某現(xiàn)澆箱梁橋項(xiàng)目的梁式支架設(shè)計(jì)與計(jì)算分析

收稿日期：2024-01-11

作者簡(jiǎn)介：羅江（1987—），男，本科，工程師，從事公路工程施工技術(shù)與管理工作。

摘要 梁式支架法作為現(xiàn)澆混凝土橋梁施工的常用技術(shù)手段，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、承重能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能顯著提升施工安全性、高效性。為有效提升現(xiàn)澆箱梁的梁式支架施工技術(shù)水平，保證支架的安全和穩(wěn)定，文章首先依托某公路橋梁的現(xiàn)澆箱梁施工實(shí)踐，針對(duì)梁式支架設(shè)計(jì)及力學(xué)驗(yàn)算進(jìn)行系統(tǒng)分析。然后，根據(jù)橋梁實(shí)際情況制定了梁式支架的現(xiàn)澆方案，確定了主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)。最后，對(duì)底模、分配梁方鋼、貝雷梁、雙拼工字鋼、鋼管柱等構(gòu)件的力學(xué)性能實(shí)施了驗(yàn)算。結(jié)果表明，梁式支架的承載力和穩(wěn)定性完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，有效驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方案的可行性。

關(guān)鍵詞 公路橋梁項(xiàng)目；現(xiàn)澆箱梁；梁式支架；技術(shù)要點(diǎn)分析

中圖分類號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）09-0101-03

0 引言

現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造靈活、適用性強(qiáng)、跨度大、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在公路橋梁建設(shè)中應(yīng)用廣泛。目前，常用的現(xiàn)澆箱梁施工方法主要包括支架法、懸臂澆筑法等[1]，其中以梁式支架的體系應(yīng)用最為普遍，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、穩(wěn)定可靠，能有效跨越河道、公路等設(shè)施，最大限度降低對(duì)現(xiàn)狀交通的影響，并且具有較強(qiáng)的適用性，可用于各種復(fù)雜地形的現(xiàn)澆箱梁施工，具有十分突出的優(yōu)勢(shì)[2]。為此，該文結(jié)合某橋梁現(xiàn)澆箱梁施工案例，系統(tǒng)分析了梁式支架設(shè)計(jì)，并對(duì)其受力及穩(wěn)定性實(shí)施驗(yàn)算，具有重要的實(shí)踐意義。

1 工程概況

某公路橋梁工程，分左、右兩幅布置，其中左幅設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 758.0 m，共28聯(lián)92孔；右幅設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 759.30 m，共28聯(lián)93孔；上部為現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，擬采用梁式支架進(jìn)行施工。選擇1聯(lián)4.0 m×32.0 m箱梁進(jìn)行研究，其寬度為13.5 m、高度1.8 m。該箱梁采取分階段施工，支架體系一次性搭設(shè)完成。

2 梁式支架現(xiàn)澆方案

結(jié)合橋梁實(shí)際情況，按照工期、質(zhì)量目標(biāo)要求，合理制定梁式支架的施工方案。支架系統(tǒng)組成為：529.0 mm

×8.0 mm的鋼管柱，雙拼I40b的工字鋼，321型貝雷梁，規(guī)格為80.0 mm×80.0 mm×3.0 mm的分配梁方管。具體方案如下：

（1）單跨支架體系沿橋梁縱向布設(shè)4排鋼管柱，按照支架搭設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置雙向剪刀撐，其主要材質(zhì)為規(guī)格12#型鋼。橋墩周邊鋼柱通過12#型鋼直接固定在橋墩上。

（2）鋼管柱頂部安放箱體，箱體頂部依次鋪設(shè)I40b工字鋼和321型貝雷梁，并通過U型箍進(jìn)行固定，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性[3]。

（3）貝雷梁頂面設(shè)置規(guī)格為80.0 mm×80.0 mm×

3.0 mm的分配梁方管，其跨中和端部間距分別為200.0 mm

和300.0 mm；方管頂部設(shè)置厚度為15.0 mm的竹膠板用作底模，確保拼接嚴(yán)密；對(duì)于拼縫較大部位，應(yīng)采用膠帶進(jìn)行封閉處理，避免漏漿。

（4）梁式支架翼緣部位安裝定型圓弧支架，其布設(shè)間距為0.9 m，并設(shè)置橫向斜支撐，使其與鋼管柱連接成整體結(jié)構(gòu)，提高整體穩(wěn)定性。

3 計(jì)算參數(shù)

3.1 材料特性

該項(xiàng)目梁式支架體系主要材料的性能指標(biāo)，見表1所示。

3.2 荷載取值及組合

現(xiàn)澆箱梁施工階段，支架體系的承受荷載類型如下：

（1）支架重量：由于梁式支架體系與滿堂支架存在較大差別，其荷載組合取G1k=3.0 kN/m2。

（2）混凝土容重：該項(xiàng)目鋼筋混凝土荷載G2k=

24.5 kN/m2，鋼筋重量荷載G3k=1.5 kN/m2，混凝土結(jié)構(gòu)總荷載為G2k+G3k=26.0 kN/m2。

（3）機(jī)械、人員荷載：Q1k=2.5 kN/m2。

（4）振搗作用形成荷載：Q2k=2 kN/m2。恒載系數(shù)為1.2，活載系數(shù)1.4，高度1.8 m箱梁結(jié)構(gòu)端部和跨中截面的重力計(jì)算，分別見圖1、圖2所示，梁長(zhǎng)取1.0 m。

梁式支架極限承載條件和正常承載條件下的荷載組合計(jì)算數(shù)據(jù)，見表2所示。

4 梁式支架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1 底模板驗(yàn)算

底模以5跨箱梁均布荷載進(jìn)行計(jì)算，方管分配梁端部和中部的布設(shè)間距分別為200.0 mm和300.0 mm，q設(shè)以中間腹板荷載組合進(jìn)行計(jì)算。

Mmax=0.105q設(shè)l2 （1）

依據(jù)式（1），其具體計(jì)算結(jié)果如下：

端部：

Mmax=0.105q設(shè)l2=0.105×66.06×0.22=0.277 kN·m

中部：

Mmax=0.105q設(shè)l2=0.105×57.31×0.32=0.542 kN·m

底模承載力：

f=Mmax/W=0.542×106/3.75×10?5×10?9=14.44 MPa<[ f ]

=25 MPa

符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)現(xiàn)行《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，該現(xiàn)澆箱梁首跨撓度最大，撓度驗(yàn)算系數(shù)取0.664，從而得到底模撓度極值為f=0.664ql4/100EI。方管分配梁端部及中部布設(shè)間距分別為200.0 mm和300.0 mm，q以中間腹板荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如下：

端部：

f=0.664×49.8×0.24/（100×1.3×104×2.81×10?7）=0.114 mm

<[ f ]=L/400=200/400=0.5 mm

符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

中部：

f=0.664×42.5×0.34/（100×1.3×104×2.81×10?7）=0.62 mm

<[ f ]=L/400=300/400=0.75 mm

符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 上分配梁方鋼驗(yàn)算

進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算的分配梁主要是端部、中部?jī)蓚€(gè)部位，其布設(shè)間距依次為200.0 mm、300.0 mm。通過荷載轉(zhuǎn)化，將端部及中部面荷載轉(zhuǎn)化為線荷載，分別布設(shè)于梁體表面。抗彎及抗剪驗(yàn)算以最不利工況的情況進(jìn)行計(jì)算[4-6]，荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值、端腹板、箱梁中心級(jí)中間腹板的取值依次為11.18 kN/m、8.05 kN/m和17.2 kN/m。撓度驗(yàn)算同樣通過標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行驗(yàn)算。具體驗(yàn)算時(shí)，通過SMSOLVER系統(tǒng)計(jì)算，其驗(yàn)算圖示見圖3～6所示：

圖3 計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖4 彎矩圖

圖5 剪力圖

圖6 變形圖

采用單跨簡(jiǎn)支梁均布荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算，具體結(jié)果如下：

0.9 m跨彎矩及剪力：

Mmax=q設(shè)l2/8=17.2×0.92/8=1.74 kN·m

Qmax=q設(shè)l/2=17.2×0.9/2=7.74 kN

1.2 m跨彎矩及剪力：

Mmax=q設(shè)l2/8=8.05×1.22/8=1.45 kN·m

Qmax=q設(shè)l/2=8.05×1.2/2=4.85 kN

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，確定該簡(jiǎn)支梁的最大彎矩及剪力分別為：Mmax=1.74 kN·m，Qmax=9.11 kN。其抗彎、抗剪及撓度驗(yàn)算結(jié)果如下：

彎拉強(qiáng)度：

f=Mmax/W=1.74/2.28×10?5=76.11 MPa<[ f ]=215 MPa

符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

剪切強(qiáng)度：

T=VS/Ib=9.11×1 000×13 350/（914 500×3）=44.33 MPa

<[T]=125.0 MPa

符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

撓度值：

fmax=0.46 mm<[ f ]=L/400=900/400=2.25 mm

符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 貝雷梁驗(yàn)算

按照現(xiàn)行《裝配式鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工技術(shù)規(guī)程》基本要求，對(duì)貝雷梁受力情況實(shí)施驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)算求得貝雷梁極限狀態(tài)下的彎矩[M]=788.2 kN·m；[Q]=245.2 kN·m。驗(yàn)算得到最不利荷載條件下，貝雷梁端部和跨中荷載分別為42.15 kN/m、33.04 kN/m。同樣，求出各部位撓度值，端部為49.80×0.9/2+27.70×1.1/2=37.64 mm，跨中部位為42.52×0.9/2+17.10×1.1/2=28.55 mm。

通過SMSOLVER系統(tǒng)驗(yàn)算分析，求得彎矩Mmax=

552.5 kN·m<[M]=788.2 kN·m，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；剪力Qmax=

202.23 kN<[Q]=245.2 kN，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

貝雷梁撓度驗(yàn)算，端部荷載為37.64 kN/m，跨中部位荷載為28.55 kN/m。為最大限度保證結(jié)構(gòu)的安全性，以簡(jiǎn)支梁實(shí)施驗(yàn)算，荷載取37.64 kN/m，通過轉(zhuǎn)換得到撓度的等效荷載Keq=37.65×1.3=48.945 kN/m=48.945 kgf/cm，撓度值根據(jù)式（2）進(jìn)行計(jì)算：

f=kpPL3/48EI （2）

4.4 雙拼I40b工字鋼驗(yàn)算

雙拼I40b工字鋼力學(xué)以最不利荷載條件實(shí)施計(jì)算。根據(jù)貝雷梁受力情況，求得端部和跨中的荷載分別為51.47 kN/m和40.55 kN/m。

通過SMSOLVER系統(tǒng)對(duì)其受力實(shí)施計(jì)算，求得I40b工字鋼的極限彎曲應(yīng)力為160.0 MPa<215.0 MPa，極限剪切應(yīng)力為83.9 MPa<125.0 MPa，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其形變量為f=2.570 mm

4.5 鋼管柱驗(yàn)算

穩(wěn)定性驗(yàn)算。按照現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，鋼管柱與水平連接點(diǎn)之間的線剛度比值為：K1=（I梁/l梁）/（I柱/l柱）=（2×22 800/3.6）/（39 106/15）=5.18，K2=10（底部和基礎(chǔ)之間剛性連接）。通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)可知，鋼管柱橫移計(jì)算系數(shù)μ=1.05，求出：l0=μ·l=1.05×16=16.8 m。鋼柱長(zhǎng)細(xì)比為：λ=（μ·l柱）/i=（1.05×16.8×100）/18.5=95.35<[λ]=150，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

單柱強(qiáng)度驗(yàn)算。按照現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，彎矩主要存在于鋼管柱的圓形截面部位，通過對(duì)其截面強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求[7]。

單排鋼管穩(wěn)定性驗(yàn)算。按照現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，鋼柱墩為b類構(gòu)件，長(zhǎng)細(xì)比λ=95.35的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)為ψ=0.587；通過對(duì)單排鋼柱進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求[8]。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)作為橋梁工程建設(shè)中常用結(jié)構(gòu)形式，具有跨度大、造型靈活、承載力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際施工時(shí)的常用施工方法主要由支架法、懸臂澆筑法等。其中，以梁式支架法的應(yīng)用最為普遍，其適用性較強(qiáng)，能夠顯著提升施工的安全性、高效性。當(dāng)采用梁式支架施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并結(jié)合工期等各方面要求，合理制定施工方案，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)底模、分配梁方鋼、貝雷梁、雙拼工字鋼、鋼管柱等構(gòu)件的受力及穩(wěn)定性實(shí)施驗(yàn)算，以確保支架強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性滿足要求，從而保證現(xiàn)澆箱梁的施工安全。

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