銷棒—桁架組合支架在大懸臂蓋梁施工中應用

張 濤

(上海城建市政工程(集團)有限公司，上海 200135)

1 概述

落地支架法是蓋梁現(xiàn)澆施工中常見的方法，包括腳手架滿堂法、鋼管支撐支架法等，其優(yōu)點表現(xiàn)在結構安全易控，但缺點同樣明顯，體現(xiàn)為需要良好的地基基礎、占用蓋梁下空間從而影響交通以及經(jīng)濟性較差等[1，2]。針對蓋梁下是圓形立柱的抱箍法雖然可以利用抱箍與混凝土立柱之間的摩檫力，避免落地支架法的大部分缺點[3]，但適用性較小且風險較大。本文根據(jù)大懸臂、高凈空蓋梁實際工程的需要，保證支架體系的結構穩(wěn)定、強度與剛度安全，同時滿足蓋梁下空間不被占用、支架主材可循環(huán)使用、蓋梁流水施工無縫對接等施工和經(jīng)濟性要求，研究設計了銷棒—桁架組合式不落地組合支架，并進行了結構計算分析。

2 工程概況

杭州時代大道南延(繞城至中環(huán)段)工程位于杭州市蕭山區(qū)，起點為聞戴公路與繞城公路交叉口以南約60 m處接時代大道改建工程。蓋梁長度均為24.8 m，截面寬度為2.4 m～2.6 m，最大懸臂長達10.05 m，蓋梁離地面高達10.5 m，如圖1所示。

3 方案設計

大懸臂預應力混凝土蓋梁現(xiàn)澆施工過程中一方面需要保證社會車輛通行，不具備封閉施工的條件；另一方面支架體系能夠滿足循環(huán)利用，搭建與拆除方便等。提出了銷棒—桁架式不落地組合支架法進行施工法。雙柱橋墩蓋梁施工附著式支架采用在兩墩柱上各穿2根φ80 mm 30CrMnTi高強鋼棒，牛腿上面采用墩柱兩側用HN1 200×500×14/26的H型鋼做橫向主梁，橫向主梁上面安放一排每根5.2 m長的20a工字鋼作為縱向分布梁。縱向分布梁上鋪設蓋梁模板如圖2所示。蓋梁支架包括：1)主受力支架；2)牛腿支撐系統(tǒng)；3)模板系統(tǒng)；4)倒角支架四大部分組成。主受力支架包括焊接H型鋼主梁、底橫梁雙拼32a槽鋼梁、斜撐雙拼32a槽鋼梁、豎吊桿撐雙拼32a槽鋼梁四部分組成，及其相應的加勁板和水平撐等構件。牛腿系統(tǒng)包括預埋套管、80銷棒、支撐板、精鑄卸落裝置或砂筒組成。模板系統(tǒng)包括底膜、側模及支撐件。倒角支架由Ⅰ10a工字鋼、8a槽鋼焊接形成桁架。

4 銷棒—桁架式不落地支架計算

4.1 計算荷載

本工程24.8 m大懸臂蓋梁混凝土中間高度為2.6 m，邊高度為1.86 m，蓋梁寬度為2.4 m，按一邊1.2 m計，蓋梁模板高度按3.5 m考慮。根據(jù)JTG/T F50—2020公路橋涵施工技術規(guī)范[4]，結合工程實際，支架的計算荷載項目包括結構及模板自重、蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力、施工人員及施工設備、施工材料等荷載以及振搗混凝土時產生的振動荷載，風荷載較小，此處忽略不計。支架自重作用于支架整體范圍內，其余荷載均作用于支架的上橫梁之上。各項荷載具體數(shù)值如表1所示。

表1 支架計算各項荷載標準值

為考慮施工人員和機械設備在蓋梁施工中的分布情況，將此項荷載考慮沿著蓋梁長度完全對稱平衡的分布和單邊不平衡的分布兩種情況。本工程支架計算荷載組合如表2所示。

表2 支架計算荷載組合

4.2 有限元模型

利用Midas Civil軟件，建立雙柱式蓋梁不落地支架的空間有限元模型，共計梁單元174個，節(jié)點142個。模型如圖3所示。

4.3 支架計算

4.3.1 組合正應力

支架組合正應力如圖4所示。組合Ⅰ和組合Ⅱ作用下，主梁最大應力為106 MPa(拉)，斜撐最大應力為127 MPa(壓)，底橫梁最大應力為79 MPa(壓)，豎拉桿的最大應力為102 MPa(拉)。最大正應力σ=127 MPa≤f=205 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.3.2 剪應力

支架剪應力如圖5所示。組合Ⅰ和組合Ⅱ作用下，最大剪應力τ=71 MPa≤fv=125 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.3.3 撓度

支架剪應力如圖6所示。組合Ⅲ和組合Ⅳ作用下，結構懸臂端最大撓度19.5 mm，發(fā)生在施工人機荷載單邊作業(yè)的組合Ⅳ中，小于允許最大撓跨比L/400=8 900/400=22.3 mm。最大位移小于允許支架最大位移，滿足規(guī)范要求。

4.3.4 穩(wěn)定性分析

利用Midas屈曲分析功能進行整體穩(wěn)定性計算，定義型鋼自重、支架模板自重、蓋梁澆筑混凝土及鋼筋自重為常量，施工人員及設備和橫向風荷載為變量。屈曲穩(wěn)定性分析的荷載組合為：

組合a：1.0×(①+②)+λ×(平衡③+④)；

組合b：1.0×(①+②)+λ×(不平衡③+④)。

其中,λ為屈曲臨界荷載系數(shù)。

支架的整體屈曲穩(wěn)定性分析結果如圖7所示，組合a和組合b一階臨界荷載系數(shù)分別為43.1和60.5，二階分別為66.8和92.8，數(shù)值較大，說明支架在施工中穩(wěn)定性滿足要求。

4.4 計算分析結果

通過Midas Civil建立蓋梁支架的空間有限元模型，計算分析了支架結構和各配套構件的強度、剛度和穩(wěn)定性，得到如下結論：

1)雙柱式支架的組合應力最大為127 MPa，在斜撐桿端部，剪應力最大為71 MPa，在上橫梁牛腿處。不落地架結構應力均小于設計值，強度滿足規(guī)范要求。

2)雙柱式支架中上橫梁的懸臂端部撓度最大，為19.5 mm。不落地支架結構撓度均小于允許值，剛度滿足規(guī)范要求。

3)雙柱式支架整體穩(wěn)定分析中一階臨界荷載系數(shù)為43.1，不落地支架結構的穩(wěn)定性臨界荷載系數(shù)較大，在工作中穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

5 結語

通過建立空間有限元模型對組合支架進行分析，支架在最不利荷載工況作用下的受力、變形、穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。保證了銷棒—桁架式組合不落地支架結構安全性和可靠性，促進了大懸臂蓋梁施工的順利開展，為類似蓋梁施工項目提供參考和借鑒。