大跨徑箱型梁就地澆筑法的支架受力結構分析與計算原理

楊永欣

（河北省石家莊市藁城區公路管理站,石家莊 052160）

大跨徑箱型梁就地澆筑法的支架受力結構分析與計算原理

楊永欣

（河北省石家莊市藁城區公路管理站,石家莊 052160）

通過大跨徑箱型梁就地澆筑法的工程實踐，分析鋼管支架的受力特點及施工應用常見問題，研究鋼管支架的材料選擇、計算原理、安全可靠度等理論性問題，得出了大跨徑箱型梁就地澆筑施工的支架安裝計算方法，關系到安全生產、質量控制及經濟效益問題，有利于工程實踐中更好地應用。

箱型梁;就地澆筑法;支架受力結構分析;計算原理

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.002

1 引言

在高速公路工程建設中，大跨徑預應力鋼筋混凝土箱型梁設計應用較為廣泛，尤其在分體立交或互通立交工程中該結構型式最為顯著，基于安全施工、質量控制與經濟效益等綜合因素的考慮，支架的安裝必須通過嚴謹的力學原理進行計算分析。從多年的工程實踐分析來看，由于支架坍塌而造成的安全事故不勝枚舉，則對生命財產和經濟損失不可估量，故提出大跨徑箱型梁就地澆筑施工的支架受力分析與計算原理，利于施工指導與應用。

2 鋼管支架的受力分析[1～4]

安裝后的鋼管支架具有三維（XYZ）幾何不變的力學支撐體系，承載著巨大的結構荷載與施工荷載，與之產生軸向壓力p、彎矩M及剪力Q，力學要點在于：

1）豎向鋼管是傳遞全部豎向和水平荷載的重要構件，當不組合風荷載時，可簡化為軸心受壓構件，當組合風荷載時，則為壓彎構件，因荷載傳遞的壓力p產生側向彎矩M同時關系到長細比（λ=L/i）的穩定與約束。

2）橫向及縱向鋼管因承受著荷載傳遞的作用均屬于受彎構件產生彎矩。

3）縱向與橫向鋼管水平管桿件依靠金屬扣件連接，將施工荷載、腳手板自重傳遞給立桿，立桿又將水平力傳遞到下面建筑物上，扣件與鋼管之間的摩擦力可傳遞豎向力與水平力，因此應對扣件抗滑摩擦力進行驗算。

3 箱型梁就地澆筑法施工碗扣支架設計（見圖1）

圖1 碗扣支架設計圖（單位：cm）

1）模板采用3000mm×2000mm×50mm大塊沖壓式鋼模板，支架采用外徑48mm×3.5mm碗扣式無縫鋼管支架，地基采用滿堂紅厚度為15cm的C15混凝土鋪筑，用以進行地基加固處理以抵抗不均勻沉降變形。

2）支架材料的質量要求：扣件與底座的力學性能（見表1）。

表1 扣件與底座的力學性能數據表

3）受壓、受拉構件的容許長細比規定值（見表2）。

表2 受壓、受拉構件的容許長細比規定值

注：計算λ時，立桿的計算長度按L0=kμh計算；k=1.0時，L0= 1.27h，h為立桿布距。

4）鋼管截面特征數據（見表3）。

表3 鋼管截面特征數據

5）立桿及橫桿承載力性能（見表4）。

表4 立桿及橫桿承載力性能參考數據表

4 腳手架縱向、橫向水平桿極限狀態條件下的承載能力計算

1）計算縱向、橫向水平桿的內力與撓度時；縱向水平桿可按三跨連續梁原理計算，對荷載分布進行最不利布置，最大彎矩取跨中彎矩和支座彎矩的較大值。

跨度取縱距La，橫向水平桿按簡支梁計算，計算跨度為：雙排架取Lb；單排架?。↙b+120）mm。

2）抗彎強度變形值計算

σ=Mmax/W≤［σ］,且Mmax=ql2/8

3）軸心受拉、受壓構件的強度計算

σ=N/Aen≤f（受壓狀態）

σ=N/An≤f（受拉狀態）

4）撓度驗算

v=5qLb4/384EI≤［v］

以上公式中，σ，［σ］分別為構件在彎拉條件下的抵抗應力及允許應力,N/mm2;Mmax為經計算得知的桿件承受的最大彎矩，N·m；W為鋼管或不同型鋼的截面模量；q為作用在桿件上的均布荷載,kN/m；l為梁支點之間的距離,m;Lb為雙排架條件下的立桿計算跨度,m;N為材料橫截面軸心壓力,kN;Aen,An分別為構件的有效凈截面積與凈截面積,mm2；V,［v］分別為構件撓度驗算值及撓度允許值;E為回彈模量,N/mm2,I為桿件慣性矩。

5）立桿地基設計承載力Rs計算：

RS=1.15Rb

式中，Rb為原始地基承載力標準值，kPa。

支架搭設前先對基礎進行回填、平整與壓實，以地基承載力達到200kPa條件，然后使用10cm厚度的C20混凝土做墊層，根據《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范》（JGJ166—2008）規定，當地基為巖石或混凝土時，可不進行計算，使用混凝土地基承載力滿足施工要求即可。

5 算例

解：計算過程如下：

1）抗彎強度驗算

作用在水平桿線荷載標準值：

qb=（3.0+0.35）kN/m2×0.9=4.815kN/m2

作用在水平桿線荷載設計值：

qs=1.4×3.0kN/m2+1.2×0.63=4.96kN/m2

最大彎矩：

Mmax=ql2/8=4.96×0.92/8=0.502kN·m

2）計算鋼管的抗彎剛度

3）作用在橫桿上產生撓度驗算：

v=5qLb4/384EI=5×4.815×9004/384×2.06×105×12.19×104

=1.579×1013/9.643×1012=1.638mm≤［v］=10mm

4）驗算立桿長細比λ

因立桿橫距為0.9m,故立桿長度應為L0=kμh=1.0×1.27× 0.9×102=1cm。且λ=L0/i=114.3/1.58=72.34＜［λ］=210，經查表2得知滿足規定。

5）立桿地基承載力RS計算:

RS=1.15Rb

式中，Rb為原始地基承載力標準值,kPa。

計算方法：將所有荷載∑N除以每個立桿的節點數，再換算所需要的地基承載力RS（計算過程略）。

6 結論

目前，碗扣鋼管支架的施工運用非常廣泛，涉及經濟、安全與質量等關鍵技術問題。因此，在施工組織設計工作中，必須經過運用材料力學、結構力學原理進行仔細驗算后方可采納使用，該技術理論關系到力學知識面廣而不復雜，具有典型的力學要點及規律，是支撐交通土建工程建設技術水平的安全應用問題。

【1】張俊義.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社，2011.

【2】北京土木建筑協會.建筑施工腳手架構造與計算[M].北京:中國電力出版社，2011.

【3】汪整容,朱國梁.簡明施工計算手冊[K].北京：中國建筑工業出版社, 2005.

【4】沈倫序.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1984.

TheStentMechanicalStructureAnalysisandCalculation Principle of theLong-span Box BeaminSitu Method

YANGYong-xin
（RoadstationofGaoChengAreainShijia-zhuang Cityof Hebei Province，Shijiazhuang 052160,China）

Through the long-span box beam in situ method of engineering practice,it analysis the stress of the steel pipe support characteristics and the common problems in construction application,and studies the steel pipe support material selection,calculation principle,safe reliability theoretical problems,it works out the Long-span box beam bracket installation calculation methods of in situ construction,anditis relatedtothesafetyinproduction,qualitycontrolandeconomicproblem,whichismorehelpful fortheapplicationof engineeringpractice.

boxbeam;insitumethod;stentmechanicalstructureanalysis;calculationprinciple

TU378.2

A

1007-9467（2016）06-0029-03

2015-12-30

楊永欣（1972～），女，河北石家莊人，工程師，從事橋梁路面維護研究，（電子信箱）940168391@qq.com。