鴉崗村道門洞支架設計與應用

郭志遠

(廣州公路工程集團有限公司， 廣東 廣州 510075)

現澆箱梁是常見橋梁結構形式，其施工關鍵控制點是支架搭設。常用支架有滿堂支架和貝雷支架2種，貝雷支架結構簡單，運輸方便，拆卸快速，能克服復雜地形。該文結合廣州鴉崗立交簡易互通的A匝道橋上跨既有高速公路現澆箱梁支架工程，采用MIDAS/Civil建立數值模型，從工程安全、實用的角度探討貝雷支架在匝道橋建設中的安全應用。

1 支架體系設計與試驗

1.1 試驗材料與參數

試驗材料包括Q235B鋼、TB17闊葉材(截面尺寸10 cm×10 cm)、膠合板(厚度15 mm)、梁(16Mn鋼材)，材料參數見表1。

表1 試驗材料參數

1.2 MIDAS/Civil數值模擬

A匝道第5聯跨鴉崗村門洞支架采用鋼管加工字鋼形式，采用MIDAS/Civil建模對各構件強度和穩定性進行分析(見圖1)。

圖1 支架整體模型

1.2.1 強度計算分析

1.2.1.140a工字鋼縱梁應力分析

對40a工字鋼縱梁和2×I40a工字鋼墊梁進行動態應力加載，探究其最大剪應力和最大彎曲應力，模擬結果見圖2。

圖2 縱梁組合應力云圖(單位：MPa)

最大彎曲應力為：

最大剪應力為：

最大組合應力為：

σ=118.5 MPa

應力校核：

支架縱梁的強度符合要求。

1.2.1.22×I40a工字鋼墊梁應力分析

對2×I40a工字鋼墊梁進行最大彎曲應力和剪應力校核，模擬結果見圖3。

圖3 墊梁組合應力云圖(單位：MPa)

最大彎曲應力為：

σ=123 MPa

最大剪切應力為：

τ=58.2 MPa

最大組合應力為：

σ=124.3 MPa

支架工字鋼墊梁的強度符合要求。

1.2.1.3螺旋鋼管應力分析

對螺旋鋼管進行應力分析，模擬結果見圖4。

圖4 螺旋鋼管應力云圖(單位：MPa)

最大組合應力為：

σ=50.8 MPa

支架螺旋鋼管的強度符合要求。

1.2.1.4剪刀撐應力分析

剪刀撐采用[14槽鋼。對剪刀撐進行應力分析，模擬結果見圖5。

圖5 剪刀撐應力云圖(單位：MPa)

最大組合應力為：

σ=23 MPa

支架剪刀撐的強度符合要求。

1.2.2 螺旋管穩定性計算

螺旋管的軸力和彎矩模擬結果見圖6。

圖6 螺旋管軸力和彎矩云圖

螺旋管直徑630 mm，壁厚10 mm，截面積為：

19 468 mm2

慣性矩為：

935 680 750 mm4

截面面積為：

8 573 986.54 mm3

回旋半徑為：

長細比為：

根據《鋼結構設計規范》，C、B類截面軸心受壓穩定系數φ=0.95，應力為：

φ630鋼管柱的強度及穩定性滿足要求。

1.2.3 變形計算與基礎計算

(1) 變形計算。支架最大豎向位移為16.42 mm<8 200/400=20.5 mm(見圖7)。

圖7 支架豎向位移云圖(單位：mm)

(2) 基礎計算。兩側螺旋鋼管下方設置條形基礎，尺寸為寬1.2 m×高1.2 m。標準荷載組合下，兩側螺旋鋼管最大單柱反力F=792.9 kN(見圖8)。鋼管通過底部鋼板(長80 cm×寬80 cm×厚1.5 cm)傳遞給C20條形基礎，基礎寬1.2 m、高1.2 m，脆性材料按照45°剛性角傳遞，傳遞到基礎底面尺寸為1.2 m×3.2 m。基底平均應力見式(1)。兩側條形基礎安置在既有車道路面上，路面承載力特征值達到700 kPa以上，滿足要求。

圖8 螺旋管反力云圖(單位：N)

(1)

2 現澆支架的應用

應力計算和穩定性校核結果表明支架性能良好。基于上述數值模擬結果，進行支架搭建運用。

現澆箱梁為變寬現澆梁(喇叭形)，為方便支架搭設、調整，順橋向布置間距為120 cm/60 cm(中橫梁下60 cm)，橫橋向底箱下方布置間距取120 cm，水平桿步距取150 cm，水平桿頂層步距減少一個盤扣距離。

采用新型盤扣式支架，豎桿采用φ60×3.2 mm Q345鋼管，橫桿采用φ48×2.5 mm鋼管，豎向斜桿采用φ42×2.75 mm鋼管，剪刀撐采用φ48×2.5 mm鋼管；立桿步距設為1.5 m(局部加密為1或0.5 m)，中橫梁位置立桿布置為橫、縱橋向1.2 m×0.6 m，其他位置橫、縱橋向1.2 m×1.2 m；順橋向、橫橋向豎向斜桿均滿格布置；水平剪刀撐步距4.0～6.0 m；承重梁采用I12.6工字鋼，橫向布置，間距與順橋向立桿匹配；分配梁采用100 mm×100 mm方木，間距30 cm(空箱部位及翼板部位)或20 cm(腹板及中橫梁部位)；模板采用15 mm厚優質膠合板。臨邊操作平臺最外側立柱高出操作平臺1.5 m，縱向向水平安裝3 條φ48護欄鋼管，護欄上安掛密目防護網及0.5 m提腳板(見圖9、圖10)。

圖9 支架里面示意圖

圖10 支架橫斷面示意圖

結果證明，增加鋼管直徑對提高立桿承載力的效果遠大于增加鋼管壁厚的效果。考慮到中國尚未全面實現機械化施工，很多項目還不得不手工操作，采用60 mm直徑的鋼管作為支撐架的立桿比較適宜。Q345B高強度低合金鋼材的應用，在有效提高立桿承載力的前提下，可減少架體自重。

3 結語

對鴉崗村道門洞支架使用MIDAS/Civil建立數值模型，對縱梁、墊梁、螺旋鋼管和剪力撐進行應力強度、穩定性校核，驗證支架的安全性和穩定性能良好，能達到設計要求和應用要求。