連續(xù)梁現(xiàn)澆段碗扣式支架計(jì)算分析

孔藝達(dá)

(重慶市設(shè)計(jì)院，重慶市400015)

連續(xù)梁現(xiàn)澆段碗扣式支架計(jì)算分析

孔藝達(dá)

(重慶市設(shè)計(jì)院，重慶市400015)

隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，工程施工過(guò)程中大量使用了鋼管支架，但是模板支撐體系的重要性常被忽略，導(dǎo)致近年來(lái)發(fā)生多起各類支架失穩(wěn)倒塌事故，影響極大。對(duì)此，針對(duì)橋梁施工中碗扣式鋼管支架的設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范對(duì)某連續(xù)箱梁橋模板及其支撐工程進(jìn)行計(jì)算分析。其成果可為類似橋梁支架設(shè)計(jì)提供參考。

現(xiàn)澆箱梁；碗扣式支架；計(jì)算；分析

0　引　言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，城市高架橋的數(shù)量越來(lái)越多，橋梁施工過(guò)程中大量使用了碗扣式鋼管支架。但是由于模板支撐體系與整個(gè)工程相比只是臨時(shí)設(shè)施，同時(shí)所占工程量并不多，其重要性往往被忽略。因此，支架的失穩(wěn)成為工程施工過(guò)程中的一個(gè)事故多發(fā)點(diǎn)。從2001年至今，我國(guó)橋梁施工過(guò)程發(fā)生多起由于支架和模板失穩(wěn)造成人員傷亡的特大事故[1]。因此，近幾年多位研究人員對(duì)于目前主流使用的碗扣式鋼管支架進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算分析和研究[2-7]。同時(shí)，針對(duì)橋梁施工和碗扣式鋼管支架設(shè)計(jì)，我國(guó)出版了《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）[8]和《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)程》(GJ166-2008)[9]。對(duì)此，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)某連續(xù)箱梁橋模板及其支撐工程進(jìn)行計(jì)算分析。

1　工程概況

某橋?yàn)?×25 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁（單箱雙室，梁高1.5 m），全長(zhǎng)135 m，位于半徑180 m的圓曲線上；橋面橫向布置為1.5 m（人行道）+9.5 m（車行道）+1.5 m（人行道），全寬12.5 m；設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)車速60 km/h。大橋立面見(jiàn)圖1所示，箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖2所示。

大橋箱梁分二次澆筑，先澆筑底板、腹板，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再澆筑頂板及翼緣板。箱梁采用滿堂落地式碗扣支架就地澆筑施工，支架系統(tǒng)由下而上依次為：（1）支撐架基礎(chǔ)，地基采用C20混凝土厚15 cm，并做好地表排水設(shè)施；（2）10 cm×10 cm方木、底托；（3）48碗扣腳手支架、頂托，采用縱橫立桿間距60 cm，步距為120 cm的碗扣式滿堂支架；（4）分配梁（支撐梁縱橋向采用10 cm×10 cm方木，橫橋向采用10 cm×15 cm方木，）、模板（1.5 cm厚的高強(qiáng)度竹膠板）組成。

2　設(shè)計(jì)荷載及組合

根據(jù)施工方案，支架縱橫間距和步距相同，因此取最不利的墩頂橫隔梁處支架進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)（JTG/T F50-2011）和該工程實(shí)際情況，作用于腳手架和模板支架共有5項(xiàng)荷載，可分為永久荷載(恒荷載)和可變荷載(活荷載)兩類。（1）永久荷載包括模板自重、支架自重、支承梁(楞)、內(nèi)模板自重和新澆筑混凝土重力。（2）可變荷載包括施工人員及施工設(shè)備荷載、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載和風(fēng)荷載。各荷載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所列；風(fēng)荷載根據(jù)（JGJ166-2008）計(jì)算得到。

支架及模板支撐架構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.2；計(jì)算結(jié)構(gòu)傾覆穩(wěn)定時(shí)取0.9；可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.4。計(jì)算構(gòu)件變形(撓度)時(shí)的荷載設(shè)計(jì)值，各類荷載分項(xiàng)系數(shù)，均取1.0。在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，荷載取值=永久荷載+可變荷載；剛度驗(yàn)算時(shí)，荷載取值=永久荷載+可變荷載（6）。

3　結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.1主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2給出了鋼管P235A鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和彈性模量。表3給出了鋼管的截面特性。根據(jù)表中數(shù)據(jù)：

圖1　大橋立面圖

圖2　箱梁標(biāo)準(zhǔn)截面圖

表1　荷載計(jì)算表　kN/m2

截面面積A=4.89 cm2，

截面慣性矩I=12.19 cm4，

截面回轉(zhuǎn)半徑r=1.58 cm，

桿件按兩端鉸接計(jì)算，L0=120 cm，

桿件長(zhǎng)細(xì)比λ=120/1.58=75.949，

查JGJ 166—2008附錄C，可知軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φ=0.44。

表2　鋼材的強(qiáng)度和彈性模量一覽表　N/mm2

表3　鋼管截面特性一覽表

3.2碗扣式鋼管支架立桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)立桿的設(shè)計(jì)允許荷載[10]，當(dāng)橫桿步距為120 cm時(shí)，立桿可承受的最大允許豎直荷載為[N]= 30 kN，立桿驗(yàn)算見(jiàn)表4所列，立桿最大承受軸力為22.2 kN，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明不考慮風(fēng)荷載時(shí)，該方案滿堂支架強(qiáng)度滿足要求。

表4　立桿承載力驗(yàn)算（無(wú)風(fēng)荷載）一覽表

考慮風(fēng)荷載時(shí)驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表5所列，立桿截面最大應(yīng)力為65.8 MPa，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度205 MPa，說(shuō)明在考慮風(fēng)荷載時(shí)，該方案滿堂支架強(qiáng)度滿足要求。

3.3滿堂支架整體抗傾覆驗(yàn)算

依據(jù)《公路橋涵技術(shù)施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)》第9.2.3要求支架在自重和風(fēng)荷載作用下時(shí)，傾覆穩(wěn)定系數(shù)不得小于1.3，橋梁寬度8.5 m，長(zhǎng)125 m，采用60 cm×60 cm×120 cm支架進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表6所列，最小抗傾覆系數(shù)為4.31，結(jié)果說(shuō)明該方案滿堂支架滿足抗傾覆要求。

表5　立桿承載力驗(yàn)算（風(fēng)荷載）一覽表

表6　抗傾覆驗(yàn)算一覽表

3.4箱梁底模及縱、橫橋向方木驗(yàn)算

箱梁底模采用竹膠板，取各種布置情況下最不利位置進(jìn)行受力分析，取1 m板寬，按計(jì)算跨徑0.15 m的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。箱梁底模強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表7、表8所列，模板計(jì)算最大應(yīng)力11.6 MPa，最大撓度0.27 mm，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明底模強(qiáng)度和剛度滿足需求。

表7　底模強(qiáng)度驗(yàn)算一覽表

表8　底模剛度驗(yàn)算一覽表

箱梁底模支撐梁縱橋向采用10 cm×10 cm方木，按計(jì)算跨徑L=60 cm的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力計(jì)算，縱向方木強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算見(jiàn)表9、表10所列，縱向方木計(jì)算最大應(yīng)力3.8 MPa，最大撓度0.22 mm，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明縱向方木強(qiáng)度和剛度滿足需求。

表9　縱向方木強(qiáng)度驗(yàn)算一覽表

表10　縱向方木剛度驗(yàn)算一覽表

箱梁底模支撐梁橫橋向采用10 cm×15 cm方木，按計(jì)算跨徑L=60 cm的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力計(jì)算，橫向方木強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算見(jiàn)表11、表12所列，橫向方木計(jì)算最大應(yīng)力4.1 MPa，最大撓度0.16 mm，計(jì)算結(jié)果說(shuō)明橫向方木強(qiáng)度和剛度滿足需求。

表11　橫向方木強(qiáng)度驗(yàn)算一覽表

表12　橫向方木剛度驗(yàn)算一覽表

3.5地基承載力驗(yàn)算

立桿下底托為15 cm×15cm鋼板，再下為15cm混凝土硬化地面，底托下力按45°角擴(kuò)散，則混凝土硬化地面底面受力面積擴(kuò)散到每邊長(zhǎng)15+15×2=45（cm）。計(jì)算模式見(jiàn)圖3所示，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表13所列。

4　結(jié)　論

該橋采用縱橫間距60 cm，步距120 cm的碗扣式支架，模板采用15 mm竹膠板，縱向支撐梁為寬10 cm×高10 cm方木，橫向支撐梁為寬10 cm×高15 cm方木，通過(guò)計(jì)算分析，該橋碗扣式支架強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足要求，支架整體抗傾覆滿足要求；模板、支撐梁的強(qiáng)度和剛度均滿足要求；基礎(chǔ)強(qiáng)度滿足要求。

圖3　基礎(chǔ)計(jì)算模式示意圖（單位：cm）

表13　基礎(chǔ)驗(yàn)算一覽表

此外，為保證施工安全，必須對(duì)原有地基進(jìn)行處理，地基不得有任何軟弱土體存在，若有須換填并碾壓密實(shí)，進(jìn)行承載力實(shí)驗(yàn)，地基承載力宜按200 kPa考慮。支架剪刀撐等構(gòu)造措施應(yīng)滿足規(guī)范要求。

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U445

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1009-7716（2016）04-0080-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.025

2016-01-08

孔藝達(dá)（1984-）,女，內(nèi)蒙古牙克石人，工程師，從事橋梁工程設(shè)計(jì)工作。