨越。圖1所示。

圖1 系桿拱橋跨越新通揚運河

2 系桿拱端橫梁處支架體系方案設(shè)計

2.1 支架設(shè)計

支架采用碗扣式滿堂鋼管支架，碗扣型腳手架材料為:48mm*3.25mm(Q235)熱軋鋼管，碗扣式支架使用與立桿配套的橫桿及立桿可調(diào)底座、立桿可調(diào)托撐，采用 50型可調(diào) U型標(biāo)準(zhǔn)頂托，可調(diào)高度為 35cm，按下部支撐鋼管每根布置，頂托伸出長度不得大于 30cm。支架立桿橫向間距 30cm、縱向間距 60cm，橫桿步距采用120cm；架設(shè)按規(guī)范要求設(shè)置縱向及橫向剪力撐，確保支架穩(wěn)定性。支架搭設(shè)立面圖2所示。

2.2 模板設(shè)計

端橫梁側(cè)模設(shè)置1.5cm 厚竹膠板的面板，面板外10×10cm 落葉松方木豎肋，豎肋間距 20cm；豎肋外側(cè)則為 I10#工字鋼水平肋，水平肋間距為 60cm；同一高度處兩側(cè)面的水平肋再由φ16mm 圓鋼對拉，拉桿兩頭車絲，通過雙螺栓擰緊。側(cè)模圖3所示。端橫梁底模板體系由下至上分別為 30cm 鋼管、10cm 上托、I10#工字鋼、10cm×10cm 方木、1.5cm 厚竹膠板，使用上托調(diào)整模板底標(biāo)高。在墩頂區(qū)域的拱腳底模直接在墩身頂面上設(shè)置支撐系統(tǒng)，由下至上分別為20cm 鋼管立桿、10cm 上托、10×10 木方、1.5cm 厚竹膠板。鋼管橫向使用扣件連成整體。底模圖4所示。

在主橋7#、8#主墩處，首先清除原地面承臺回填的軟弱基層，換填土方并碾壓密實，完成后鋪設(shè)60cm厚廢磚渣，碾壓密實后澆筑15cm厚 C25混凝土。地坪四周做好排水系統(tǒng)，確保基礎(chǔ)不被雨水浸泡，處理后的地基頂面應(yīng)設(shè)置雙面1%～2%橫坡，以利于排水。

圖3 側(cè)模布置圖

圖4 底模立面圖

3 端橫梁處支架體系驗算

3.1 計算參數(shù)

(1)材料

?

(2)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

①梁體自重：25kN/m3，分項系數(shù) 1.2；②模板、支架重:1.0kPa，分項系數(shù) 1.2；③施工人員和施工材料、機具行走運輸或堆放荷載：分項系數(shù)1.4計算模板及直接支承模板的小楞時，均布荷載取 2.5kPa；計算直接支承小楞的梁或拱架時，均布荷載取1.5kPa；計算支架立柱及支承拱架的其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，均布荷載取1.0kPa；④振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載對水平面模板為 2.0kPa，對垂直面模板為 4.0kPa；分項系數(shù) 1.4；⑤新澆混凝土對模板側(cè)面壓力:分項系數(shù) 1.4。

3.2 模板(竹膠板)受力計算

底模為受彎構(gòu)件，驗算其抗彎強度和剛度，取單位寬度 1m的模板作為計算單元。計算單元的截面抗彎慣性矩 I 和截面抗彎模量 W 分別為：I=1000×153/12=28.1×104mm4；W=1000×152/6=3.75×104mm3底模按照支撐在方木上的三跨連續(xù)梁計算，計算跨徑 200mm。模板計算簡圖圖5所示。

圖5 模板計算簡圖

(1)荷載計算

系桿寬1.2m，截面積為 S=1.566m2，沿縱梁方向上線荷載計算如下：

①靜荷載（包括混凝土梁和模板底模的自重）：q靜=26×1.566×1+1.0×1.2 = 41.916kN/m②施工荷載(包括人員、材料、機具運輸或堆放荷載，混凝土振搗荷載)：q活= (2.5 + 2.0)×1.2 = 5.4 kN/m

(2)抗彎強度驗算

取荷載最不利作用下最大彎矩值進行驗算：M = 0.1×q×l2其中：q = 1.2 ×41.916 +1.4×5.4 = 57.859kN/m；換算到底板計算寬度 1.2m的面荷載為：q′= 57.859 /1.2=48.216 kN/m；Mmax= 0.1×48.216×0.202=0.193 kN·m；底模σmax=0.193×1000×1000/37500=5.15MPa＜fc=21MPa抗彎強度滿足要求。

(3)抗剪強度驗算

τmax=3Q /(2 A)其中剪力 Q=0.6ql =0.6×48.216×0.20×1000=5785.9N, A = 15000mm2，τmax=3Q/(2A)=3×5785.9/(2×15000)=0.579MPa＜ft=1.4MPa 抗剪強度滿足要求

(4)變形驗算（撓度驗算）

撓度計算公式為：

模板最大撓度計算值：

ωmax=0.677ql4/100EI≦ [ω]=l/400 =0677ql4/100 EI=0.677×41.916×0.204×1000/(100×5500×106×28.1×10-8)=0.294mm＜200/400=0.5mm撓度滿足要求。

3.3 底模小縱梁 100×100mm 方木受力計算

對底模板體系，面板采用 15mm竹材膠合板，小楞采用10cm×10cm落葉松方木，大楞采用10#工字鋼,小楞間距 20cm，大楞橫向置于碗扣支架立桿頂部托撐上，支架立桿橫向間距30cm、縱向間距60cm。小楞100×100mm方木按照均布荷載作用下支撐在大楞10#工字鋼上的三跨連續(xù)梁計算計算跨徑600mm。木方受力圖6所示。截面特性計算：方木小梁的截面抗彎慣性矩I和截面抗彎模量W分別為：I=100×1003/12=8.33×106mm4W=100×1002/6=1.67×105mm3

圖6 木方受力圖

（1）荷載計算

靜荷載(包括混凝土梁、模板底模和內(nèi)楞的自重)：q= 26×1.566×0.2 /1.2 + (1.0 + 0.2)×0.2=7.026kN/m②施工荷載(包括人員、材料、機具運輸或堆放荷載，混凝土振搗荷載):q=(2.5+2.0)×0.2=0.9kN/m

（2）抗彎強度驗算 取荷載最不利作用下最大彎矩值進行驗算：

M = 0.1×q×l2其中：q =1.2×7.026+1.4×0.9=9.69kN/m；Mmax=0.1×9.69×0.62= 0.349kN .m；底模σmax=0.349×1000×1000/167000=2.09MPa＜fc= 13MPa 抗彎強度滿足要求。

（3）抗剪強度驗算

τmax= 3Q /(2 A)其中剪力 Q = 0.6ql = 0.6×9.69×0.6×1000 =3488.4N , A = 10000mm2τmax= 3Q/(2A) = 3×3488.4/(2 ×10000) =0.523MPa＜ft= 1.6MPa 抗剪強度滿足要求。

（4）變形驗算（撓度驗算）

其中q=1.2×7.026 =8.43kN /m模板最大撓度計算值：ωmax=0.677ql4/100EI≦[ω]=l/400=0.677×8.43×0.64×1000/（100×9000×106×8.33×10-6）=0.099mm＜=600/400 =1.5mm 撓度滿足要求。

3.4 底模橫梁10#工字鋼受力計算

對底模板體系，面板采用 15mm 竹材膠合板，小楞采用10cm×10cm 落葉松方木，大楞采用10#工字鋼，小楞間距20cm,大楞橫向置于貝雷梁上方。大楞（橫梁）10#工字鋼按照均布荷載作用下支撐在貝雷梁上的三跨連續(xù)梁計算。計算跨徑300mm。10#工字鋼的截面抗彎慣性矩I=2.45×106mm4，截面抗彎模量W=4.9×104mm3。

（1）荷載計算

①靜荷載(包括混凝土梁、模板底模和內(nèi)楞的自重)：q=26×1.566×0.6/1.2+(1.0+1.0+0.2)×0.6= 21.588 kN/m，②施工荷載(包括人員、材料、機具運輸或堆放荷載，混凝土振搗荷載):q=(2.5+2.0)×0.6 =2.7kN/m 則作用在系桿寬度范圍內(nèi)的q=1.2×21.588 +1.4×2.7=29.650kN/m

（2）抗彎強度驗算

取荷載最不利作用下最大彎矩值進行驗算:M=0.1xq×l2其中：q =1.2×7.026 +1.4×0.9=9.69kN／m ；最大彎矩M=0.1×29.65×0.62= 1.067kN .m;底模σmax= 1.067×1000×1000/49000=21.78MPa＜fc=205MPa 抗彎強度滿足要求。

(3)抗剪強度驗算

τmax=3Q /(2 A)其中剪力 Q=0.6ql= 0.6×29.65×0.6×1000=10674N, τmax=10374/(4.5×85.9)=27.61MPa＜ft=125MPa 抗剪強度滿足要求。

(4)變形驗算（撓度驗算）

撓度計算公式為：

模板最大撓度計算值：其中q=1.2×21.588=25.870N／m

ωmax=0.677ql4/100EI≦[ω]=l/400=0.677×25.870×0.64×1000/(100×2.06×1011×2.45×10-6)=0.045mm＜600/400=1.5mm 撓度滿足要求。

3.5 碗扣式支架立桿受力計算

（1）荷載計算

作用于滿堂支架的荷載包括靜荷載、活荷載（本次支架高度較低，本次計算按不組合 風(fēng)荷載計算）。

a）靜荷載（包括混凝土梁、模板底模、方木和外楞鋼管的自重及腳手架自重）：①混凝土梁、模板底模、方木和外楞鋼管的自重N1，立桿承受10#工字鋼傳遞下來的荷載，因此N1=21.558×0.6=12.94kN。②腳手架自重 N2滿堂式碗扣支架按6m高計（最大值），N2= 0.1384×6 = 0.8304kN。故 N靜=N1+ N2 =12.94+0.8304=13.77kN

b）施工荷載（包括人員、材料、機具運輸或堆放荷載，混凝土振搗荷載）：

N活=2.7×0.6=1.62kN

故立桿最大軸向力 N=1.2×N靜+1.4×N活=1.2×13.77+1.4×1.62=18.792kN

(2)立桿穩(wěn)定性驗算

立桿穩(wěn)定性計算公式：

[N]=φ×f×A〉N經(jīng)查表φ表得φ=0·496。故[N]=φ×f×A=0·496×20×1000×397·6×10-6=40·43kN＞N=18·792kN 穩(wěn)定性滿足要求。

4 結(jié)束語

混泥土支架現(xiàn)澆施工，支架結(jié)構(gòu)形式非常多，需要施工時根據(jù)實際結(jié)構(gòu)特點，選用技術(shù)及經(jīng)濟要求適合本項目的方案，確保施工安全和質(zhì)量。新通揚運河2#橋已建成，端橫梁處支架系統(tǒng)采用上述支架體系搭建平臺不僅保證了施工過程中安全問題，同時加快施工，節(jié)約成本，創(chuàng)造一定經(jīng)濟效益。