鐵路連續梁橋現澆段支架驗算分析

王炳軍

(浙江明康工程咨詢有限公司)

1 引言

在地質條件良好、墩高較小的情況下，滿堂支架法是一種簡單易行的施工方法，在我國的橋梁施工中廣泛地應用了這種方法。以往對支架進行驗算是將支架中的橫梁按照三跨連續梁或者是簡支梁的模式來進行計算的，這樣的模擬與真實的情況就有較大的差別，首先真實的橫梁應該是多跨連續梁的形式，另外約束方式也有很大差別，這就導致計算結果與真實值有大的出入，對一在建的連續梁邊跨現澆段支架分別按照解析法和有限元法進行驗算，并且對兩種方法的計算結果進行了對比分析，能夠為同種施工方法的支架驗算提供參考。

2 工程概況

以某連續梁橋為工程背景，橋跨布置為58 m+96 m+58 m，主梁為單箱單室構造，邊跨現澆段施工采用滿堂支架的形式，支架施工方法為。

(1)地基處理，待下部承臺回填夯實后，對原地面以下1 m內用碎石土進行換填，采用分層換填法，每層厚度不超過30 cm，地基處理的范圍為現澆段平面輪廓外加1 m工作面。換填完成后由試驗人員對處理后的地基進行擊實試驗，以保證地基承載能力不小于150 kPa。換填完成后地基表面澆筑20 cm厚C25混凝土。

(2)滿堂支架施工，地基處理完成后即開始進行現澆段滿堂支架的搭設。立桿采用Φ48×3.5 mm鋼管，腹板下立桿間距為30×60 cm(橫向×縱向)，橫桿豎向步距為120 cm;底板下立桿間距為60×60 cm(橫向×縱向)，橫桿豎向步距為120 cm;翼緣板下立桿間距為90×60 cm(橫向×縱向)，橫桿豎向步距為120 cm。碗扣式腳手架搭設完成后在立桿頂端分別安裝橫向和縱向木枋，縱向木枋頂面平鋪木膠板底模。滿堂支架布置及荷載取值如圖1、圖2所示(單位：cm)。

圖1 滿堂支架平面布置圖

圖2 現澆段箱梁斷面圖

3 支架驗算的解析法

3.1 支架荷載組合

(1)強度荷載組合按照1.2×恒載+1.4×活載進行。

(2)剛度荷載組合按照1.0×恒載進行。

3.2 木枋受力驗算

縱向、橫向木枋受力驗算

(1)按照腹板下荷載作用力計算，木枋的分配梁計算跨度設為600 mm(中心間距)。

(2)按照底板下荷載作用力計算，木枋的分配梁計算跨度設為600mm(中心間距)。

(3)按照翼緣板下荷載作用力計算，木枋的分配梁計算跨度設為600mm(中心間距)。

縱向木枋強度和剛度滿足要求。

同理，橫向木枋強度和剛度滿足要求。

3.3 立桿驗算

(1)腹板處計算

單肢立桿軸力計算：N=151.2 ×0.3 ×0.6=27.22 kN

立桿強度驗算

立桿穩定性驗算

碗扣式支架立桿豎向位移計算

(2)底板處計算

單肢立桿軸力計算：N=35.77 ×0.6 ×0.6=12.88 kN

立桿強度驗算

立桿穩定性驗算

碗扣式支架立桿豎向位移計算

(3)翼緣板處計算

單肢立桿軸力計算：N=32.67 ×0.6 ×0.6=17.64 kN

立桿強度驗算

立桿穩定性驗算

碗扣式支架立桿豎向位移計算

3.4 地基承載力計算

由以上計算結果對比可知，腹板處單肢立桿軸力最大，Nmax=27.22 kN，立桿下鋼墊片長度為 0.15 m，混凝土厚度為0.2 m，則立桿下混凝土承載力

故地基承載力滿足要求。

4 支架驗算的有限元法

4.1 有限元模型的建立

應用midas軟件對滿堂支架建立有限元模型，建立模型時，以順橋向里程增大方向為X軸的正向，立桿軸向向上為Z軸正方向。頂層模板應用平面應力單元，木枋、立桿應用一般梁單元，澆筑混凝土應用8節點實體單元。該支架模型共應用了6 928個節點，15 250個單元。

4.2 有限元分析結果

(1)有限元模型計算的縱向木枋的應力和變形結果如下圖3～圖4所示。

(2)由于缺少滿堂支架下部基礎的實測彈性模量等數據，所以有限元模型中未建立地基部分的模型，地基承載力由有限元模型計算出的立桿軸力進行計算，立桿軸力最大Nmax=19.89 kN，立桿下鋼墊片長度為 0.15 m，混凝土厚度為0.2 m，則立桿下混凝土承載力：

地基承載力

圖3 縱向木枋應力云圖

圖4 縱向木枋變形

故地基承載力滿足要求。

5 支架驗算的解析法與有限元法結果對比

將該橋滿堂支架解析法驗算結果與有限元法驗算結果進行對比如表1所示。

地基承載力

表1 解析法與有限元法計算結果對比

由表1可知，解析法和有限元法的計算結果比較接近，其中縱向、橫向木枋、立桿等構件的強度有限元解都比解析解小，豎向變形有限元解則比解析解大，橫向木枋的有限元解比按照簡支梁計算出的容許值略大。

6 結論

本文結合一座在建鐵路連續梁橋邊跨現澆段滿堂支架的施工方法，分別通過解析方法和有限元方法對滿堂支架進行了驗算分析，驗算了支架縱向木枋、橫向木枋的強度和剛度，立桿的強度、剛度和穩定性，最后將兩種方法得出的結果進行了對比，解析解和有限元解比較接近，支架的承載力能夠滿足安全要求。

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［1］中華人民共和國行業標準.鐵路混凝土梁支架法現澆施工技術規程(TB10110-2011)［S］.中國鐵道出版社，2011.

［2］陳偉剛，黃勇.桑壩大橋拱橋支架有限元分析［J］.山西建筑，2010，(9).

［3］尹幫奇.獨木河大橋貝雷拱架靜力分析［J］.貴州工業大學學報(自然科學版)，2008，(6).