高墩現澆箱梁新型支架設計及應用

鄭江偉　張堯情

(1.中國中鐵五局集團貴州投資建設指揮部，貴州貴陽　550000; 2.西南交通大學土木工程學院，四川成都　610031)

高墩現澆箱梁新型支架設計及應用

鄭江偉1張堯情2

(1.中國中鐵五局集團貴州投資建設指揮部，貴州貴陽550000; 2.西南交通大學土木工程學院，四川成都610031)

摘要:以貴陽東站路4標段主線橋工程為例，介紹了大力神高強度碗扣支架進行現澆施工的布置方式，并計算分析了高強碗扣支架的受力情況，通過對比大力神碗扣支架和傳統(tǒng)碗扣支架的差異，指出大力神高強碗扣支架具有強度高、架設簡單、安全系數高等優(yōu)點。

關鍵詞:連續(xù)梁橋，大力神碗扣支架，荷載，強度

1　工程概況

貴陽東站路4標段主線橋第16聯里程為K6 + 812～K6 + 918，其跨徑為30 m + 46 m + 30 m。對應下部構造墩位Pm93～Pm96，設計為等高度變寬度預應力混凝土連續(xù)梁橋。主梁平面K6 +812～K6 + 866.038位于緩和曲線上，K6 + 866.038～K6 + 918位于R =600的圓曲線上。箱梁的混凝土等級采用C50，因為其跨度不大支座處截面不需要特別加厚高來抵抗負彎矩對梁受力的影響，所以全橋采用2.8 m的等高度梁，梁截面尺寸為跨中處頂板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板寬度為40 cm，端部頂板厚度60 cm，底板厚度55 cm，腹板厚度100 cm。梁截面形式為單箱七室。并分別在頂板和底板設置1.5%的橫坡。第16聯設計混凝土4 289 m3，鋼筋772 t，預應力筋135 t，支架6.9萬m3。主線橋第16聯位于路橋重疊區(qū)，路基填筑完成后，進行橋梁下部結構施工。路基頂面至箱梁底高度為17.5 m～20.5 m，采用碗扣式支架進行現澆施工。

2　支架布置

高強碗扣支架由傳統(tǒng)支架φ48×3.5 mm的Q235鋼材制造變?yōu)椴捎忙?8.3×3.2 mm的Q345鋼材制造，節(jié)間距由原來的60 cm可以擴大到180 cm，其布置形式如表1所示，由于節(jié)間距的增大，使得連接節(jié)點數大幅減少，這不僅使高強碗扣支架在施工上更加快捷高效，也大大降低了連接節(jié)點處出現問題的概率，保證了支架的安全性，同時材質性能的提高也使得高強度碗扣支架的承載能力得到較大的提高。其總體布置形式如圖1所示。

表1　大力神碗扣支架的布置

承載能力將直接影響整個支架結構的承載性能。根據JGJ 166—2008建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范，單肢立桿軸向力計算公式:

其中，Lx，Ly分別為單肢立桿縱向及橫向間距，m; V為Lx，Ly段的混凝土體積，m3; Q1為模板支架自重標準值，取0.75 kN/m2; Q2為新澆混凝土(包括鋼筋)標準值，混凝土容重取25 kN/m3，按最大荷載梁位置進行校核; Q3為振搗混凝土時產生的荷載標準值，取2 kN/m2; Q4為施工人員及設備荷載標準值(按均布活荷載取1.0)。

圖1　支架總體布置圖

3　高強碗扣支架受力分析

3.1立桿軸力計算

碗扣支架立桿因為其截面小剛度弱，通常情況下我們只考慮立桿的軸力而不考慮其彎矩，因此立桿的軸向顯得尤為重要，下面將驗證不同位置處立桿軸力是否滿足要求。

橫梁位置立桿軸力:

空箱腹板位置立桿軸力:

因此立桿最大軸力:

橫梁位置: F =64.15 +3.616×1.2 =68.49 kN＜84.74 kN，滿足要求。

空箱腹板位置: F = 73.62 + 3.616×1.2 = 77.96 kN＜84.74 kN，滿足要求。

3.2結構荷載標準值

箱梁混凝土荷載q1:鋼筋混凝土單位重25 kN/m3，橫梁實心段和腹板處q1= 25×2.8 = 70 kN/m2，空腹段q1= 25×0.55 = 13.75 kN/m2，模板荷載q2=0.5 kN/m2，施工荷載q3=1.0 kN/m2，振搗混凝土產生的荷載q4=2 kN/m2。

橫梁、腹板組合荷載: q = ( q1+ q2)×1.2 + ( q3+ q4+ q5)× 1.4 = ( 70 +0.5)×1.2 + ( 1 +2)×1.4 =88.80 kN/m2。

空箱頂板、底板組合荷載: q =( q1+q2)×1.2 +( q3+q4+q5)× 1.4 = ( 13.75 +0.5)×1.2 + ( 1 +2)×1.4 =21.30 kN/m2。

3.3結構強度、剛度驗算

大力神碗扣支架的傳力順序為“底模→縱向方木→U型鋼→碗扣支架→基礎”，假定基礎所受荷載等于碗扣桿件自重與其桿件所受上部荷載之和，經過了這種假定，基礎上的荷載分布就與支架頂端的荷載分布規(guī)律相同，碗扣支架對荷載分布不起作用，為確保結構的強度剛度滿足設計要求，根據假定對大力神碗扣支架各受力結構進行驗算。大力神支架驗算結果如表2所示。

表2　大力神支架受力驗算結果

3.4支架立桿穩(wěn)定性驗算

大力神碗扣式支架由φ48.3×3.2 mm鋼管制成，圓環(huán)面積A =482.8 mm2。1)回轉半徑:

2)截面抵抗矩:

3)慣性矩:

大力神DURALOK支撐系統(tǒng)中，選用的鋼管尺寸為直徑48.3 mm，壁厚3.2 mm，材質選用為Q345鋼，根據壓桿穩(wěn)定條件:

其中，l = 1.5 + 2×0.35 = 1.85，λ=

4　風荷載檢算

經上計算，在靜荷載作用下，大力神碗口支架剛度、強度均能滿足要求，故下面介紹在風荷載情況下，大力神支架的受力情況，貴州貴陽地區(qū)風壓w0=0.35 kN/m2，每根立桿的風荷載為:

支架立桿的計算長度為l =1.076 +2×0.35 =1.776 m。

其中，鋼管的抗彎截面模量:

大力神碗扣支架受風荷載內力圖如圖2所示。

圖2　大力神碗扣支架內力圖

5　地基驗算

5.1地基承載力計算

基層填筑完畢后，在表面澆筑20 cm標號C20混凝土，同時為了避免底部支架面積小導致混凝土基層受力集中，故在支架底托下面墊10 cm×15 cm方木，方木采用橫橋向布置方式，見圖3。

圖3　混凝土基層

立桿最大荷載77.96 kN，地基承載力:

因此，基底處理后，地基承載力不得小于258 kPa。

5.2素混凝土抗沖切驗算

素混凝土沖切破壞表現為在撓度陡增的時候荷載驟降是一種脆性破壞，經常發(fā)生在基礎變階處以及上部結構與基礎的接觸處，在實際中應盡量避免，現對混凝土基礎進行抗沖切驗算，如圖2可知長度a =150 mm，寬度b =150 mm，板厚h0=200 mm，混凝土強度等級C20，fc=9.6 N/mm2，ft=1.1 N/mm2，按下式驗算:

F =77.96 kN≤0.7×βh×ft×η×Um×ho= 215.6 kN，滿足要求。

其中，βh為受沖切承載力影響系數，當h≤800 mm時，βh取1.0;當h≥2 000 mm時，βh取0.9，其間按線性內插法取值; ft為混凝土軸心抗拉設計值; h0為沖切破壞時椎體的有效高度; Um為沖切破壞時椎體一側計算長度。

6　結語

大力神碗扣支架是由云南大力神金屬有限公司生產的強度大8.103。

查表得Q345的折減系數值為0.996( GB 50018冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范)。于普通碗扣支架的支撐系統(tǒng)，其直徑48.3 mm，壁厚為3.2 mm，由Q345材質的鋼管制造而成，文章通過貴陽市東站路4標段主線橋第16聯連續(xù)梁橋的滿堂式支架的施工對比分析了高強碗扣支架與傳統(tǒng)碗扣支架的差異，得到如下結論:

1)高強度碗扣支架采用Q345材質并且兩端的橫桿由鍛鋼制造，使得其承載能力相比于傳統(tǒng)支架大大提高;

2)高強度碗扣支架的立桿、橫桿可以根據工程實例中具體的需要靈活搭接，具有更強的實用性;

3)節(jié)間距更大的特點也使得高強度碗扣支架在材料，工作量和經濟上都有可觀的縮減，縮短了工期節(jié)約了人力物力財力，并且降低了節(jié)點出現問題的幾率，提高了結構的安全性能;

4)高強度碗扣支架考慮了剪刀撐的特殊構造結構，大大提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性;且桿件沒有零散的構件，使得桿件不易丟失。

參考文獻:

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Design and application of the high pier cast-in-situ box girder new support

Zheng Jiangwei1Zhang Yaoqing2
( 1.Investment and Construction Headquarters of Guizhou Province，China Railway No.5 Engineering Group Co.，Ltd，Guiyang 550000，China; 2.School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)

Abstract:Taking the main bridge project at No.4 Section in Dongzhan Road of Guiyang as the example，the paper introduces the allocation approach for the cast-in-place construction of Hercules high-strength bowl support，calculates and analyzes the stress of the high-strength bowl support，and points out the support has high strength，simple erection and high safe coefficient by comparing the Hercules bowl support and the traditional bowl support.

Key words:continuous beam bridge，Hercules bowl support，loading，strength

作者簡介:鄭江偉(1977-)，男，工程師;張堯情(1991-)，男，在讀碩士

收稿日期:2015-11-24

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0184-03

中圖分類號:U445.35

文獻標識碼:A