連續梁現澆段碗扣式支架計算分析

孔藝達

(重慶市設計院，重慶市400015)

連續梁現澆段碗扣式支架計算分析

孔藝達

(重慶市設計院，重慶市400015)

隨著我國城市建設的快速發展，工程施工過程中大量使用了鋼管支架，但是模板支撐體系的重要性常被忽略，導致近年來發生多起各類支架失穩倒塌事故，影響極大。對此，針對橋梁施工中碗扣式鋼管支架的設計，結合現行規范對某連續箱梁橋模板及其支撐工程進行計算分析。其成果可為類似橋梁支架設計提供參考。

現澆箱梁；碗扣式支架；計算；分析

0　引　言

隨著我國基礎設施建設的高速發展，城市高架橋的數量越來越多，橋梁施工過程中大量使用了碗扣式鋼管支架。但是由于模板支撐體系與整個工程相比只是臨時設施，同時所占工程量并不多，其重要性往往被忽略。因此，支架的失穩成為工程施工過程中的一個事故多發點。從2001年至今，我國橋梁施工過程發生多起由于支架和模板失穩造成人員傷亡的特大事故[1]。因此，近幾年多位研究人員對于目前主流使用的碗扣式鋼管支架進行仔細計算分析和研究[2-7]。同時，針對橋梁施工和碗扣式鋼管支架設計，我國出版了《公路橋涵施工技術規范》（JTG/TF50-2011）[8]和《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規程》(GJ166-2008)[9]。對此，根據現行規范對某連續箱梁橋模板及其支撐工程進行計算分析。

1　工程概況

某橋為5×25 m的預應力混凝土連續箱梁（單箱雙室，梁高1.5 m），全長135 m，位于半徑180 m的圓曲線上；橋面橫向布置為1.5 m（人行道）+9.5 m（車行道）+1.5 m（人行道），全寬12.5 m；設計荷載為公路-Ⅰ級，設計車速60 km/h。大橋立面見圖1所示，箱梁標準斷面見圖2所示。

大橋箱梁分二次澆筑，先澆筑底板、腹板，待混凝土強度達到設計要求后再澆筑頂板及翼緣板。箱梁采用滿堂落地式碗扣支架就地澆筑施工，支架系統由下而上依次為：（1）支撐架基礎，地基采用C20混凝土厚15 cm，并做好地表排水設施；（2）10 cm×10 cm方木、底托；（3）48碗扣腳手支架、頂托，采用縱橫立桿間距60 cm，步距為120 cm的碗扣式滿堂支架；（4）分配梁（支撐梁縱橋向采用10 cm×10 cm方木，橫橋向采用10 cm×15 cm方木，）、模板（1.5 cm厚的高強度竹膠板）組成。

2　設計荷載及組合

根據施工方案，支架縱橫間距和步距相同，因此取最不利的墩頂橫隔梁處支架進行計算。根據（JTG/T F50-2011）和該工程實際情況，作用于腳手架和模板支架共有5項荷載，可分為永久荷載(恒荷載)和可變荷載(活荷載)兩類。（1）永久荷載包括模板自重、支架自重、支承梁(楞)、內模板自重和新澆筑混凝土重力。（2）可變荷載包括施工人員及施工設備荷載、振搗混凝土時產生的荷載和風荷載。各荷載計算結果見表1所列；風荷載根據（JGJ166-2008）計算得到。

支架及模板支撐架構件強度時，永久荷載的分項系數取1.2；計算結構傾覆穩定時取0.9；可變荷載的分項系數取1.4。計算構件變形(撓度)時的荷載設計值，各類荷載分項系數，均取1.0。在強度驗算時，荷載取值=永久荷載+可變荷載；剛度驗算時，荷載取值=永久荷載+可變荷載（6）。

3　結構驗算

3.1主要結構設計參數

表2給出了鋼管P235A鋼材的設計強度和彈性模量。表3給出了鋼管的截面特性。根據表中數據：

圖1　大橋立面圖

圖2　箱梁標準截面圖

表1　荷載計算表　kN/m2

截面面積A=4.89 cm2，

截面慣性矩I=12.19 cm4，

截面回轉半徑r=1.58 cm，

桿件按兩端鉸接計算，L0=120 cm，

桿件長細比λ=120/1.58=75.949，

查JGJ 166—2008附錄C，可知軸心受壓穩定系數φ=0.44。

表2　鋼材的強度和彈性模量一覽表　N/mm2

表3　鋼管截面特性一覽表

3.2碗扣式鋼管支架立桿強度及穩定性驗算

根據立桿的設計允許荷載[10]，當橫桿步距為120 cm時，立桿可承受的最大允許豎直荷載為[N]= 30 kN，立桿驗算見表4所列，立桿最大承受軸力為22.2 kN，計算結果說明不考慮風荷載時，該方案滿堂支架強度滿足要求。

表4　立桿承載力驗算（無風荷載）一覽表

考慮風荷載時驗算結果見表5所列，立桿截面最大應力為65.8 MPa，小于設計強度205 MPa，說明在考慮風荷載時，該方案滿堂支架強度滿足要求。

3.3滿堂支架整體抗傾覆驗算

依據《公路橋涵技術施工技術規范實施手冊》第9.2.3要求支架在自重和風荷載作用下時，傾覆穩定系數不得小于1.3，橋梁寬度8.5 m，長125 m，采用60 cm×60 cm×120 cm支架進行抗傾覆驗算，驗算結果見表6所列，最小抗傾覆系數為4.31，結果說明該方案滿堂支架滿足抗傾覆要求。

表5　立桿承載力驗算（風荷載）一覽表

表6　抗傾覆驗算一覽表

3.4箱梁底模及縱、橫橋向方木驗算

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，取1 m板寬，按計算跨徑0.15 m的簡支梁進行簡化計算。箱梁底模強度和剛度驗算結果見表7、表8所列，模板計算最大應力11.6 MPa，最大撓度0.27 mm，計算結果說明底模強度和剛度滿足需求。

表7　底模強度驗算一覽表

表8　底模剛度驗算一覽表

箱梁底模支撐梁縱橋向采用10 cm×10 cm方木，按計算跨徑L=60 cm的簡支梁進行受力計算，縱向方木強度和剛度驗算見表9、表10所列，縱向方木計算最大應力3.8 MPa，最大撓度0.22 mm，計算結果說明縱向方木強度和剛度滿足需求。

表9　縱向方木強度驗算一覽表

表10　縱向方木剛度驗算一覽表

箱梁底模支撐梁橫橋向采用10 cm×15 cm方木，按計算跨徑L=60 cm的簡支梁進行受力計算，橫向方木強度和剛度驗算見表11、表12所列，橫向方木計算最大應力4.1 MPa，最大撓度0.16 mm，計算結果說明橫向方木強度和剛度滿足需求。

表11　橫向方木強度驗算一覽表

表12　橫向方木剛度驗算一覽表

3.5地基承載力驗算

立桿下底托為15 cm×15cm鋼板，再下為15cm混凝土硬化地面，底托下力按45°角擴散，則混凝土硬化地面底面受力面積擴散到每邊長15+15×2=45（cm）。計算模式見圖3所示，驗算結果見表13所列。

4　結　論

該橋采用縱橫間距60 cm，步距120 cm的碗扣式支架，模板采用15 mm竹膠板，縱向支撐梁為寬10 cm×高10 cm方木，橫向支撐梁為寬10 cm×高15 cm方木，通過計算分析，該橋碗扣式支架強度和穩定性滿足要求，支架整體抗傾覆滿足要求；模板、支撐梁的強度和剛度均滿足要求；基礎強度滿足要求。

圖3　基礎計算模式示意圖（單位：cm）

表13　基礎驗算一覽表

此外，為保證施工安全，必須對原有地基進行處理，地基不得有任何軟弱土體存在，若有須換填并碾壓密實，進行承載力實驗，地基承載力宜按200 kPa考慮。支架剪刀撐等構造措施應滿足規范要求。

[1]徐文浩.橋梁結構施工支架垮塌事故與分析 [J].鐵道建筑技術，2014，(09):127-130.

[2]蘆巍.敦格鐵路魚卡立交特大橋連續梁施工支架設計[J].城市道橋與防洪，2015，(10)：115-118.

[3]李海東,陳舜東.橋梁現澆施工碗扣式滿堂支架穩定性計算[J].鐵道建筑，2014，(11):14-16.

[4]蘇衛國,劉劍.現澆箱梁高支模滿堂支架的有限元分析[J].華南理工大學學報(自然科學版)，2013,41(2):82-87.

[5]嚴娜.碗扣式鋼管腳手架安全穩定分析與評價[D].西安：長安大學,2012.

[6]謝洪波.公路現澆混凝土橋梁碗扣式鋼管支模架設計與分析[D].杭州：浙江大學,2010.

[7]衣振華,王有志.橋梁施工中碗扣式腳手架支撐的計算[J].施工技術,2006,35(7):56-58.

[8]JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術規范[S]．

[9]JGJ 166-2008，建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范[S].

[10]周水興,何兆益,鄒毅松,等.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社,2001.

U445

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1009-7716（2016）04-0080-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.025

2016-01-08

孔藝達（1984-）,女，內蒙古牙克石人，工程師，從事橋梁工程設計工作。