現澆箱梁盤扣式滿堂支架設計與計算

陳志海

（中鐵十八局集團市政工程有限公司 天津 300222）

1 引言

橋梁現澆箱梁施工中，模板支撐體系往往作為整個現澆箱梁施工過程中的危險性較大的一個工程部分，其結構的安全性關系到整個橋梁建設的質量和安全。橋梁現澆過程中的垮塌主要是模板支撐體系的垮塌，因其規模大、范圍廣、高度高，一旦發生事故，就是群死群傷的較大事故或重大事故。因此，保證模板鋼管支撐體系施工安全對建設工程順利完成至關重要。

隨著橋梁的超高度、大空間、大跨度、超重度的建設，比較成熟的模板支撐體系，如扣件式、碗扣式以及門式鋼管模板支架，均因質量日益下降的問題，已不能滿足建設工程的全部需求。此時，盤口支架特點有承載能力大、穩定性好、搭設方便、施工效率高、搭設完成后的架體規范、整齊，美觀，在大型橋梁建設工程中逐漸被廣泛應用。

2 工程概況

鷹潭市余信貴大道工程東起于K13+000 處，終點位于K17+999.221 處，全長約5km，跨東外環路主線橋為雙幅預應力混凝土連續箱梁，位于直線段，橋跨結構布置為第一聯（2×30）+第二聯（30+40+30）+第三聯（2×30）m，橋寬2×13.5m，梁高2.0m，2%橫坡，1#～6#墩為獨柱花瓶墩，0#、7#臺為一字輕型橋臺。主梁為單箱雙室截面，頂板厚25cm，底板厚22cm，腹板厚45cm；加厚段腹板厚第一、三聯65cm，第二聯70cm；翼緣板端厚20cm，根部厚50cm。本項目橋梁現澆箱梁采用滿堂支架現澆施工。

3 支架搭設方案

根據現澆箱梁施工環境、凈空高度、工期、地質、承重荷載、安全、質量及經濟等多方面比選，選用新型盤扣式滿堂支架體系，支架布置圖如圖3、圖4 所示。

圖1 （2×30）m 橋跨30m 跨主梁立面與平面圖/cm

圖2 主梁跨中箱梁截面/cm

圖3 東外環路跨線橋箱梁第一聯30m 橋跨滿堂支架立面圖/cm

圖4 箱梁滿堂支架橫斷面圖/cm

支架及模板搭設布置：

（1）支架采用Q345B 的60 系列，壁厚3.2mm，單個桿件極限承載力為150kN 的盤扣支架。

（2）立桿布置：橫橋向翼緣區域間距1.2m、腹板0.9m、箱室下1.2m；縱橋向臺身、墩柱處2m 范圍內間距0.9m、箱室段1.2m；水平桿步距1.5m，支架頂層水平桿步距1.0m。支架根據橋梁縱坡及可調底、頂托的調節高度分段布置，段與段之間用直徑Φ48mm，壁厚3.0mm 鋼管扣件連接牢固。

（3）箱梁底模、外側模及翼緣板模板均采用15mm 厚優質木膠合板。

（4）主龍骨采用I12.6 型工字鋼，縱橋向布置，間距同支架橫向間距。

（5）次龍骨采用9cm×9cm 方木橫橋向布置，臺身、墩柱處實心段滿鋪方木，箱梁腹板加厚段間距20cm，中間標準段間距25cm，翼緣板30cm。

（6）考慮箱梁外側美觀，邊腹板模板不設對拉螺桿加固，邊腹板外側設上中下三排模斜撐腳手管，縱距60cm，上下可根據箱室高度適當調整。內外模均使用帶頂托的普通腳手管對撐加固，內腹板可設對拉螺桿，且使用腳手管對撐加固。

（7）采用12mm 木膠合板做內模，次龍骨采用9cm×9cm 方木，間距30cm，豎向布置；用直徑Φ48mm，壁厚3.0mm 雙鋼管或方木做主龍骨，橫向布置，上下各一道，倒角部位用腳手管撐牢固。

（8）箱室內頂模支架采用Φ48mm 碗口件或腳手管，橫向間距按照箱室寬度布設，間距不大于90cm；縱向間距1.2m，可根據箱內尺寸作適當調整。支架上設直徑Φ48mm、壁厚3.0mm 雙鋼管或方木做主龍骨，橫橋向布置，次龍骨縱橋向布置，間距30cm。

（9）剪刀撐布置：支架的縱橋向、橫橋向及四周按規范每隔5 跨設置。

（10）模板四周設鋼管防護圍欄，高度不小于1.2m。

（11）支架采用橋下路面基層作為支撐基礎。

4 現澆箱梁支架驗算

根據混凝土箱形截面的自重分布、施工人員、機具設備、橋下凈空、桿件承載力等合理布設后對滿堂支架進行立桿、主龍骨、次龍骨、面板及地基承載力這幾方面進行計算，以保證模板支架的強度、剛度、穩定性及基礎承載力滿足荷載要求。

4.1 計算參數

4.1.1 計算荷載

根據本橋現澆箱梁的結構特點，箱梁支架驗算按照東外環跨線橋箱梁高度2.0m 計算支架受力，為了保證架體安全，計算以橫梁實心段、底、頂板加厚等最大截面面積分別計算受力情況。在施工過程中將涉及到以下荷載形式：

（1）鋼筋混凝土自重取a=26kN/m3；

（2）支撐結構荷載模板：：b1=0.5kN/m2；模板及龍骨：b2=0.5kN/m2；模板及主龍骨：b3=1kN/m2；

（3）施工人員、機具荷載：c=2.5kN/m2；

（4）混凝土傾倒及振搗荷載：d=2kN/m2；

（5）支架自重（5m）：e=0.6kN/m2。

荷載組合系數為恒載取1.2，活載取1.4。

4.1.2 材料特性

現澆箱梁支架所用材料物理特性如表1 所示。

表1 現澆箱梁支架所用材料物理特性

4.2 底模板計算

梁體腹板處模板受力最大，按箱室與橫梁交界處加厚段箱室斷面，底模木膠合板按15mm 厚考慮，取1m寬作為計算單元，混凝土面積1.64m2，方木中心距取25cm，最大自重荷載為a=26×1.64=42.64kN/m2；

荷載組合：標準值：q1=（a+b1）×1=43.1kN/m；設計值：q2=[1.2×(a+b1)+1.4×(c+d)]×1=58.0kN/m；

底模板按三跨連續梁計算，支撐跨徑L=250mm。

強度驗算：Mmax=0.1×q2×L2=0.1×58.0×0.25×0.25=0.36kN·m；

σ=Mmax/W=0.36×106/37500=9.7MPa＜fm=13MPa，滿足。

撓度驗算：取q1，計算跨徑按凈距16cm 計算，因此，撓度值為：

wmax=0.677×q1×L4/100EI=0.14mm＜L/400=0.4mm，滿足。

翼緣板平均厚度0.35m，荷載遠小于箱室腹板，方木間距取0.3m。

圖5 箱梁1m 寬計算單元圖示

4.3 次龍骨計算

次龍骨為9cm×9cm 方木，橫橋向布置，橫梁實心段間距0.1m 滿鋪，加厚段取0.2m、中間標準箱段0.25m。按最不利情形考慮，實心段次龍骨最為不利，因此對實心段次龍骨進行計算。梁體實心段按照2.0m 厚混凝土，最大支撐跨徑1.2m 計算次龍骨，方木間距0.10m，最大自重荷載為a=26kN/m3×2m=52kN/m2：

荷載組合：標準值：q1=(a+b2)×0.1=5.3kN/m；設計值：q2=[1.2×(a+b2)+1.4×(c+d)]×0.1=6.9kN/m；

按三跨連續梁計算，支撐跨徑L=1200mm。

強度驗算：Mmax=0.1×q2×L2=0.1×6.9×1.2×1.2=1.0kN·m；

σ=Mmax/W=1.0×106/121500=8.2MPa＜fm=13N/mm2，滿足。

剪力驗算：Vmax=0.6×q2×L=0.6×6.9×1.2=5.0kN；

τ=3V/2bh=3×5000/(2×90×90)=0.9N/mm2＜1.5N/mm2，滿足。

撓度驗算：wmax=0.677q1L4/100EI=0.677×6.9×1 2004/100EI=1.5mm＜L/400=3 mm，滿足。

4.4 主龍骨計算

從支架布置平面圖可看出，橋臺位置箱梁實心段下主龍骨有38cm 長，為受荷載最大。為保證安全、簡化計算，跨徑0.9m 內均按2.0m 厚實心段計算，主龍骨間距1.2m，最大自重荷載為a=26kN/m3×2m=52kN/m2；

荷載組合：標準值：q1=(a+b3)×1.2=63.6kN/m；設計值：q2=[1.2×(a+b3)+1.4×(c+d)]×1.2=83.9kN/m。

按三跨連續梁計算，支撐跨徑L=900mm：

強度驗算：Mmax=0.1×q2×L2=0.1×83.9×0.9×0.9=6.8kN·m；

σ=Mmax/W=6.8×106/72700=93.5MPa＜fm=205MPa，滿足。

剪力驗算：Vmax=0.6×q2×L=0.6×83.9×0.9=45.3kN；

工字鋼主要剪力分布在腹板上，可假設剪力由整個腹板承受，則

τ=Vmax/A=45.3×103/103.2/5=87.8MPa≤fv=125MPa，滿足。

撓度驗算：wmax=0.677q1L4/100EI=0.677×63.6×9004/100EI=0.31mm＜L/400=2.25mm，滿足要求。

4.5 支架立桿穩定性計算

從主龍骨受力及支架布置圖可看出，邊腹板立桿受力最大，橫距0.9m、縱距1.2m，最大自重荷載為a=26kN/m3×1.45 m2/0.9m=41.9kN/m2。

（1）不組合風荷載時立桿穩定性計算

立桿軸向力標準組合值：N=(1.2(a+b3+e)×0.9×1.2=56.4kN；

單桿設計軸力：N=(1.2(a+b3+e)+1.4(c+d))×0.9×1.2=63.2kN；

立桿計算長度l0確定:按照l0=ηhl0=h′+2Kα，兩個公式分別計算：η水平桿步距1.5m 取1.2；h取1.5m；α取最大值0.65m；K取0.7；h′頂層水平桿步距取1.0m，經計算取最大值1.91m。

立桿長細比計算：λ=l0/i=191/2.01=95，查規范附錄D 表，φ=0.512；

立桿穩定性計算：N/φA=63.2/(0.512×5.71)=216N/mm2，滿足要求。

（2）組合風荷載時立桿穩定性計算

作用在支架上的風荷載標準值ωk按ωk=μzμsω0公式計算。查表，μz取1.0；ω0取0.3。

μs支架風荷載體型系數，將支架視為桁架，按相關規范規定計算。

支撐架的擋風系數ψ=1.2An/(l a×h)=1.2×0.2/（1.2×1.5）=0.13；

式中：An為一步一跨范圍內擋風面積An=(l a+h)×d=0.16；

la立桿間距1.2m，h步距1.5m，d立桿外徑6cm，0.325 每平斜撐長度。

單排架無遮攔體形系數：μst=1.2ψ=1.2×0.16=0.19；

多排支撐架體形系數：μs=μst×（1 -η14）/(1 -η)=1.5；

則ωk=μzμsω0=1×1.5×0.3=0.45kN/m2；

立桿荷載標準值(按8m 高計）：Nωκ=PwkH2/B=0.45×1.2×8×8/14.1=2.5kN；

考慮風荷載作用，立桿軸向力設計值：

N=(1.2 (a+b3+e)+0.9×1.4(c+d+Nωκ))×0.9×1.2=65 .9 kN；

立桿段彎矩設計值：Mw=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4×Wklah2/10=0.15kN·m；

4.6 地基承載力計算

立桿底部基礎承載力：Pk=Nk/Ag

式中Ag—可調底座板對應的基礎底面積(按照45°計算)，按25cm 厚混凝土計算，則

Ag=0.64×0.64=0.41m2；

Nk—立桿的軸向力標準組合值，由上述計算可知Nk=56.4kN；

則Pk=56.4/0.41=137.7kN/m2；地基承載力應大于150KPa 滿足要求，基礎硬化前加強檢測。

5 結語

本文通過跨東外環路主線橋現澆箱梁工程，根據現澆箱梁施工環境、凈空高度、工期、地質、承重荷載、安全、質量及經濟等多方面比選，選用新型盤扣式滿堂支架體系進行支架設計。箱梁現澆支架按一次澆筑成型設計，根據混凝土自重荷載分布、施工荷載、橋下凈空、桿件承載力等合理布設。最后，對盤扣式滿堂支架進行立桿、主龍骨、次龍骨、面板及地基承載力這幾方面進行檢算，保證整個模板支架從設計、搭設、橋梁施工全過程中具有足夠的強度、剛度、穩定性及基礎承載力，可為類似工程提供借鑒。