某城市立交橋施工膺架結構靜力及穩定性分析

韓 偉 華

(長平高速公路建設管理處，山西 長治 046100)

某城市立交橋施工膺架結構靜力及穩定性分析

韓 偉 華

(長平高速公路建設管理處，山西 長治 046100)

以某城市立交工程為例，對工程采用的施工膺架作了簡介，從貝雷梁、橫向支撐梁、鋼管立柱等方面入手，使用大型有限元軟件對整個施工膺架進行了全部結構的靜力荷載響應與穩定性分析，指出施工膺架的最大沉降位移發生在1/8跨處；貝雷梁與鋼管獨柱間架設橫向支撐梁，可以減少應力集中，有利于整個結構的受力。

施工膺架，貝雷梁，鋼管立柱，碗扣式腳手架，穩定性分析

0 引言

近年來，沿海城市大力發展城市立交工程，隨著城市立交橋梁的大量建設，橋梁施工面臨著復雜的地質條件及嚴苛施工環境的挑戰。施工膺架作為橋梁工程項目施工過程中的重要臨時結構，其使用功能和使用特點的特殊性，對設計者提出了較高的要求，尤其是其承載能力與穩定性，在地質不良的地區，對施工膺架的可靠性進行獨立的驗算尤為重要，采取措施對現澆箱梁膺架基礎進行處理，避免出現不均勻沉降及支架失穩的現象[1]。

竇忠孝等對鋼管混凝土中承式系桿拱橋的三角區混凝土拱肋現澆施工支架體系進行了設計與施工，并對其可靠性計算進行了研究[2]；張立鵬等通過采用灰土處理結合表面硬化等方法進行現澆連續箱梁支架基礎處理，并采用有限元分析方法對支架進行設計計算，確保了在地質不良環境下箱梁施工支架結構體系的安全[3]；王志亮等結合以往具體施工經驗，設計出一種新的綜合施工方案避免了高位落梁,解決了現澆梁施工影響橋下公路交通的難題，確保施工安全及工程質量[4]；劉永祥詳細地介紹一種新型腳手架——輪扣式鋼管腳手架滿布支架,以及貝雷(工字鋼)排架支架在橋梁中的實際應用[5]。

本文采用有限元分析軟件對某城市立交橋的施工膺架進行了全部結構的靜力荷載響應與結構穩定性分析。

1 施工膺架概況

某城市立交橋上部結構為現澆連續箱梁，箱梁為單箱三室斷面，下部結構為樁柱式橋墩。

主梁架設主要采用膺架施工，膺架采用鋼管立柱作為貝雷梁的支撐墩，并由橫向支撐梁與貝雷梁組成桁架作為箱梁現澆支架。根據橋梁標高加工鋼管立柱，并制作成排架結構形式，上部采用貝雷梁作為連續式支架。其中鋼管立柱如圖1所示。

2 結構靜力及穩定性分析

2.1 荷載取值

根據TB 10002.3-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范要求[6]，整體支架驗算荷載組合如表1所示。

表1 驗算荷載組合表

根據施工現場條件，得到施工臨時荷載為：

1)施工人員、機械：2.0 kN/m2；2)混凝土振搗器：2.0 kN/m2；3)橫向風力：1.0 kN/m2；4)縱向風力：0.4 kN/m2；5)模板重：2.0 kN/m2；6)方木重：2.0 kN/m2。由于1),2)這兩部分荷載直接查《城市橋梁設計荷載標準》規范[7]得到的，考慮到現場施工的條件以及計算安全儲備，本文將這兩部分荷載均乘以2.5的放大系數用于穩定性驗算。

2.2 貝雷梁

Analysis of the Present Situation and Existing Problems of Dianchi Wetland Park——A Case Study of Wujiadui Wetland Park________________________LI Yuntao 28

貝雷梁的上、下弦桿截面采用2[10槽鋼，腹桿截面采用Ⅰ8工字鋼，貝雷梁在支承位置(端部兩拼支承除外)豎桿進行加強，補焊2[10槽鋼進行補強。貝雷梁各單元采用桁架單元，并在支撐位置處約束為固結，一片貝雷梁的有限元模型如圖2所示。

貝雷梁驗算荷載采用表1中組合2，其計算結果如表2所示。表2中列出了上部貝雷梁的計算分析結果，貝雷梁的變形如圖3所示。經計算可知，貝雷梁的最大變形發生在邊跨處，為-4.92 mm(DZ)，貝雷梁的最大壓應力為150.5 MPa，最大拉應力為116.7 MPa。

2.3 鋼管立柱

鋼管立柱截面為φ600×12 mm鋼管，采用空間梁單元建立其模型，立柱底部約束為全部固結，鋼管立柱與橫向支撐梁結構的有限元模型如圖4所示。

表2 上部貝雷梁支架計算結果匯總表

鋼管立柱驗算荷載采用表1中組合4，經計算可知，鋼管立柱最大軸力發生在2號，7號立柱(結構兩端內側的第二根立柱)處，最大值為1 463.0 kN。鋼管立柱頂最大沉降也發生在2號，7號立柱處，數值為5.519 mm，鋼管立柱頂最大水平位移發生在2號，7號立柱處，結果為7.227 mm(見圖5)。鋼管立柱的最大組合應力σ=72.2 MPa<[σ]=170 MPa，安全系數為2.35，滿足強度的要求。

2.4 橫向支撐梁

橫向支撐梁采用3拼Ⅰ50a工字鋼，采用桁架單元建立模型，其位于鋼管立柱與貝雷梁之間，起到傳遞上部結構荷載及架設貝雷梁的作用。將橫向支撐梁沿順橋向分別編號為1號～8號，其中橫向支撐梁的組合應力計算結果如圖6所示。

橫向支撐梁驗算荷載采用表1中組合3。由計算結果可知，所有橫向支撐梁應力均可滿足強度要求，2號、7號橫向支撐梁的應力最大，且最小安全系數能夠達到2.2～2.4。計算分析可知，橫向支撐梁的最大彎矩為556.79 kN·m，最大剪力為777.2 kN。

2.5 碗扣式腳手架

采用φ48 mm×3.5 mm碗扣式常規腳手架，順橋向間距0.4 m，橫橋向間距0.4 m，步距0.6 m，支架最大高度為7 m，材料為Q235鋼。

驗算荷載選用表1中的組合1，選取最不利桿件(頂部立桿段)為計算對象，根據規范可計算得：

安全系數n0=1.404，故碗扣式腳手架強度驗算滿足要求。

3 結語

本文基于有限元分析軟件對一個典型施工膺架進行了穩定性分析，得出以下結論：

1)本文計算分析的施工膺架在1/8跨處產生最大沉降位移，由此可見整個施工膺架不僅要注意在跨中處設置足夠的預拱度，還應注意在1/8跨處設置足夠的預拱度，以保證整體結構的平順線形與使用功能。

2)本文的貝雷梁與鋼管獨柱之間架設有橫向支撐梁，可以減少應力集中，更有利于整個結構的受力。

3)碗扣式腳手架在滿足構造要求的同時，也要進行獨立驗算，本文所分析的碗扣式腳手架結構合理，可以滿足結構功能。

[1] 王景元.軟土地基現澆連續箱梁支架設計與施工技術[J].中外公路，2008，28(3)：137-139．

[2] 竇忠孝，王中寬，尚武孝.南昌生米大橋拱肋三角區支架體系的設計與施工[J].世界橋梁，2005(3)：42-45.

[3] 張立鵬，劉靜禮.艾溪湖大橋現澆連續箱梁支架設計與施工技術[J].公路，2011(9)：69-73.

[4] 王志亮，楊 勇.碗扣腳手架與軍用墩組合應用于現澆PC箱梁施工[J].鐵道建筑技術，2002(3)：34-36.

[5] 劉永祥.輪扣式腳手架滿布支架和貝雷(工字鋼)排架支架的應用研究[J].中南公路工程，2003，28(1)：84-86.

[6] TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].

[7] CJJ 77-98，城市橋梁設計荷載標準[S].

Static and stability analysis of a scaffolding structure for city overpass

HAN Wei-hua

(ChangpingExpresswayAdministration,Changzhi046100,China)

Taking some overpass project in some city as the example, the paper indicates the scaffolding adopted in the project, start from bailey beam, transverse beam and steel tube column, use the finite element software to get the static load response and stability analysis of the structure. Point out the largest displacement of the construction scaffolding occurs at 1/8 span. It can reduce the stress concentration and also conducive to the whole structure due to the lateral support beams between bailey beams and steel columns.

scaffolding, bailey beam, steel tube column, cuplok scaffolding, stability analysis

1009-6825(2014)28-0201-02

2014-07-30

韓偉華(1981- )，男，碩士，工程師

U448.17

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