探討某橋梁工程現澆箱梁滿堂支架的安全驗算

曠 宇

（貴州省公路開發有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

在市區高架橋梁工程建設中，因為箱梁頂部腹板較寬，為確保工程順利開展，常用滿堂支架現澆施工工藝[1-2]，因此，滿堂支架結構承力性能關系到施工安全。滿堂支架具有多個支撐點，為避免滿堂支架由于荷載導致的形變，需要保障滿堂支架垂直方向的沉降在安全范圍內，防止滿堂支架出現不均勻沉降導致的內應力超標情況[3-4]。為確保施工高效進行，現澆箱梁滿堂支架的安全驗算十分重要。

1 工程概況

某高架橋梁采用4×50 m的等截面預應力混凝土連續現澆箱梁，主梁高度2.8 m，為單箱梁四室構造。箱梁頂部寬度為35 m，梁頂設置坡度為2%的人形橫向坡；梁底寬度25 m；懸臂長4.0 m；邊腹板采用斜腹板，腹板斜率1.25。箱梁頂部、底部腹板厚300 mm，跨中腹板厚650 mm，支點周邊腹板厚80 cm，跨中腹板、支點周邊腹板設置300 cm過渡區域。箱梁頂端橫梁厚2 m，橫向設置支座2個，距離20 m；外挑臂型中橫梁厚3 m，超出箱梁兩側3 m，中支點部位箱梁截面見圖1。

圖1 中支點處箱梁橫斷面（單位：cm）

現澆箱梁采用滿堂支架臨時支撐形式，單聯箱梁的支架需連續搭設完成，確保箱梁的施工連續性，對支架沉降進行全過程實時監控，澆筑前需開展支架預壓，以消除滿堂支架形變，論證支架的承力能力，預壓值不小于混凝土自重，待支架沉降趨于穩定才能進行正式施工。

2 滿堂支架方案布設情況

（1）該橋梁的滿堂支架采用碗扣連接形式，單元支架部分采用Ф50.4×3.8 mm的鋼管。為保障滿堂支架穩定性，按照4 m間距設置剪力橫撐，豎向設置20道剪力撐。在箱梁頂部設置縱梁加筋，用槽鋼作為縱向橫梁，預壓荷載分配梁采用200 mm*200 mm木方，預載荷載分配梁頂設模板，現澆箱梁支架設置情況如表1、圖2所示。

圖2 滿堂支架布置圖橫斷面圖

表1 現澆箱梁支架布置表

（2）中軸：中軸必須采用10 mm厚的高強度鋼板，以保證中軸與基礎的緊密接觸。下支架的長度不得縮短。對于四個旋鈕，絲杠開口長度不應超過總長度的1/3。

（3）梁的位置取決于支撐結構的中心。在2.5 m長的部分，每個方向的桿間距為700 mm，間隔為1.5 m，控制臺的有效支撐面積為0.55 m2。

（4）箱梁空心區：豎向框架置于箱梁空心內，各方向距離1 000 mm，支撐架間隔1.5 m，有效承載面積0.55 m2。

（5）隔板位置：在箱梁空心隔板位置加支撐桿，各方向間距1 000 mm，支架節距1.5 m，一根桿的有效支撐面積0.55 m2。

（6）箱梁翼緣位置：在翼緣板位置加支撐桿，每個方向的距離為1 000 mm，間隔為1.5 m。

3 滿堂支架有限元模型

（1）該次研究針對橋梁施工的2、3聯現澆混凝土箱梁，按照控制臺裝配圖，運用邁達斯-Civil 2019建立滿堂支架有限元模型，對應力、應變、撓度等情況開展仿真分析。

（2）滿堂支架整個結構軸對稱，分析時可選對稱一半結構中最不利位置進行分析。模型寬33 m，其沿橋梁方向的豎向長50×2 m。

（3）邁達斯支架模型橫向分布如圖3所示。整個模型基礎為竹膠合板，下部模板采用板單元模擬，木方、槽鋼、支撐桿等采用梁單元模擬。為保證荷載作用下滿堂支架結構模型變形的連續可控，各結構單元的連接位置采用通用連接方式。

圖3 邁達斯支架模型橫向分布圖

（4）荷載指標：1）支架結構自身重量q1；2）箱梁混凝土重量：鋼筋混凝土結構表觀密度γ=30 kN/m3；3）施工時荷載集中度：q3=3 kN/m2；4）混凝土振動時模板沖擊載荷：q4=3.5 kN/m2。

（5）工況組合：1）混凝土模板、滿堂支架、框架的重量；2）荷載對混凝土振動階段振動沖擊的影響；3）后澆混凝土結構重量；4）原材料、施工設備載荷和操作人員移動載荷[5-6]。

（6）確定承載力階段，對應的自重和超載組合系數分別為1.3和1.5，搭設好滿堂支架后，澆筑混凝土前，結構荷載體系最不穩定，此時荷載最小，可進行支架穩定性檢驗計算。

4 運用邁達斯對支架系統的應力位移分析

4.1 支架系統的應力分析

（1）從表2所示的邁達斯有限元應力分析結果來看，整個滿堂支架的最大拉應力出現在跨中截面橫橋剪力支座的底部，應力大小取47.67 MPa，最大壓應力為跨中截面順橋向剪力支座的底部，應力大小取192 MPa。

（2）Q235A鋼的允許屈服強度為235 MPa。根據表2，極端拉伸和壓縮應力不超過鋼材的屈服強度，因此滿堂支架結構的承載能力滿足設計和施工要求。使用邁達斯軟件的仿真結果表明，滿堂支架的剪力支座對整個支架結構的承載力貢獻很大。

表2 支架系統應力值

4.2 支架系統的位移分析

（1）滿堂支架系統的位移分析結果具體如表3所示，在實際施工環境下，滿堂支架所用縱梁位移最大值為2.11 mm，橫梁位移最大值為2.21 mm，竹膠合板位移最大為2.14 mm，上述位移都出現在均橋梁跨中區域的橫梁中腹板位置。

表3 支架系統位移值

（2）確定滿堂支架、混凝土模板的抗變形剛度環節，任何情況下橋梁結構變形都不得超過下列允許值。1）開模時變形量不得超過l/400；2）模板隱蔽，變形量應控制在計算跨徑的1/250。表3中的數據表明，橋梁構件的撓度在規范范圍內，滿堂支架系統的剛度符合施工設計要求[7-8]。

5 支架系統的沉降監控

（1）根據有限元模擬軟件邁達斯給出沉降監控計算表，該橋梁箱梁滿堂支架的水平位移可忽略不計，計算以豎向位移為主。因此，有必要增加對野外垂直沉降的監測[9]。

（2）順橋梁方向的縱軸共設置6個監測截面，每個監測截面分別設6個監測點，總計36個沉降監測點，各點布置見圖4。

圖4 測點布置平面圖

（3）根據實地監測，滿堂支架立桿下部沉降主要為基礎沉降，基本在5 mm以內，立桿上部沉降包括基礎沉降、桿壓縮變形、桿塑性變形，沉降大小基本在10 mm以內，使滿堂支架結構的整體沉降都符合施工設計要求，保證施工的安全性。

（4）通過對模擬值和實測值的分析可以看出，仿真值普遍低于實際測量值。主要原因是結構總體剛度建立后，會出現模型“過剛”的問題，進而導致模擬值普遍低于實測值，但偏差處于工程可接收范圍內，故完全可以在橋梁工程模擬中廣泛推廣邁達斯有限元分析工具，具有較高的可行性[10]。

6 結論

綜上所述，滿堂支架結構承力性能關系到施工安全。滿堂支架具有多個支撐點，為避免滿堂支架由于荷載導致的形變，需要保障滿堂支架垂直方向的沉降在安全范圍內。該文使用邁達斯有限元分析工具對該橋梁工程的2跨、3跨現澆混凝土箱梁的滿堂支架結構進行了有限元分析，得到以下結論：

（1）鋼管支架的豎桿、橫桿均符合施工設計要求，無受壓損壞。

（2）滿堂支架各支撐組件中的所有桿件均符合變形規范要求。

（3）通過仿真數據和實測數據的對比，證明了有限元分析工具邁達斯對滿堂支架變形仿真中的應用效果。