現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋的支架施工安全驗(yàn)算

胡翠敏

廣州大學(xué) 廣東 廣州 510000

引言

箱梁是橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，通常采用現(xiàn)澆施工工藝，滿堂支架施工技術(shù)作為橋梁工程施工中最常用的施工方法，具有速度快、施工方便、橋梁線性易于控制等優(yōu)點(diǎn)，對現(xiàn)澆箱梁施工安全起到了至關(guān)重要的作用。

1 工程概況

104國道德清段改建工程項(xiàng)目土建第2標(biāo)段道路起點(diǎn)位于K5+800德清國防園附近，終點(diǎn)為K10+850德清農(nóng)貿(mào)城，主要工程內(nèi)容為橋涵、高架橋、路基、路面等的施工，其中跨越304省道路線采用跨徑分別為42m+70m+42m的變截面連續(xù)箱梁（等寬27m）：箱梁采用單箱三室直腹板斷面的變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，端橫梁高為2.2m，中橫梁高4.5m，箱梁頂寬27m，懸臂長3.5m，頂板厚0.28～0.65m，底板厚0.28～1.15m，腹板厚0.50～0.95m；墩頂和梁端各設(shè)1道橫梁，中橫梁寬3m，端橫梁寬1.8m。

主線高架采用滿堂支架現(xiàn)澆施工工藝，局部梁段采用門洞式支架施工工藝，如圖1所示。滿堂支架的整體設(shè)計為跨中門洞式支架和其余區(qū)域的門式支架，門洞結(jié)構(gòu)采用1.0m×1.00（0.8）m鋼筋砼條形基礎(chǔ)，立柱采用Φ600×10mm鋼管立柱，橫向間距4.0m，橫撐、斜撐采用Φ48×3.5mm圓管，橫梁采用2I40×150工字鋼結(jié)構(gòu)形式，縱梁采用90花窗連接的雙排單層貝雷結(jié)構(gòu)形式，縱梁間距2m。門洞設(shè)置限高設(shè)施警示[1]。

圖1 滿堂支架整體布置圖

2 有限元模型及計算說明

采用有限元軟件Midas Civil 2019建立全橋支架體系的桿系模型，考慮到支架布置的對稱性，建立全橋半支架結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示，結(jié)構(gòu)的門架以及圓管、工字鋼、方木都采用梁單元模擬，為更準(zhǔn)確計算主梁模板荷載向支架體系的傳力，在方木上部通過板單元模擬竹膠模板的作用。模型總計155746個節(jié)點(diǎn)、225110個單元[2]。

圖2 全橋半支架有限元建模圖

考慮到整體結(jié)構(gòu)模型偏大，為了后期計算效率和方便，將構(gòu)造相同的支架體系選擇最不利受力節(jié)段進(jìn)行驗(yàn)算分析，劃分為如下圖所示的4個典型構(gòu)造與受力區(qū)域：

邊跨端橫梁區(qū)域（A區(qū)），支架縱向平均間距1.5m，該區(qū)域由于端橫梁位置混凝土重度大，相對于1.5m間隔布置的其他區(qū)域受力更為不利；

箱梁漸變段區(qū)域（B區(qū)），支架縱向間距1.45m，該區(qū)域相比較其他支架間距1.9m和1.6m區(qū)域的混凝土箱梁高度更大，荷載效應(yīng)更加明顯；

中支撐墩頂區(qū)域（C區(qū)），支架縱向間距1.33m，該區(qū)域混凝土箱梁重度最大，荷載效應(yīng)可能更加顯著；

貝雷支架門洞區(qū)域（D區(qū)），該區(qū)域?yàn)榱诉m應(yīng)橋底通車需求采用了貝雷支架方式設(shè)置門洞，該構(gòu)造相對其他區(qū)域不同，需要單獨(dú)驗(yàn)算。

圖3 支架典型受力分析區(qū)域

根據(jù)上述4個典型區(qū)段的分析，對支架分別進(jìn)行安全性驗(yàn)算。

依據(jù)交通部頒發(fā)的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F50-2011），有關(guān)荷載系數(shù)取值如下：

支架體系的自重荷載。

新澆混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值26kN/m3。

竹膠模板、內(nèi)模板和外模板等累積標(biāo)準(zhǔn)值0.75kN/m2。

施工人員與設(shè)備荷載2.5kN/m2。

混凝土澆筑振搗荷載2.0kN/m2。

其他可能產(chǎn)生的荷載，如雪荷載、冬季保溫設(shè)施荷載等，q7=0.3kN/m2。

各種工況下驗(yàn)算的荷載分項(xiàng)系數(shù)如下表。

表1 主要材料參數(shù)表

3 邊跨端橫梁區(qū)域（A區(qū)）支架體系安全性驗(yàn)算與評價

支架的穩(wěn)定性是施工安全的另一重要方面。在整體支架結(jié)構(gòu)中：上部立柱橫梁和方木受到竹膠模板的支撐，整體穩(wěn)定性不突出。整個支架系統(tǒng)中，立柱是主要受壓構(gòu)件，根據(jù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理，受壓桿件很容易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞的問題。基于上述概念，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的屈曲分析，計算的前三階結(jié)構(gòu)屈曲系數(shù)和振型圖如下所示。計算結(jié)果顯示，第一階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為15.50，表現(xiàn)為整體支架系統(tǒng)向縱橋向失穩(wěn)，立柱的縱向一階失穩(wěn)；第二階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為16.87，表現(xiàn)為支架系統(tǒng)縱斷面內(nèi)的反對稱失穩(wěn)；第三階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為19.83，表現(xiàn)為支架系統(tǒng)縱斷面內(nèi)底部的面外失穩(wěn)。總體而言，支架的失穩(wěn)安全系數(shù)均大于4.0，整體支架體系的安全穩(wěn)定性良好[3]。

4 箱梁漸變段區(qū)域（B區(qū)）支架體系安全性驗(yàn)算與評價

對箱梁漸變段區(qū)域（B區(qū)）支架體系的屈曲進(jìn)行計算分析，計算的前三階結(jié)構(gòu)屈曲系數(shù)和振型圖如下所示。計算結(jié)果顯示，第一階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為13.22，表現(xiàn)為整體支架系統(tǒng)向縱橋向失穩(wěn)，立柱的縱向一階失穩(wěn)；第二階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為14.07，表現(xiàn)為支架系統(tǒng)縱斷面內(nèi)的反對稱失穩(wěn)；第三階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為15.51，表現(xiàn)為支架系統(tǒng)縱斷面內(nèi)底部的面外失穩(wěn)。總體而言，支架的失穩(wěn)安全系數(shù)均大于4.0，整體支架體系的安全穩(wěn)定性良好[4]。

5 中支撐墩頂區(qū)域（C區(qū)）支架體系安全性驗(yàn)算與評價

對中支撐墩頂區(qū)域（C區(qū)）支架體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)的屈曲分析，計算的前三階結(jié)構(gòu)屈曲系數(shù)和振型圖如下所示。計算結(jié)果顯示，第一階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為2.715，表現(xiàn)為整體支架系統(tǒng)向縱橋向失穩(wěn)，立柱的縱向一階失穩(wěn)；第二階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為4.558，表現(xiàn)為貝雷架部分區(qū)段的橫向反對稱失穩(wěn)；第三階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為4.657，表現(xiàn)為貝雷架部分區(qū)段的橫向一側(cè)失穩(wěn)。總體而言，支架失穩(wěn)安全系數(shù)均大于1.5，整體支架體系的安全穩(wěn)定性良好[5]。

6 貝雷支架門洞區(qū)域（D區(qū)）支架體系安全性驗(yàn)算與評價

對貝雷支架門洞區(qū)域（D區(qū)）支架體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)的屈曲分析，計算的前三階結(jié)構(gòu)屈曲系數(shù)和振型圖如下所示。計算結(jié)果顯示，第一階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為2.715，表現(xiàn)為整體支架系統(tǒng)向縱橋向失穩(wěn)，立柱的縱向一階失穩(wěn)；第二階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為4.558，表現(xiàn)為貝雷架部分區(qū)段的橫向反對稱失穩(wěn)；第三階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)為4.657，表現(xiàn)為貝雷架部分區(qū)段的橫向一側(cè)失穩(wěn)。總體而言，支架失穩(wěn)安全系數(shù)均大于1.5，整體支架體系的安全穩(wěn)定性良好[6]。

7 結(jié)束語

通過對04國道德清段改建工程項(xiàng)目42+70+42m滿堂支架現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋的分析，將支架體系劃分四個區(qū)域并對進(jìn)行安全性驗(yàn)算分析。結(jié)果表明，現(xiàn)澆箱梁的支架體系具有良好的承載變形性能，能夠滿足施工過程中各種不利荷載作用，具有良好的安全性能儲備。