盤扣式支架在現澆箱梁施工中應用及穩定性分析

孫翊新 肖忠輝 李向陽

收稿日期：2024-02-20

作者簡介：孫翊新（1974—），男，本科，高級工程師，研究方向：公路與橋梁。

摘要 盤扣式支架具有性能優良、搭設方便、經濟性好等特點，是現澆箱梁施工的常見方法，文章以一現澆箱梁支架搭設方案為例，從支架方案選擇、架體設計及構造措施、結構驗算進行論述，采用Midas Civil有限元建立支架模型，計算支架模板體系的軸力、應力及變形，以盤扣式相關規范要求為標準，對結構的穩定性進行評價分析，旨在為類似工程提供參考。

關鍵詞 現澆箱梁；盤扣式支架；設計及驗算；有限元

中圖分類號 TU73文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0081-04

0 引言

近年來，隨著高速公路建設發展，路線交叉及樞紐工程增加，為了適應工程需要現澆橋梁設計方案非常普遍，盤扣式支架采用優質鋼材、外壁鍍鋅防腐處理，其管件的直徑壁厚相較傳統的扣件式也有所增大，與傳統扣件式相比更節省管材，且具有安裝拆卸簡單、安全性好等特點，因而廣泛用于國內高速公路及市政工程的現澆工程施工。該文針對盤扣式支架體系的選擇、搭設及受力計算等關鍵點進行論述和分析，有助于施工企業在保證模板支架體系安全的前提條件下，提高企業經濟效益，增強企業競爭力。

1 盤扣式支架概述

盤扣式鋼管腳手架的立桿之間采用套管連接，水平桿和斜桿的連接方式則是通過插銷卡入連接盤快速連接，其操作簡單且穩定性好，標準化程度高，無零散配件，損耗低，立桿及水平桿管件采用熱鍍鋅處理有效防止了銹蝕。立桿采用Q345低碳合金結構，使其相較傳統鋼管腳手架，其承載能力大幅提升，支架立桿的間距可用較大間距，拆卸工作量少且架下人員通行方便。另外，盤扣式支架的零配件少，杜絕了類似扣件式支架在野外現場施工環境條件的扣件高損耗，姚利民曾針對盤扣式與扣件式支架進行了結構對比及經濟分析，分析結果表明，盤扣式比扣件式綜合費用節約31%，搭設及拆卸效率是扣件式的2倍[1]。

2 盤扣式鋼管模板支架設計與布置

2.1 支架設計

支架搭設的布置應按現澆箱梁的荷載分布情況，進行初步估算立桿的間距，可分為四個部分：翼板、端橫梁、腹板、梁上下頂板。每部分均按滿鋪對應荷載估算各部分支架立桿的縱橫向間距，建立初步的模型，荷載選取與計算時應該按盤扣式相關規范要求，按強度、穩定性要求的分項系數進行，立桿受壓穩定系數應根據立桿的長細比按相關規范取值，其涉及立桿計算長度由桿件水平桿的豎向間距確定，其結構應滿足式（1）要求，對一些重復多次使用的架體材料，承載力按經驗值進行強度折減，對于安全等級為1級的腳手架結構，荷載值乘以1.1。

（1）

式中，N——立桿軸力設計值；φ——軸心受壓構件的穩定系數；A——立桿截面積。

支架結構的縱橫分配梁及模板，暫按簡支結構進行初算確定其材質規格及型號。

根據以上初步的模型參數在AutoCad中繪制支架的平、立、斷面圖（含現澆箱梁），據此初始模型進行詳細結構力學驗算，對不滿足結構要求的部位進行調整直至滿足。

2.2 支架布置

支架的水平桿、斜桿、頂底托設置應滿足盤扣式相關規范和技術標準要求，為保證支架的整體穩定性，每隔4～6個標準步距設置水平剪刀撐，立桿連接采用套管連接，相鄰桿件套管的豎直方向上間距不應小于500 mm。

橋梁曲線段，須分段搭設支架，在弧形段適當位置增加支架，保證所有支架間距不大于120 cm，按每個橫向間距每個步距均加設連接桿，保證所有分段支架連接成一個整體。

模板支架最頂層的水平桿步距應比標準步距縮小一個盤扣距離；在腳手架頂端臨空邊搭設欄桿，在欄桿上掛設綠色密目網。

每搭設完一步架，應對立桿的縱橫間距和垂直偏差、水平桿的步距和偏差進行校正，尤其是立桿垂直度要保證在L/500～L/1 000。

支架搭設完成后根據設計要求及規范進行等載預壓，并收集支架、地基的變形數據，作為設置預拱度的依據。

支架拆除時應遵循“先搭后拆，后搭先拆”原則，支架如果需要分段拆除，應提前確認分界部位的技術處置辦法，確保分段后架體的穩定。

3 盤扣式支架的結構分析及計算

該文結合工程實例，采用Midas Civil 有限元軟件計算，對排扣式支架體系中模板、橫向主分配梁、縱向分配梁、支架立桿的受力和變形進行了詳細的分析計算，力爭為類似工程驗算提供參考。

3.1 工程概況

原G319提質改造工程（蕉溪—永安段）跨規劃健壽大道分離式立交橋主橋采用變截面（30+50+30）m預應力現澆箱梁橋，主梁為單箱二室，箱梁高度按2次拋物線從跨中1.8 m變化至距主墩中心1.25 m處3 m，箱梁在中支點處設置厚度為2.5 m的中橫梁，在邊跨端部設置厚度為1.5 m的端橫梁。主橋箱梁在橫橋向頂底板平行，頂板設置2%的單向橫坡。主橋箱梁頂板厚度為0.25 m；底板厚度按2次拋物線，由跨中的0.25 m變化至距中支點1.75 m處的0.5 m；支點附近腹板厚度為60 cm，跨中腹板厚度為40 cm，腹板按線性變化。

3.2 支架設置

橋下凈空4.45～6.58 m，考慮凈空不高的情況，均采用盤扣式支架立模施工，支架立桿為φ60×3.2 mm鋼管（材質Q345A），水平桿為φ48×2.5 mm鋼管（材質Q235A），水平斜桿為φ48×2.5 mm鋼管（材質Q235B），豎向斜桿為φ48×2.5 mm鋼管（材質Q195），可調托座及底座均為φ48×6.5×500 mm（材質均為Q235B）；箱梁模板為

15 mm優質竹膠板；橫向主分配梁為100 mm×68 mm×

4.5 mm熱軋工字鋼；縱向分配梁為8 cm×8 cm木方；采用可調托座及底座進行立桿高度調節，支架基礎采用20 cm厚C25混凝土滿鋪基礎。

支架的間距：順橋向箱梁端部約3.5 m范圍內采用60 cm間距，其余采用90 cm間距，橫向上支架立桿間距：翼緣處間距1.5 m，腹板下60 cm間距，梁空腹部分采用120 cm間距（見圖1）。

3.3 荷載選用

（1）恒載：鋼筋混凝土自重26 kN/m3，木模板

0.2 kN/m2。

（2）活荷載：施工人員及設備2 kN/m2，振搗荷載1 kN/m2。

（3）強度穩定性計算時，恒荷載分項系數采用1.3，活荷載采用1.5，撓度計算時，恒荷載分項系數采用1.0，活荷載采用1.0[2]。

圖1 箱梁支架立面示意圖（cm）

3.4 結構驗算

采用Midas Civil軟件按擬定模板支架體系進行建模，其底部立桿支承按鉸接考慮，支架內水平桿、立桿、斜桿按梁端釋放約束考慮，其節點轉動剛度均按20 kN·m/rad取值[3]，立桿與主橫梁（工字鋼）、主橫梁與方木以及方木與模板的連接均采用彈性連接，其剛度參數為SDx=1×106 kN/m，SDy=SDz=1×105 kN/m，轉動剛度取值：立桿限制主橫梁轉動SRy=10 kN·m/rad，縱梁限制方木轉動SRz=10 kN·m/rad，由于模板是多支點狀態，不考慮轉動，轉動剛度均取0。支架材質強度及彈模嚴格按相關規范取值，建模分析如下：

3.4.1 模板

通過Midas Civil建模計算，表明模板最大變形值為2.89 mm，位于梁端部，該值已包含架體的彈性變形量，根據荷載情況分析變形值大是受梁端3 m厚混凝土自重所造成的，對該模板變形較大附近的模板進行細化分割成10 mm×10 mm的小板單元（見圖2），在荷載作用下計算其模板變形，其最大變形處為2.89 mm，通過對該處變形截面進行剖切分析（見圖3），模板最大撓度為2.75?2.17 mm=0.58 mm<[ω]=L/250=200/250=0.8 mm，滿足規范要求。

圖2 箱梁端部局部模板及縱梁模型

圖3 箱梁端部局部模板豎向變形圖（mm）

模板應力云圖表明，在箱梁端頭處模板應力（垂直于縱向分配梁方向）最大（見圖4），達到12.4 MPa，其可能為箱梁端頭模板終止所造成，結合云圖（圖4）和應力曲線（見圖5）看，縱向分配梁上方的模板承受負彎矩應力普遍在8 MPa，兩縱向分配梁之間跨中部位模板承受正彎矩應力約在5.7 MPa，以上應力均小于13 MPa（模板強度設計值）。

3.4.2 縱向分配梁

縱向分配梁采用80 mm的方木，根據有限元分析變形云圖表明（見圖6），箱梁的端頭變形最大，箱梁端頭縱向分配梁撓度為2.8?2.0=0.8 mm<[ω]=600/400=

1.5 mm（見圖7），滿足規范要求。

根據縱向分配梁應力云圖（見圖8），可直觀看出箱梁端橫梁處應力最大，其值為4.96 MPa小于13 MPa（方木設計強度值）。

3.4.3 橫向主分配梁

橫向主分配梁承受最大應力位于箱梁端部的分配梁，梁跨徑為1.2 m位置，是立桿對橫向分配梁的支頂力形成的負彎矩應力85 MPa<205 MPa（見圖9），臨近主分配梁跨中彎矩最大值為50.2 MPa，最大撓度計算1.9?1.2=

0.7 mm（見圖9），小于規范要求的撓度限值1 200/400

=3 mm。

圖6 箱梁支架縱分配梁變形云圖（MPa）

圖7 箱梁端部某縱分配梁變形圖（mm）

圖8 箱梁縱分配梁應力云圖

圖9 箱梁端部某根橫向分配梁應力及豎向變形圖

3.4.4 立桿

立桿受最大軸向力為45.4 kN，位于距離箱梁梁端約4.5 m，兩側邊腹板下（見圖10），順橋立桿間距為900 mm，垂直橋向跨徑為600 mm，其上腹板厚度約2.5 m，此處荷載分布變化大，立桿穩定系數為0.55，管件截面571 mm2，б=N/φA=45.4×

1 000/（0.55×571）=144.5 N/mm2≤

300 N/mm2，滿足穩定性要求。

3.4.5 地基基礎驗算

基礎處理采用20 cm厚C25混凝土。根據地質報告，地基處理采用素土夯實，地基承載力取fa=140 kPa，立桿可調底托面積Ag=0.1×0.1=0.01 m2。作用于混凝土頂面荷載P=45.4 kN/0.01 m2=4.54 MPa<

11.9 MPa（混凝土抗壓設計值）。

立桿對混凝土基礎沖切依據建筑地基基礎設計規范（2011）按閥板抗沖切考慮，沖切力Fl=45.4?140×（0.1+

2×0.2） 2=10.4 kN。

沖切臨界截面周長μm=4×（0.1+0.2）=1.2 m。

Fl/μmh0=10.4/（1.2×0.2）=43.3 kPa<=0.7βhpft/η=0.7×1×

1 270/1.25=711.2 kPa。

地基承載力滿足支架設計要求。

圖10 箱梁支架立桿軸力云圖

4 總結

（1）盤扣式滿堂支架的結構性能優于傳統的扣件、碗扣、門式支架，除易于搭設和拆除外，其經濟性優于傳統支架。

（2）通過Midas Civil有限元建模分析相較結構力學簡化模型分析，具有直觀性，整個支架桿件的約束，更接近實際情況。但建模復雜，尤其是箱梁混凝土對模板面荷載平面分布復雜，軟件操作相對煩瑣。

（3）箱梁受力驗算中，混凝土荷載基本上按散體材料加載到模板支架體系上，即受力計算時每個單元的荷載均由其下附近結構體進行分攤，實際施工時，箱梁先澆筑底板和腹板，待強度達到設計強度80%以上再開始頂板及翼板的澆筑，也就是說當支架承受最大荷載工況時，箱梁混凝土底板和腹板剛度大有助于集中荷載作用應力在支架內向下傳遞時，其高應力區更易于向低應力區擴散，提高了支架安全可靠性。

參考文獻

[1]姚利民. 盤扣式與扣件式鋼管支架結構對比及經濟性研究[J]. 中國高新科技， 2023（6）： 21-23.

[2]建筑施工承插型盤扣式鋼管腳手架安全技術標準： JGJ /T 231—2021[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2021.

[3]建筑施工臨時支撐結構技術規范： JGJ 00—2013[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2013.