變截面連續(xù)梁邊跨現(xiàn)澆段滿堂支架設(shè)計(jì)

何紅民

中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，河南洛陽 471200

變截面連續(xù)梁邊跨現(xiàn)澆段滿堂支架設(shè)計(jì)

何紅民

中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，河南洛陽 471200

碗扣式滿堂支架具有構(gòu)造簡單、操作方便等特點(diǎn)，在現(xiàn)澆箱梁的施工中應(yīng)用較為廣泛，以江北高速公路內(nèi)荊河特大橋主橋邊跨現(xiàn)澆段為例，詳細(xì)介紹碗扣式滿堂支架受力驗(yàn)算過程，為其他同類型橋梁施工提供參考。

邊跨現(xiàn)澆段；滿堂支架；設(shè)計(jì)

1 工程概況

江北高速公路內(nèi)荊河特大橋全長1 392m，橋梁結(jié)構(gòu)型式為23×25m簡支變連續(xù)箱梁+（70+120+70）m變截面連續(xù)梁+22×25m簡支變連續(xù)箱梁，其中主橋?yàn)椋?0+120+70）m變截面連續(xù)梁，采用掛籃懸臂施工，邊跨現(xiàn)澆段長度為8.84m，梁高3m，底板寬度為6m，頂板寬度為12.75m，為單箱單室截面，采用碗扣式滿堂支架施工。

2 設(shè)計(jì)說明

碗扣式支架由可調(diào)底托、立桿、橫桿、可調(diào)頂托、縱橋向分配梁（15cm×15cm方木）、橫橋向10cm×10cm方木、竹膠板等組成。

地基處理：由于該橋位于江漢河湖沖積平原區(qū)，地質(zhì)主要為軟性黏土，承載力較低，為保證支架基礎(chǔ)具有一定的承載能力，選用40cm青砂和40cm毛渣對原地面挖除換填，并用壓路機(jī)進(jìn)行分層壓實(shí)，地基承載力不小于160kPa，然后用20cm厚C20混凝土進(jìn)行硬化處理。

支架搭設(shè)及模板安裝：滿堂支架采用碗扣式鋼管支架，選用外徑48mm，壁厚3.5mm，強(qiáng)度等級Q235A的鋼管。立桿間距橫橋向按照60cm布置（腹板位置加密為30cm），順橋向按照60cm布置（端橫梁位置加密為30cm），橫桿步距為120cm，底層水平桿步距為40cm，頂層水平桿步距為60cm。支架搭設(shè)完畢后用15cm×15cm方木作為縱向分配梁（腹板和端橫梁位置間距為30cm，其余部分間距為60cm），在分配梁鋪設(shè)10cm×10cm方木（端橫梁位置滿布，其余位置間距為20cm），最后鋪設(shè)1.5cm厚竹膠板作為底模。側(cè)模采用1.5cm厚竹膠板，豎肋采用10cm×10cm方木，間距為20cm；橫肋采用雙拼Φ48mm鋼管，間距為60cm。為了加強(qiáng)支架整體穩(wěn)定性，在碗扣支架搭設(shè)后，采用扣件式鋼管架設(shè)置剪刀撐，其中順橋向設(shè)置左右兩側(cè)及中間各設(shè)一道，橫橋向每4排設(shè)置一道。剪刀撐沿支架高度連續(xù)設(shè)置，隨立桿、橫桿同步進(jìn)行，剪刀撐保證與地面夾角為45o～60o。剪刀撐扣件間距不大于2m。

3 滿堂支架受力驗(yàn)算

3.1碗扣支架承載力計(jì)算

3.1.1永久荷載

1）模板及支撐架自重標(biāo)準(zhǔn)值1Q：10m以下的支撐架可不計(jì)算架體自重，即10Q=。

2）新澆筑預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值2Q。

箱梁腹板、底板在各箱室保持一致，可取箱梁結(jié)構(gòu)的翼板邊線至第一個(gè)中腹板位置進(jìn)行計(jì)算，箱梁砼容重取25.0kN/m3。

圖1　箱梁A—A斷面荷載分布示意圖（荷載單位：kN，尺寸單位：cm）

3.1.2可變荷載

施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值3Q：2.0kN/m2；

澆筑和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值4Q：2.0kN/m2。

單肢立桿軸向力和承載力按下列公式計(jì)算：

以B-B箱梁斷面處腹板為例進(jìn)荷載計(jì)算：

依次計(jì)算其它區(qū)段荷載，單根立桿最大軸向荷載為16.402kN。

3.2立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

碗扣支架立桿采用外徑48mm，壁厚3.5mm鋼管，面積A＝489mm2，回轉(zhuǎn)半徑i=15.8mm，截面模量W=4.49×103mm3。抗壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205MPa，碗扣單根立桿最大軸向力為N=16.402kN，安全系數(shù)k≥1.3。

單根立桿強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，需滿足：

單根立桿穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，需滿足：

滿堂碗扣支架立桿計(jì)算長度按下式計(jì)算：

其中a為立桿伸出頂層水平桿長度，設(shè)計(jì)控制在60cm，最上2層步距控制在60cm。

由此可查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ166-2008)附錄E，可知立桿穩(wěn)定系數(shù)為0.490。

立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算：

經(jīng)驗(yàn)算，碗扣架立桿強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

4 竹膠板受力驗(yàn)算

4.1荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值

4.2荷載組合

計(jì)算模板及支架結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性應(yīng)采用荷載設(shè)計(jì)值即荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)。

計(jì)算正常使用極限狀態(tài)變形時(shí)，應(yīng)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)：永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，可變荷載取1.4。

撓度驗(yàn)算時(shí)：為永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

4.3底模竹膠板驗(yàn)算

底模采用15mm厚竹膠板，其下為橫橋方向放置的10cm×10cm方木，端橫梁位置處滿布，其余位置間距為20cm。由于端橫梁位置處滿布，故不需驗(yàn)算。B—B斷面腹板處最大砼荷載為35.63kN/ m2(21.38/0.6=35.63kN/m2)，底板處最大砼荷載為15.18kN/m2(9.11/0.6=15.18kN/m2)。

4.3.1底板處模板

1）荷載。竹膠板計(jì)算時(shí)取1.0cm寬板條進(jìn)行計(jì)算，將其荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續(xù)梁。

圖2

3）內(nèi)力計(jì)算。彎矩：

4.3.2腹板處模板

1）荷載。竹膠板計(jì)算時(shí)取1.0cm寬板條進(jìn)行計(jì)算，將其荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續(xù)梁。

圖3　腹板板處竹膠板受力模型圖（單位：kN/m）

3）內(nèi)力計(jì)算。彎矩：

4.3.3強(qiáng)度驗(yàn)算

竹膠板抗彎剛度：

彎曲應(yīng)力：

通過以上計(jì)算，σ=5.16MPa<[σ]=35MPa，則底模模板強(qiáng)度滿足施工使用的要求。

4.3.4剛度驗(yàn)算

混凝土模板用竹膠板慣性矩為：

均布荷載作用下剛度驗(yàn)算公式，其撓度計(jì)算過程如下所示。

通過以上計(jì)算可知，f=0.160mm<[f ]=L/400=200/400=0.500mm，則底模模板剛度滿足施工使用的要求。

5 10cm×10cm方木受力驗(yàn)算

箱梁底板竹膠板下10cm×10cm方木為橫橋方向放置，端橫梁位置處滿布，其余位置間距為20cm。

5.1A-A斷面處

荷載。由于端橫梁處方木滿布，故選取竹膠板上0.10m寬的荷載作用其上，砼最大壓力荷載為A-A斷面75kN/m2（22.5/0.3=75kN/m2），將其荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。竹膠板上0.1m寬的荷載作用其上，翼緣板最大壓力荷載15.73kN/m2（7.077/0.45=15.73kN/m2）。

1）腹板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載

2）翼緣板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載

剛度驗(yàn)算荷載：

5.2B-B斷面處

5.2.1荷載

B—B斷面處腹板最大砼荷載為35.63kN/ m2(21.38/0.6=35.63kN/m2)，底板處最大砼荷載為15.18kN/m2(9.11/0.6=15.18kN/m2)，翼緣板處最大砼荷載為14.33kN/m2(8.6/0.6=14.33kN/m2)。

1）底板處方木。竹膠板上0.2m寬的荷載作用其上，將其荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

2）腹板處方木。竹膠板上0.2m寬的荷載作用其上，將其荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

3）翼緣板處方木。竹膠板上0.2m寬的荷載作用其上，將其荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

由于B—B斷面處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載與翼緣板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載都大于端橫梁斷面處腹板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載與翼緣板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載，故選取B—B斷面進(jìn)行驗(yàn)算。

5.2.2強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，B—B斷面在腹板處方木受力最大，間距為0.3m，翼緣板與底板間距均為0.6m，但底板所受均布荷載大于翼緣板所受均布荷載，故選取腹板與底板進(jìn)行驗(yàn)算，將受力簡化成受均布荷載的三跨連續(xù)梁。

1）內(nèi)力計(jì)算。

彎矩：

剪力：

2）強(qiáng)度驗(yàn)算。

抗彎模量：

正應(yīng)力：

剪應(yīng)力：

圖4　底板處橫向方木受力模型圖（單位：kN/m）

3）內(nèi)力計(jì)算。

彎矩：

剪力：

4）強(qiáng)度驗(yàn)算。

抗彎模量：

正應(yīng)力：

剪應(yīng)力：

通過以上計(jì)算，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》表8-6查紅松的容許彎曲應(yīng)力，可知σ=1.029MPa<[σ ]=15.0MPa，τ=0.2573MPa<[τ]=1.6MPa。則橫橋向10cm×10cm方木強(qiáng)度滿足施工使用的要求。

5.2.3剛度驗(yàn)算

紅松的彈性模量E=9×103MPa，根據(jù)《材料力學(xué)》可知撓度計(jì)算如下所示。

均布荷載作用下剛度驗(yàn)算公式，其撓度計(jì)算過程如下所示。

通過以上計(jì)算可知，f=0.062mm<[f ]=L/400=600/400=1.5mm，則橫橋向10cm×10cm方木剛度滿足施工使用的要求。

6 15cm×15cm方木受力驗(yàn)算

縱橋向選用15cm×15cm方木放置于碗扣支架頂托之上，根據(jù)翼緣板、底板和腹板部位不同，15cm×15cm方木跨徑有0.3m、0.6m兩種。對兩種跨徑下的15cm×15cm方木進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算。

6.10.3m跨徑

15cm×15cm方木橫橋向間隔0.3m，縱橋向A-A斷面跨徑0.3m布置，砼荷載為75kN/m2（22.5/0.3=75 kN/m2）。

表1　分配梁內(nèi)力計(jì)算表

1）荷載。將荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續(xù)梁。

圖5　跨徑0.3m縱向分配梁受力模型圖

6.2 0.6m跨徑

在B-B斷面處，15cm×15cm方木橫橋向在翼緣板與底板處間隔是0.6m，腹板處是0.3m。砼荷載為翼緣板為14.33kN/m2（8.6/0.6=14.33kN/m2），底板20.24kN/m2（9.11/0.45=20.24kN/m2），腹板71.27kN/m2（21.38/0.3=71.27kN/m2）。

1）荷載。將荷載轉(zhuǎn)化成線均布荷載。

腹板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

底板強(qiáng)度驗(yàn)算荷載：

剛度驗(yàn)算荷載：

由比較可得，選腹板處強(qiáng)度驗(yàn)算荷載為最不利荷載計(jì)算。

2）受力模型。將受力簡化成受均布荷載的三跨連續(xù)梁。

圖6　跨徑0.6m縱向分配梁受力模型圖

6.3 內(nèi)力計(jì)算

由表1可知，彎矩最大為0.984 2kN.m，剪力最大為9.842 4kN。

6.4強(qiáng)度驗(yàn)算

正應(yīng)力：

剪應(yīng)力：

通過以上計(jì)算，σ=1.75MPa<[σ]=15MPa，τ =0.6562MPa<[τ]=1.6MPa。則15cm×15cm方木分配梁的強(qiáng)度滿足施工使用的要求。

6.5剛度驗(yàn)算

均布荷載作用下剛度驗(yàn)算公式，其撓度計(jì)算過程如下所示。

通過以上計(jì)算可知，f=0.073mm<[f ]=L/400=600/400=1.500mm，則15cm×15cm方木分配梁的剛度滿足施工使用的要求。

7　結(jié)論

通過對內(nèi)荊河特大橋主橋邊跨現(xiàn)澆段滿堂支架進(jìn)行受力驗(yàn)算，滿堂支架立桿、模板、方木的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)要求，目前，該邊跨現(xiàn)澆段已成功澆筑完畢，實(shí)踐證明滿堂支架是安全的，為同類橋梁工程的施工提供一定的參考和借鑒作用。

[1]湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院.監(jiān)利至江陵高速公路JJTJ-01標(biāo)施工圖紙[Z].

[2]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JGJ166-2008，建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB5005-2003，木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計(jì)算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

U44

A

1674-6708（2016）171-0167-04

何紅民，工程師，中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，研究方向?yàn)闃蛄号R時(shí)結(jié)構(gòu)受力分析。