現澆預應力連續箱梁支架結構設計技術探討

紀寶田

【摘 要】本文結合東一路廣利河大橋預應力連續箱梁的施工，對預應力連續箱梁支架模板設計、施工工藝作了初步探討。

【關鍵詞】預應力連續箱梁；支架模板設計；技術探討

1.箱梁結構形式及特點

廣利河大橋采用變截面預應力混凝土連續箱梁，上下行分幅設計，斜交20度布置，單幅橋箱梁采用單箱三室截面，橋面結構頂寬18.99m，底寬14.19m；底板沿分孔線方向水平布置，頂板沿垂直于道路中心線方向單向1.5%橫坡布置，沿分孔線方向不斷變化；底板沿垂直于道路中心線方向橫坡不斷變化，沿分孔線方向底板水平布置。箱梁兩側懸臂板寬度2.4m，端部厚20cm，根部厚55cm；頂板厚25cm，底板標準段厚25cm，靠近邊墩處底板厚50cm；靠近中墩處底板厚60cm；腹板標準段厚50cm，靠近支點處的腹板厚70cm；中橫梁寬3.0m，邊橫梁寬1.5m；箱梁跨中梁高2.2m，支點梁高4.2m，梁底采用二次拋物線變化。

單幅橋縱向設置四道橫梁，主墩處橫梁高4.2m，厚3.0m，邊墩處橫梁高2.2m，厚1.5m。支座間距10.84m。中跨跨中設置一道橫隔梁，厚0.4m。

預應力筋均采用φs15.24高強度底松弛鋼絞線，標準抗拉強度fpk=1860MPa，預應力錨具采用M15型群錨體系及配套產品。箱梁縱向預應力束包括頂板束、底板束、腹板束及備用束四種，腹板束采用15фs15.20鋼絞線張，頂板、底板束采用9фs15.20和7фs15.20鋼絞線，張拉控制應力0.75fpk。采用群錨錨具體系。

2.支架與模板設計

2.1支架結構

主梁邊跨采用碗扣支架體系。碗扣支架體系由支架基礎、Φ48×3 mm碗扣立桿、橫桿、斜撐桿、可調節頂托、10×10cm方木做橫向分配梁、10×10cm方木做縱向分配梁，15mm竹膠板做底板；模板系統由側模、底模、芯模、端模等組成。

橫桿的步距除去頂托底托位置處為0.6m，其余位置橫桿步距均為1.2m；主墩墩頂及橫隔板位置支架順墩柱方向搭設，立桿間距0.3 m（橫橋向）×0.3m（順橋向）；腹板立桿間距0.3m（橫橋向）×0.6m（順橋向）；底板位置立桿間距為0.6m（橫橋向）×0.6m（順橋向）；翼板位置立桿間距為0.9m（橫橋向）×0.6m（順橋向）。

2.2模板與支架計算

箱梁底模采用竹膠板，取各種布置情況下最不利位置進行受力分析。本方案底模縱肋統一為10×10cm方木，除腹板處間距為20cm外，其余位置間距為30cm，由于腹板處荷載最大，因此僅對腹板處底模進行計算。底模可簡化為跨徑20cm的多跨梁計算，荷載取板寬1米計算。

2.3立桿穩定性驗算

按照《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術標規范》（JGJ166-2008）。

支架驗算不考慮風荷載組合，按照以下公式進行驗算：

N=1.2（Q1+Q2）+1.4[（Q3+Q4）LxLy]<φAfk

式中：Q1-模板支架自重標準值；

Q2-新澆鋼筋混凝土自重標準值；

Q3-施工人員設備荷載標準值；

Q4-澆筑和振搗混凝土產生的荷載標準值；

LxLy-為立桿縱橫間距；

Q5-風荷載引起的軸向力，根據4.2.2可得Q5=1.076KN

fk-材料抗力的設計值，取205Mpa；

A-桿件截面面積，壁厚3mm面積為4.2412cm2。

φ-壓桿穩定系數

在腹板處支架規格為300×600mm，此工況下單根立桿荷載：

N=1.2（Q1+Q2）+1.4[（Q3+Q4）LxLy]

=1.2×（2.35×0.3×0.6+0.3×0.3×0.6+4.2×26×0.3×0.6）+1.4×[（1+1）×0.3×0.6]

=24.66KN

在橫梁頂托與底托之間處立桿步距h=1.2m，立桿回轉半徑i=1.59cm，長細比為λ=h/i=1.2/0.0159=75，查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》附錄E，軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.75。舊支架應力折減系數。

0.85φAfk =0.75×4.2412×102×205×0.85

=55.43 KN≥24.66KN（符合規范要求）

對于頂端頂托以及底部底托部分，其計算長度l0=h+2a計算，h為橫桿步距，a為立桿伸出頂層水平桿長度（含頂托不大于60cm）l0=h+2a=60+120=180cm， 長細比為λ=l0/i=1.8/0.0159=113，查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》附錄E，軸心受壓立桿的穩定系數φ=0.496。舊支架應力折減系數0.85

φAfk =0.496×4.2412×102×205×0.85

=36.65 KN≥24.66KN（符合規范要求）

2.4立桿豎向變形驗算

2.5縱橫向水平桿及斜桿扣件抗滑驗算

支架按照其設計標準規格進行搭設，縱橫向水平桿間距均在設計范圍之內，且橫桿僅起到連接作用，不直接承受荷載，故不再進行單獨驗算；支架中斜桿主要為連接作用，按照支架構造要求進行設置，故也不再進行驗算。

2.6架體抗傾覆驗算

最不利狀態為模板安裝完畢，鋼筋安裝前。此時風荷載最大，自重荷載較小，支架抗傾覆為最不利狀態。對支架抗傾覆采用整體式驗算。

支架整體傾覆穩定計算公式為：H/B≤0.5357gk/wk

式中：H為支架高度

B為支架寬度

gk為支架按受風面面積平均分布的自重標準值（KN/m2），

gk=2.35×20.7×41.7/（4×41.7）=12.16kN/m2

為風荷載標準值，WK=0.7μZμS·W0=0.7μzμsω0=0.7×0.74×1.2×0.5=0.311KN/m2

0.5357gK/wk=0.5357×12.16/0.311=20.95

支架高寬比H/B=4/20.7=0.19<20.95

該支架抗傾覆穩定能力良好，滿足施工要求。

2.7地基承載力驗算

清除原地基表面雜土，磚渣處理，厚30cm，并碾壓密實，作為支架基礎。在處理好的地基上設置厚度為15cm，標號為C20混凝土墊層。

根據圖示作用于地基面的面積為（746×746）mm，由于荷載最大位置立桿間距為（300×600）mm，故實際荷載作用面積小于理論面積，因此荷載地基計算面積取（300×600）mm

立桿最大軸心力N=24.66KN

故立桿最大軸心壓力σ=24.66/0.3×0.6=137kpa。

地基容許承載力大于137Kpa即可滿足要求。

3.結論

通過以上計算，該支架與模板設計結構在恒載作用下應力及變形均在許可范圍之內，同時由于箱梁采用兩次澆筑工藝，第一次澆筑完畢后，考慮到梁底板剛度較大，荷載將進行重分布，有一定的安全儲備。 [科]