橋梁現澆箱梁滿堂支架方案研究

劉輝

摘要：結合工程實例，對某等截面預應力混凝土連續現澆箱梁采用滿堂支架進行施工。對滿堂支架方案布設情況進行了總結，通過建立滿堂支架有限元模型，對支架系統的應力位移進行分析，并對支架系統的沉降進行監控。結果表明：此橋梁現澆箱梁滿堂支架方案合理，支架系統的應力位移在合理的范圍內，可為類型項目提供借鑒和參考。

關鍵詞：橋梁工程；現澆箱梁；滿堂支架；結構安全驗算

0? ?引言

在橋梁工程建設中，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。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，以防滿堂支架出現不均勻沉降導致內應力超標。施工過程中，需要對現澆箱梁滿堂支架的應力、應變、撓度情況進行分析，并利用邁達斯-Civil2019有限元分析軟件得到更加直觀完整的應力、應變、撓度響應數據，從而更好地確定橋梁現澆箱梁滿堂支架方案的科學性和合理性。本文結合工程實例，對某等截面預應力混凝土連續現澆箱梁采用滿堂支架進行施工。

1? ?工程概況

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

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，以確保箱梁的施工連續性。對支架沉降進行全過程實時監控。澆筑前開展支架預壓，以消除滿堂支架形變。論證支架的承力能力，確保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

2.1? ?確定支架布設方案

橋梁工程施工中，現澆箱梁是常見的一種結構形式，其具有跨度大、荷載大等特點。為了提高現澆箱梁施工的安全性，需要對滿堂支架方案進行優化，提高其可靠性和安全性。在實際工程中，通過對支架方案進行優化設計，能夠滿足混凝土澆筑工作的基本需求。

在該工程中，支架布設采用滿堂支架方案。該橋梁工程屬于T型剛構，箱梁截面為變高度矩形，在箱梁澆筑完成后，需要對箱梁頂板、腹板以及底板等部位進行預應力張拉施工。橋梁工程施工中采用的是掛籃懸臂澆筑法，因此需要在掛籃上澆筑混凝土。根據現場施工條件及工期要求等因素，在箱梁頂板、腹板以及底板等部位均布置支架。

2.2? ?確定澆筑法

將原設計的鋼管腳手架改為雙排碗扣式鋼管腳手架，并根據實際施工要求和工期要求等因素進行合理布設。在該工程中，現澆箱梁施工中采用的是掛籃懸臂澆筑法。當混凝土澆筑完成后，需要將掛籃懸臂澆筑法應用到現澆箱梁施工中。

2.3? ?支架布設要點

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4m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200mm×200mm木方，現澆箱梁支架設置情況如表1所示。滿堂支架布置圖橫斷面如1所示。

中軸必須采用10mm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4個旋鈕，絲杠開口長度不應超過總長度的1/3。梁的位置取決于支撐結構的中心。在2.5m長的部分，每個方向的桿間距為700mm，間隔為1.5m，控制臺的有效支撐面積為0.55m²。

豎向框架置于箱梁空心內，各方向距離為1000mm，支撐架間隔1.5m，有效承載面積為0.55m2。在箱梁空心隔板位置加支撐桿，各方向間距為1000mm，支架節距為1.5m，一根桿的有效支撐面積為0.55m2。在翼緣板位置加支撐桿，每個方向的距離為1000mm，間隔為1.5m。

3? ?滿堂支架有限元模型

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-Civil2019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。

滿堂支架整個結構為軸對稱，可選對稱一半結構中最不利位置進行分析。模型寬33m，其沿橋梁方向的豎向長50×2m。支架模型橫向分布如圖2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。

滿堂支架設計驗算荷載取值表如表2所示。由表2可知，支架結構自身質量q1，取值為0.85kN/m²；風荷載為0.32kN/m²；新澆筑混凝土、鋼筋、預應力鋼筋的載荷為30kN/m²；傾倒混凝土產生的水平沖擊荷載為2kN/m²；施工人員及施工設備、施工材料等荷載為3.0kN/m²；混凝土對側模的壓力為43.75kN/m²；振搗混凝土時產生的振動荷載為2kN/m²。

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? ?支架系統應力與位移分析

通過上述的分析，能夠看出支架系統具有較大的變形，特別是在地基承載力不足情況下，容易出現變形和開裂現象。在實際施工中，需要對支架系統的穩定性進行分析，并根據相關分析結果對支架系統進行必要的優化和改進，以提高支架系統的穩定性。可以采用MIDAS/Civil有限元軟件對支架系統進行必要的計算分析。對于地基承載力不足時，需要采取一定的加固措施。采用MIDAS/Civil有限元軟件中的SHELL63單元建立支架系統模型。

4.1? ?支架系統的應力分析

經過計算分析可知，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47.67MPa。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192MPa。Q235A鋼的允許屈服強度為235MPa。

支架系統應力值如表3所示，根據表3可知，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。

4.2? ?支架系統的位移分析

滿堂支架系統的位移分析結果具體如表4所示。在實際施工環境下，滿堂支架所用縱梁位移最大值為2.11mm，橫梁位移最大值為2.21mm，竹膠合板位移最大為2.14mm，上述位移都出現在均橋梁跨中區域的橫梁中腹板位置。

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：開模時變形量不得超過l/400；模板隱蔽時，變形量應控制在計算跨徑的1/250。表4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。

5? ?支架系統的沉降監控

支架系統的沉降監控是橋梁現澆箱梁施工中的重要環節，支架沉降主要是由于地基沉降、模板變形和預應力施加等因素引起的。在實際施工中，支架系統的沉降監控需要根據地基沉降情況來確定。若地基發生較大沉降，會影響到混凝土澆筑的質量，因此在實際施工中，需要對地基進行必要的監測。

根據有限元模擬軟件邁達斯得到沉降監控計算表。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。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3。

根據實地監測，滿堂支架立桿下部沉降主要為基礎沉降，沉降數值基本在5mm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10mm以內。滿堂支架結構的整體沉降都符合施工設計要求，可保證施工的安全性。

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。主要原因為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。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，以便提高支架方案的合理性。

6? ?結束語

綜上所述，滿堂支架結構承力性能直接關系到施工的整體安全。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。本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：

鋼管支架的豎桿、橫桿均符合施工設計要求，無受壓損壞。滿堂支架各支撐組件中的所有桿件均符合變形規范要求。通過仿真數據和實測數據的對比可知，該有限元分析工具在滿堂支架變形仿真中的應用效果顯著。

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