現澆連續梁臨時支架力學計算

王福亮

(福建省第一公路工程公司)

1 工程概況

福建省某特大橋，分離成雙線布設于原有大道兩邊分隔帶上，左線合計總長3 483.5 m，右幅橋合計總長3 486 m，橋梁上部結構等寬段為跨徑22.5 m 和25 m 裝配式預應力混凝土連續梁，變寬段為現澆預應力混凝土連續梁，局部跨越構造物采用較大跨徑的預應力混凝土連續梁，全橋共有預應力混凝土連續梁31 聯。本文以第15 聯等高度三跨預應力混凝土連續箱梁為例，介紹了現澆梁支架設計計算過程。

2 支架方案

現澆箱梁支架采用滿堂碗扣式腳手架，立桿間距根據連續梁結構重量分布情況確定，支架橫橋向立桿布置為:由于梁體底腹板位置混凝土高達2.2 m，重量較大，立桿間距按60 cm 布置;梁體翼緣板重量較輕，立桿按間距90 cm 布置，并在梁端梁體加強處適當加強;其他位置立桿均按間距90 cm 布置。支架縱橋向立桿主要按90 cm 布置，并在梁體底、腹板加強處適當加強。在地基基礎處理好并經檢查合格后即可搭設鋼管支架。

根據施工設計圖，基礎上在有豎桿的位置劃線并作好記號，吊線立起豎桿，拼裝掃地桿，掃地桿至鋼管底端的距離不大于35 cm。之后拼裝順橋向橫桿和橫橋向橫桿，及時拼裝剪刀撐，支架立桿、橫桿、剪刀撐采用Φ48 ×3.5 mm 鋼管。桿件間以碗扣式連接為主，剪刀撐采用扣件連接。立桿下端設底座支撐于基礎面，上端設可調頂托支撐分配梁。搭設一段豎向高度后進行全面檢查，符合相關要求后再繼續向上拼裝。

3 梁各斷面自重荷載計算

混凝土容重按γ=25 kN/m3，箱梁斷面荷載計算公式為

式中:q 為箱梁斷面分布荷載;S 為箱梁斷面分段面積;b 為箱梁斷面分段寬度;h 為箱梁斷面分段寬度范圍的平均梁高。箱梁縱橫斷面分布荷載如圖1 所示。

圖1 橫橋向跨中荷載分布圖

4 梁一般截面(跨中)支架結構檢算

4.1 荷載計算

(1)固定荷載

①模板及模板支撐架荷載Q1:通過計算模板荷載如下:

a 內模:取q1－1=0.5 kN/m2;

b 側模:取q1－2=0.5 kN/m2;

c 底模(包括背帶木):取q1－3=0.5 kN/m2;

d 碗扣腳手架荷載:通過計算得(含剪刀撐):q1－4=2.0 kN/m2。(按高度20 m 支架計算)

②箱梁混凝土荷載Q2:

橫橋向根據箱梁橫橋向變化，按分布均布荷載考慮，其布置情況如下:

圖2 跨中橫橋向荷載分布圖

圖3 桿件內力圖

(2)可變荷載Q3，Q4:

查《建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術規范》4.2.5條取值:

①施工人員及設備荷載標準值(Q3)按均布荷載取1.0 kN/m2。

②澆筑和振搗混凝土時產生的荷載標準值(Q4)為1.0 kN/m2。

4.2 立桿強度及穩定性驗算

(1)立桿強度檢算(以本一單元桿為例)

查《建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術規范》

單肢立桿軸向力計算公式N=1.2(Q1+Q2)×Lx×Ly+1.4(Q3+ Q4)×Lx×Ly

式中:Lx、Ly為單肢立桿縱向及橫向間距，其值分別為:0.6 m和0.9 m。

N=1.2(Q1+ Q2)×Lx×Ly+ 1.4Q3×Lx×Ly=1.2(0.5 +0.5 +2 +38.1)×0.6 ×0.9 +1.4 ×(1 +1)×0.6 ×0.9 =28.1 kN

則單根立桿受力:N=28.1 kN ＜［N］=30 kN 滿足立桿強度要求，其它桿件略。

(2)立桿穩定性檢算

碗扣式滿堂支架是組裝構件，單根碗扣在承載力允許范圍內就不會失穩，以軸心受壓的單根立桿進行驗算:

按橫桿步距h=120 cm 計算;

跨中底板鋼管長細比λ =L/i =120/1.58 =75.9 ＜［λ］=230，取λ=76;

豎桿為軸心受壓桿件，查《建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術規范》附錄E:Q235A 鋼管軸心受壓構件的穩定系數為:

立桿豎向可承載力［N］=0.744 ×489 ×205 =74 582.28 N=74.6 kN

計算某單元中腹板R 立桿荷載較大，其N=28.1 kN(見前碗扣立桿強度檢算)

由上可知:腹板處:28.1 kN=N≤［N］=74.6 kN 立桿穩定性滿足要求。

4.3 支架抗風穩定性驗算

支架整體主要承受水平向風荷載作用，下面對梁體及圍擋風荷載計算。

根據《建筑施工碗口式鋼管腳手架安全技術規范》計算梁體及施工圍欄風荷載:

式中:Wk為風荷載標準值(kN/m2);μz為風壓高度變化系數，按現行國家標準《建筑結構荷載規范》規定采用1.0;μs為風荷載體型系數，按現行國家標準《建筑結構荷載規范》規定的豎直面取0.8;Wo為基本風壓(kN/m2)，按現行國家標準《建筑結構荷載規范》規定采用0.55;φ 為擋風系數，滿掛密目網取0.8，實體取1。

梁體風荷載Wk梁= 0.7μz·μs·Wo=0.7 ×1.0 ×0.8 ×0.55 =0.31 kN/m2

圍擋風荷載Wk圍= 0.7μz·μs·Wo·φ=0.7 ×1.0 ×0.8×0.55 ×0.8 =0.25 kN/m2

風荷載轉化為節點荷載參考《腳手架結構計算及安全技術》第四節模板支撐架的設計及計算:

S梁=2.2 ×3.6 m2，梁高2.2 m，斜桿縱向間距按3.6 m;

S圍=1.2 ×3.6 m2，圍擋1.2 m，γ =1.4，可變荷載安全系數。

W1=(0.31×2.2×3.6+0.25×1.2×3.6)×1.4=5.0 kN

桿件受力圖見圖4。

依據力的平行四邊形關系，立桿拉力Wv=120/90 ×W1=6.7 kN

①斜桿強度計算:

斜桿長細比:λ=L/ i =150/1.58 =94.9 ＜［λ］=250，查表得φ0.626

斜桿承載力:

Nx=φ·A·f=0.626 ×489 ×205 =62 753 N =62.8 kN＞Wx= 8.3 kN，合格。

②立桿拉力驗算:

立桿結構自重計算:Nv=7 ×39.7 ×2 ×15 +3 ×140.2 ×16 =15.067 kN ＞Wv=6.7 kN，合格。

支架整體抗風穩定性滿足施工要求。

5 結 語

碗扣式鋼管腳手架施工方便，利于重復使用，能滿足不同形式橋梁的施工要求，是一種較好的支撐形式。經實踐證明，本文計算結果可以采用，本次車行道橋施工采用的支架具有足夠強度、剛度和穩定性，滿足施工要求，能保證施工質量。

［1］ 余宗明.腳手架結構計算及安全技術［M］. 北京:中國建筑工業出版社，2002.

［2］ 糜嘉平.建筑模板與腳手架研究及應用［M］. 北京:中國建筑工業出版，2001.

［3］ 交通部第一公路工程公司.公路施工手冊一橋涵［M］. 北京:人民交通出版社，2005.