滿堂鋼管支架現澆箱梁的設計探討

楊旭

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 562400）

1 工程概況

汕頭至昆明高速公路貴州境頂效東T互通主線橋位于興義市萬屯鎮的新貢村，全長553.894米，設計中1～8跨、15～17跨為30米預制箱梁，9～14跨為現澆箱梁，現澆箱梁全長200米，組合類型為30m+40m+30m為一聯，按設計要求，一聯一次性澆筑完畢。箱梁斷面為單箱雙室，邊墩處及中跨跨中箱梁直線段梁高為1.6米，箱梁主墩處高2米，并向兩側邊墩以10米的范圍內線性變化至1.6米。箱梁在邊墩墩頂設置端橫梁，厚1.5米，在主墩頂設置中橫梁，厚2米，箱梁頂板、腹板、底板在靠近端橫梁、中橫梁均有變化。

2 滿堂支架設計說明

現澆段地質情況為表層有3米左右厚的黃粘土，下承層為灰巖。根據現場地基承載力試驗，表層地基承載力在200Kpa～250Kpa之間。因此，地基處理按挖出耕植土、堆積土后回填35cm片石、加5cm厚C10混凝土進行處理，周邊修筑截水溝，防止地面水、養生水、混凝土澆筑水流入現澆筑區地下，導致地基承載力降低。

因現澆澆箱梁為變截面箱梁，翼板寬度為2.5米，為了節約鋼管支架，鋼管架設計按梁高2米、端頭部分2.5m范圍，腹板厚60cm斷面的腹板底板，翼板四個部分分開設計。

箱梁梁端橫梁及中橫梁范圍鋼管縱向間距為40cm，橫向間距翼板為80cm,腹板為25cm，底板為30cm（見圖1）。其他部分鋼管縱向間距為60cm，橫向間距翼板為80cm,腹板為40cm，底板為60cm,步距（垂直間距）120cm（見圖2）。

搭設寬度為14米，含一邊2米的操作平臺。立桿鋼管下墊寬12cm、厚10cm的木方，并用頂托增加同木方的接觸面積（見圖3）。在箱梁從1.6米變化到2米段每三排增加斜支撐，斜撐與底面垂直，平衡底模板側壓力。鋼管支架縱橫向斷面每隔6排加一道剪刀撐,夾角為45度。剪刀撐應與地面牢固連接，防止滑移。剪刀撐桿接長采用搭接，嚴禁對接，搭接長度不小于1m，扣件不得少于2個。立桿接長除頂層頂步可采用搭接，其余各層各步接頭必須采用對接扣件連接。立桿上的對接扣件應交錯布置：兩根相鄰立桿的接頭不應設置在同步內，同步內隔一根立桿的兩個相隔接頭在高度方向錯開的距離不宜小于500mm；搭接長度不應小于1m，應采用不少于2個旋轉和扣件固定，端部扣件蓋板的邊緣至桿端距離不應小于100mm。搭設高度最大為13m，立桿采用單立管,采用的鋼管類型為 48×3.5。

圖1

圖2

3 梁端（端橫梁及中橫梁）驗算

圖3

計算選擇最大荷載組合段，主要荷載組合如下：

砼重量（縱向1米）=14×2600=36400kg,鋼筋重量=4335kg,鋼絞線重量=12×19*1.1=251 kg。

永久性荷載=（364000+43350+2510）÷1000÷7=58.55Kpa。

可變荷載：

模板體系荷載按規范規定=0.75Kpa。

砼施工傾倒荷載按規范規定=4.0Kpa。

砼施工振搗荷載按規范規定=2.0Kpa。

施工機具人員荷載按規范規定=2.5Kpa。

可變荷載總計：9.25Kpa。

荷載總計：67.8Kpa。

3.1 橫桿的計算

3.1.1 均布荷載值計算

橫桿靜荷載

P1=0.038kN/m

活荷載標準值

Q=67.8×0.4/2=13.56kN/m，

靜荷載的計算值

q1=1.2×0.038=0.0456kN/m，

活荷載的計算值

q2=1.4×13.56=18.982kN/m，

3.1.2 強度計算

跨中最大彎矩計算公式如下:

M1max=0.08q1l2+0.10q2l2

跨中最大彎矩為：

M1=(0.08×0.0456+0.10×18.98)×0.42=0.304kN·m

支座最大彎矩計算公式如下:

M2max=-0.10q1l2+0.117q2l2

支座最大彎矩為：

M2=-(0.10 ×0.0456+0.117×18.98)×0.42=-0.356kN·m

我們選擇支座彎矩和跨中彎矩的最大值進行強度驗算：

σ =0.356 ×106/5080=70.08N/mm2

橫桿的計算強度小于205.0N/mm2,滿足要求!

3.1.3 撓度計算

計算公式如下:

靜荷載標準值q1=0.038kN/m

活荷載標準值q2=18.98kN/m

V=(0.677×0.038+0.990×18.98)×4004/(100×2.06×105×121870)=0.191mm

橫桿的最大撓度小于800/150與10mm,滿足要求。

3.2 扣件抗滑力的計算

縱向或橫向水平桿與立桿連接時，扣件的抗滑承載力按照下式計算(規范5.2.5):

R≤Rc

其中Rc─扣件抗滑承載力設計值,取8.0kN；

R─縱向或橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設計值。

荷載值計算

1）橫桿的自重標準值

P1=0.038×0.100=0.038kN

(除鋼管外的其他荷載)活荷載標準值

Q=18.98×0.400×0.4/2=1.518kN

2）荷載的計算值

R=1.2×0.038+1.4×1.518=2.17kN

單扣件抗滑承載力的設計計算滿足要求。

當直角扣件的擰緊力矩達40～65N·m時,單扣件在12kN的荷載下會滑動,其抗滑承載力可取8.0kN；

雙扣件在20kN的荷載下會滑動,其抗滑承載力可取12.0kN。

3.3 立桿穩定性驗算

作用于腳手架的荷載包括靜荷載、活荷載和風荷載。

靜荷載標準值包括以下內容：

(1)每米立桿承受的結構自重標準值(kN/m)，本橋為0.038

NG1=0.038×13.000=0.494kN

活荷載為施工荷載標準值產生的軸向力總和，內、外立桿按一縱距內施工荷載總和的1/2取值。

經計算得到，活荷載標準值

NQ=18.98×0.400×0.4/2=1.518kN

風荷載標準值應按照以下公式計算

Wk=0.7UZ·US·W0

其中 W0──基本風壓(kN/m2)，按照《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)的規定采用：W0=0.30

Uz──風荷載高度變化系數，按照《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)的規定采用：Uz=1.250

Us──風荷載體型系數：Us=0.960

經計算得到:

風荷載標準值 Wk=0.7×0.30×1.250×0.960=0.252kN/m2。

考慮風荷載時,立桿的軸向壓力設計值計算公式

不考慮風荷載時,立桿的軸向壓力設計值計算公式

考慮風荷載時，立桿的穩定性計算σ<[f],滿足要求!

風荷載設計值產生的立桿段彎矩MW計算公式

MW=0.85×1.4Wklah2/20=0.01 kN/m2

其中 Wk──風荷載基本風壓值(kN/m2)；

la──立桿的縱距 (m)；

h──立桿的步距 (m)。

其中N──立桿的軸心壓力設計值；

φ──軸心受壓立桿的穩定系數,由長細比l0/i的結果查表得到0.157；

A──立桿凈截面面積，A=4.893m2；

W──立桿凈截面模量(抵抗矩),W=508cm3；

[f]── 鋼管立桿抗壓強度設計值，[f]=205.00N/mm2；

MW──計算立桿段由風荷載設計值產生的彎矩，MW=0.01kN·m；

3.4 地基承載力驗算

每1米跨活荷載標準值 q=474.61KN

每1米跨鋼管架自重 q1=4.1KN

總荷載Q=478.71KN

立桿根數：26根，下墊木方每塊面積為0.1平方米，總面積為2.6平方米。

對地面的壓強 【б】=478.71 KN÷2.6m2=184.11KN/m2=184.11Kpa

地面為粘土層承載力不小于200Kpa,因此地基承載滿足要求。

結束語

腹板、底板、翼板的驗算公式及方法與梁端（端橫梁及中橫梁）驗算相同，本文未一一示出，通過四個部分的驗算得出，該支架滿足規范要求。

[1]JGJ130－2001《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》[S].

[2]JTJ041-2000交通部《公路橋涵施工技術規范》[S].