盤扣式滿堂支架法現澆施工結構優化研究

牛和祥

(重慶交通大學，重慶 400000)

0 引 言

滿堂支架法現澆預應力混凝土連續箱梁作為橋梁工程中比較常見的施工方法，隨著我國鐵路和公路橋梁的快速發展得到更多的應用，其施工工藝和技術不斷完善和成熟。但是，作為建筑中不可或缺的部分，經常發生腳手架倒塌、模板支架失穩等工程事故，特別是模板支架，在澆筑混凝土支模過程中時常發生整體坍塌并不少見，所以對其安全性要求也日益增強。本文以江蘇鹽城東環路主線橋第一聯箱梁滿堂支架法現澆施工項目為工程背景，主要針對翼緣板下斜撐及其相連水平桿件布置形式進行驗算，并提出相應的改進措施以提高工程安全性，可為同類型滿堂支架布置形式提供參考依據。

1 工程概況

東環路主線橋位于江蘇省鹽城市，首聯現澆箱梁采用盤扣式滿堂支架法現澆施工，盤扣式支架由水平桿、斜桿、盤扣式支架立桿、斜撐小鋼管、可調托座及可調底座組成。縱向豎桿在箱梁實腹段步距為60 cm，變截面段步距為120 cm，跨中截面段增大至150 cm。橫向翼緣板下豎桿步距為120 cm，腹板下減小至90 cm，空腹段下豎桿為150 cm與120 cm間距交替布置。水平桿件標準縱向步距為50 cm，由于箱梁存在高差變化，部分采用間距為20 cm的水平桿。整個盤扣式滿堂支架沿橋梁縱向47排，橫向24列。

2 有限元模型

斜撐小鋼管布置沿橋梁縱向步距為50 cm，局部計算模型中，選取縱向間距為縱向150 cm的模型進行有限元分析。在間距為150 cm內布置兩根斜撐，此時橫向桿件為最不利情況。橫向小鋼管與豎桿和斜撐采用扣件連接，僅能傳遞線位移，而不傳遞彎矩。局部模型當中橫向小鋼管與豎桿和斜撐用只約束線位移的一般連接進行分析。利用通用有限元軟件Midas Civil建立局部模型如圖1所示。

圖1 局部計算模型示意圖

3 設計參數

結構計算所使用材料屬性如表1所示。

表1 結構計算使用材料屬性

4 斜撐及與其相連水平桿驗算

局部模型專門針對腹板兩側斜撐小鋼管及橫向小鋼管進行驗算，考慮混凝土二次澆注過程，計算采用第一次澆注時的混凝土高度。在計算過程中，將混凝土看做流體，將其荷載等效到斜撐小鋼管頂托位置。斜撐小鋼管及橫向小鋼管布置如圖2所示。

圖2 斜撐小鋼管及橫向小鋼管布置圖

對原設計方案開展有限元分析，小鋼管斜撐及橫向小鋼管為梁單元，提取結果計算彎拉應力，公式同盤扣式支架立桿。斜撐頂托部分為懸臂狀態，μ=2。橫向小鋼管及橫向小鋼管間的斜撐為梁端固定情況，μ=1。各尺寸斜撐小鋼管計算長度l0、φ及其應力如表2所示。

表2 各斜撐計算數據表

斜撐小鋼管材料Q235鋼材抗拉、抗壓、抗彎強度設計值f=205 MPa，由表2可知，水平桿件內應力遠低于規范限值，其穩定性滿足要求。

橫向小鋼管為純彎構件，計算公式如下

(1)

根據提取彎矩代入式(1)，可得

經過計算可知，橫向小鋼管所受的彎拉應力遠超過材料所能承受的極限，所以需對橫向小鋼管的布置進行調整。

5 橫向小鋼管對結構的影響

針對橫向小鋼管抗彎能力不足的問題，提出兩種改進措施：一是將原材料Q235的Φ48 mm，δ=2.75 mm小鋼管改為材料為Q235的Φ60 mm，δ=3.2 mm鋼管，并增加數量，由之前的4根橫向Φ48 mm小鋼管改為6根Φ60 mm鋼管。具體布置如圖3所示；二是增加原材料Q235的Φ48 mm，δ=2.75 mm小鋼管數量，采用2根并排的方式，并在相鄰豎桿增加2根并排Φ48 mm，δ=2.75 mm小鋼管，單根斜撐有與6根小鋼管相連。具體布置如圖4所示。

圖3 加粗橫向小鋼管布置

圖4 并排橫向小鋼管布置

與斜撐相連的橫向鋼管計算結果前后對比如表3所示。

表3 計算結果前后對比

由表3可知：

(1)采用方案一后，與斜撐相連的橫向鋼管彎拉應力減小為186.20 MPa，小于材料的強度設計值205 MPa，能充分發揮材料的承載能力，說明調整方案一是可行的。

(2)采用方案二后，與斜撐相連的橫向鋼管彎拉應力減小為166.67 MPa，小于材料的強度設計值205 MPa，能充分發揮材料的承載能力，說明該方案可行。

6 結 論

(1)斜撐小鋼管內應力值均較小，遠低于規范限值205 MPa，結構穩定性滿足要求。

(2)與斜撐小鋼管相比，橫向小鋼管所受彎拉應力比較大，超過其抗彎能力極限，需要對斜撐小鋼管做出調整，在合理位置增加其數量或者改變其厚度等。

(3)橫向小鋼管加厚并增加其數量和采用并排橫向小鋼管對于改善結構受力具有明顯的作用效果，大大降低了局部構件應力集中現象。其中，采用并排小鋼管布置形式更為簡單有效，有利于施工過程安全性。