現澆連續梁滿堂支架計算分析

郭萬林

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某互通立交橋梁上部結構組合為7×25+4×30.5+27×25+（3×30+23.662）+4×25 m，其中第38～41跨上跨雷湖快線，斜交角度為64°，采用（3×30+23.662）m現澆連續箱梁，箱梁截面形式為單箱雙室，底板寬7.92 m，頂板寬12.5 m，梁高1.6 m。

2 支架方案

現澆連續箱梁采用滿堂支架法，滿堂支架采用φ48、δ≥3.5 mm的碗扣式鋼管架拼裝搭設[1]。跨越雷湖快線現澆梁施工時需預留通車門洞，門洞支架采用I45a縱向工字鋼+I40b橫向雙拼工字鋼+D530鋼管樁+C25混凝土條形基礎。箱梁模板采用竹膠板。

支架布置見圖1～圖3。

圖1 現澆支架立面布置圖（單位：mm）

圖2 現澆支架側面布置圖（單位：mm）

圖3 門洞支架側面布置圖（單位：mm）

3 荷載計算

3.1 梁體荷載

本聯連續梁為變截面連續箱梁，取跨中一般斷面及支點斷面進行計算，計算斷面見圖4、圖5。

圖4 跨中計算斷面（單位：mm）

圖5 支點計算斷面（單位：mm）

由圖4、圖5可知，底板下碗扣支架承受頂板+底板混凝土荷載，及頂板+底板區的模板及施工活載；腹板下碗扣支架承受腹板區混凝土荷載，及腹板區的模板及施工活載；翼板下碗扣支架承受翼板區混凝土荷載，及翼板區的模板及施工活載。

混凝土容重取26.5 kN/m3，根據截面各位置的豎向投影高度，繪制得箱梁混凝土壓力荷載分布圖，見圖 6、圖 7。

圖6 跨中計算斷面混凝土荷載分布（單位：kN/m2）

圖7 支點斷面計算混凝土荷載分布（單位：kN/m2）

3.2 風荷載

由《建筑結構荷載規范》，《鐵路混凝土梁支架法現澆技術規程》：

項目所在地基本風壓ω0=0.8 kN/m2；

風荷載體形系數μs=0.8；

風壓高度變化系數μz=1.0；

風荷載標準值 ωk=0.7μsμzω0=0.7×0.8×1.0×0.8=0.45 kN/m2.

3.3 荷載效應組合

根據《路橋施工計算手冊》，荷載效應組合計算公式為[2]：

荷載組合Ⅰ（驗算強度、穩定性）：QS1=γ0×[1.2×(QZ+QG)+1.4×(QN+QS+QD)]，

荷載組合Ⅱ（驗算剛度）：QS2=1.0×QZ+1.0×QG，式中：γ0為結構重要性系數，取1.1；QZ為混凝土自重；QG為模板自重，取0.5 kN/m2；QN為人員及機具荷載，取2.5 kN/m2；QS為澆筑混凝土時沖擊荷載，取2.0 kN/m2；QD為澆筑混凝土時振搗荷載，取2.0 kN/m2.

根據荷載效應組合計算公式，求得底板、腹板及翼板區域內組合荷載值為：

支點附近底板區域：QS1=1.1×[1.2×(23.06+0.5×2)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=41.77 kN/m2，

QS2=1.0×23.06+1.0×0.5×2=24.06 kN/m2；

跨中底板區域：QS1=1.1×[1.2×(12.46+0.5×2)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=27.78 kN/m2，

QS2=1.0×12.46+1.0×0.5×2=13.46 kN/m2；

腹板區域：QS1=1.1×[1.2×(42.4+0.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=66.64 kN/m2，

QS2=1.0×42.4+1.0×0.5=42.9 kN/m2；

翼板區域：QS1=1.1×[1.2×(11.93+0.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=26.42 kN/m2，

QS2=1.0×11.93+1.0×0.5=12.43 kN/m2.

4 碗扣支架驗算

4.1 不組合風荷載時的承載力驗算

4.1.1 支點斷面

碗扣支架在腹板、翼板、底板下橫橋向布置間距分別為0.3 m、0.6 m和0.9 m，支點斷面附件立桿縱橋向間距0.6 m，則有：

腹板下立桿軸力：N2=QS1×0.3×0.6=66.64×0.3×0.6=12.0 kN；

底板下立桿軸力：N3=QS1×0.6×0.6=41.77×0.6×0.6=15.0 kN；

翼板下立桿軸力：N1=QS1×0.9×0.6=26.42×0.9×0.6=14.3 kN.

由《鐵路混凝土梁支架法現澆技術規程》可知，橫桿步距為1.2 m時，立桿容許承載力[3]：[N]=30 kN.

取橫桿步距1.2 m，故最大軸力N=15.0 kN＜[N]=30 kN，支架立桿承載力滿足。

4.1.2 跨中斷面

跨中斷面立桿縱橋向間距均為0.9 m，則有：腹板下立桿軸力：N2=QS1×0.3×0.9=66.64×0.3×0.9=18.0 kN；

底板下立桿軸力：N3=QS1×0.6×0.9=27.78×0.6×0.9=15.0 kN；

翼板下立桿軸力：N1=QS1×0.9×0.9=26.42×0.9×0.9=21.4 kN.

取橫桿步距1.2 m，故最大軸力N=21.4 kN＜[N]=30 kN，立桿承載力滿足。

4.2 組合風荷載的強度及穩定驗算

風荷載產生的立桿彎矩，按《鐵路混凝土梁支架法現澆技術規程》計算。

Lx=900 mm，L0=650+650+1200=2500 mm.

立桿截面積 ：A=489.3 mm2；抗彎慣矩 ：W=5.078×103cm3；

立桿計算長度 ：L=1200 mm；長細比 ：λ=1200/15.78=76.

查《鐵路混凝土梁支架法現澆技術規程》附表F：ψ=0.807.

結論：組合風荷載情況下，碗扣支架立桿強度及穩定性滿足要求。

4.3 基礎驗算

對碗扣支架地基承載力進行檢算，應滿足《鐵路混凝土梁支架法現澆施工技術規程》（TB 10110—2011）的相關要求。

式中：N為立桿傳至基礎頂面的軸力設計值，kN；γ混凝土為混凝土重度，取 25 kN/m3；fa為修正后地基承載力特征值，kPa；σd為立桿基礎底面地基平均壓應力，kPa；A 為立桿基礎底面積，m2。

立桿基礎采用100×100 mm的木塊墊于底托下方，并支撐于C25混凝土基礎上，混凝土基礎厚度200 mm，壓力傳遞按剛性角45°傳遞，墊層材料視為脆性材料。

根據計算，跨中截面腹板下立桿反力最大，基底平均應力為：

在混凝土層下方換填1.0 m石渣壓實，保證地基承載力特征值不低于141.3 kPa。

5 門洞支架驗算

5.1 模型建立

門洞長度為30.0 m，縱斷面布置兩跨，單跨計算跨徑8000/sin64°≈8901 mm。采用MIDAS/CIVIL有限元程序建立門洞支架整體模型，對支架結構進行校核。模型共計3692個節點，3765個單元，見圖8。

圖8 門洞支架有限元模型

5.2 強度計算

對支架模型進行加載后，可得如下計算結果，見表1。

表1 強度計算結果 MPa

根據表1強度計算結果，最大彎曲應力177.51 MPa＜fy=215 MPa，最大剪應力42.4 MPa＜fv=125 MPa，滿足要求。

5.3 變形計算

計算得荷載組合Ⅱ下，支架整體位移如圖9。

圖9 支架整體豎向位移（單位：mm）

中腹板處豎向位移最大，計算得：

Δ=16.6 mm＜L/400=8000/sin64°/400=22.3 mm，跨中撓度計算值滿足要求。

5.4 穩定性驗算

鋼管直徑530 mm，壁厚8 mm：

查《鋼結構設計規范》附表C，B類截面軸心受壓穩定系數[4]：ψ=0.963；

最大軸力：N=663.7 kN，

組合風荷載后，橫橋向彎矩最大：M=25.0 kN·m，

結論：φ530螺旋管的強度及穩定性滿足要求。

5.5 基礎驗算

鋼管樁下設C25混凝土條形基礎，長17 m，寬1 m，厚 1 m。

根據荷載組合，計算得出邊排螺旋管最大總反力：P1=2527.5 kN，中排螺旋管最大總反力：P2=2639.1 kN。

地基承載力特征值不小于：fak=2639.1/17+26.5×1=181.7 kPa.

基礎均置于既有雷湖快線路面，應保證路面承載力不小于承載力特征值，否則應加大基礎寬度。

6 結語

通過對跨線橋連續梁現澆方案進行計算分析，其強度、變形、穩定性均滿足施工安全需求，地基適當處理后可滿足基礎承載力要求，方案可以實施。支架安全性在現澆梁施工中意義重大，必須進行系統計算和分析，滿足要求后方可實施，以防發生安全事故。