橋梁混合現澆支架體系的設計與驗算

李曉虎

（中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500）

0 引言

支架現澆施工是橋梁施工中常用的方法，相比于掛籃懸臂現澆施工，該施工方法具有施工方便、節約工期、便于控制、安全性高等特點。王登田[1]以平潭大橋為工程背景，介紹了強風區大跨高墩現澆支架的方案與設計；馮令才[2]以新建武漢至十堰鐵路崔家營漢江特大橋為例，研究了大跨徑預應力混凝土連續梁橋現澆支架設計和驗算方法；王廣周[3]詳細分析了徐鹽高鐵徐沙河連續梁-拱現澆支架體系力學特性，并提出了支架現澆過程中橋梁線性控制措施；劉成和[4]以青連鐵路跨膠州灣特大橋為例，介紹了海中軟弱地層中箱梁現澆支架的設計布置、受力及穩定性檢算方法，確定了支架搭設的施工工藝。孫輝等[5]針對既有分幅橋梁上方高架橋現澆施工的難題，設計了既有分幅橋梁上方預制拼裝高架橋梁支架體系，并提出了相應的施工方法。吳擁軍等[6]以保定樂凱大街南延工程轉體斜拉橋為依托，指出對于超寬預應力混凝土箱梁，在支架設計中，應考慮預應力張拉帶來附加載荷的影響。王肖等[7]提出了一種新型的梁柱式現澆支架模板系統，為新型支架體系研發提供了思路；胡健[8]研究了城際鐵路標準簡支梁現澆支架設計方法；王佳峰[9]介紹了三維激光掃描技術在現澆橋梁支架變形監控中的應用，并提出了基于三維激光掃描技術的支架安全監控系統。

從以上研究可以看出，支架的設計和驗算仍然是支架現澆施工中的重點，本文以鄭州某匝道橋支架現澆施工為例，研究了“盤扣架+貝雷梁+梁柱”現澆支架系統的設計和驗算方法，介紹了支架的設計參數，分析了支架的強度、變形和穩定性，可為類似橋梁支架現澆施工提供參考。

1 工程概況

鄭州某匝道橋（40+43+40）m為三跨預應力混凝土連續梁，現澆混凝土梁高為2.40m，底板厚度為0.22m，頂板厚度為0.25m，橋底至地面最大高度為16m，根據經濟比選，采用了梁柱式支架現澆的施工方法。采用梁柱式支架時，梁底底模標高調整繁瑣，橋梁施工完畢拆架時，一般采用砂箱等方法進行落架，施工較為繁瑣。為了施工方便，該橋梁施工采用了“盤扣架+貝雷梁+梁柱”混合支架體系，充分利用盤扣架調整標高的靈活性，可以實現橋梁底模標高的靈活調整，同時在拆模時，采用盤扣架更容易實現橋梁模板的拆卸。

2 混合現澆支架體系設計

整個混合現澆支架體系包括：混凝土模板，模板下設方木次梁，方木次梁下設雙I10號工鋼作為模板主梁，模板主梁采用盤扣架支撐，盤扣立柱下端放置在雙拼I10號工鋼分配梁上，分配梁下為貝雷梁，貝雷梁下為雙拼I40a工鋼，I40a工鋼下為609@12mm鋼管柱支撐，混合現澆支架系統設計參數如表1所示。

表1 混合現澆支架設計參數表

3 混合現澆支架體系模擬計算

3.1 模型建立

“盤扣架+貝雷梁+梁柱”混合式支架體系中，支架傳力較為復雜，為了準確地計算支架體系中各個部件的受力和變形，進行了整體三維有限元計算，其中強度和穩定性采用強度對應的載荷組合，變形采用剛度對應的載荷組合，計算模型如圖1所示。

圖1 支架整體計算模型

3.2 模板系統計算結果分析

根據有限元的計算結果，模板系統強度的計算結果如表2所示。

表2 強度驗算結果統計表

變形計算結果如表3所示，其中，容許變形值按照梁長度的1/400計算。

表3 剛度驗算結果統計表

3.3 盤扣式支架計算結果分析

有限元計算結果如圖2所示，根據計算結果可確定盤扣鋼管最大軸力為N=55.4kN，托座（底座）的最大軸壓力為N=55.4kN＜[N]=180kN，滿足規范要求。

圖2 盤扣支架軸力分布圖

立桿計算長度：l0=max(ηh,h′+2k a)=1.8m，立桿長細比：λ=l/i=89.6＜150，滿足要求。風荷載產生的彎矩設計值按式（1）計算：

不組合風荷載時，立桿穩定性驗算如式（2）所示。

組合風荷載時，立桿穩定性驗算如式（3）所示。

結合式（2）和（3）計算結果可知，立桿強度和穩定性滿足規范要求。

3.4 貝雷梁計算結果分析

采用強度組合計算出貝雷梁的弦桿、豎桿、斜桿的軸力，其有限元計算結果如圖3（a）～3（c）所示。采用剛度組合計算出貝雷梁的變形，如圖3（d）所示。從圖3可以看出，貝雷梁右側一跨中間位置的軸力和變形較大，在施工中應該給予重點監測。

從圖3可以確定貝雷梁的弦桿、豎桿、斜桿的軸力，并與貝雷梁的允許軸力進行比較，如表4所示。

表4 貝雷梁強度驗算

從表4可知，貝雷梁強度滿足要求。根據圖3（d）可得，貝雷梁的撓度最大為17.6mm，小于限值30mm，剛度滿足要求，但是該值較大，為保證橋梁的線性，建議在澆筑前根據貝雷梁的變形規律，設置預拱度。

圖3 貝雷梁強度和變形有限元計算結果

3.5 鋼管立柱計算結果分析

如圖4所示，強度組合下的鋼管立柱的最大應力為73.4MPa＜215MPa，立柱強度滿足要求。

圖4 鋼管柱組合應力分布

強度組合的立柱軸力如圖5所示，考慮了風載荷和偏心的穩定性分析。考慮風荷載最不利位置為風荷載施加在箱梁側面，箱梁高2.4m，寬按12m，安裝支架立柱時，考慮安裝誤差及偏心，偏心距為5cm。可得考慮風載荷和偏心時，鋼管柱的穩定應力滿足式（4）：

圖5 鋼管立柱支反力

因此鋼管柱穩定性滿足要求。

4 結束語

綜上所述，針對鄭州某匝道橋支架現澆施工，采用了“盤扣支架+貝雷梁+梁柱”混合支架體系，給出了該混合支架體系的設計參數，建立了該支架體系的三維整體有限元模型，對該支架的受力進行了數值計算。結果表明：該支架體系的強度、變形和穩定性滿足規范要求；在支架體系中，貝雷梁變形較大，建議根據貝雷梁變形規律預設橋梁施工預拱度以保證其線型，同時在施工中應重點監控變形較大的位置，以保證施工安全。