（70+125+70）m連續梁0#塊臨時支架受力分析

□ 劉福才

1??引言

連續梁橋具有結構簡單、施工簡易等優點。因此，在我國高鐵建設中，對于跨路、跨河工程，連續梁橋是首要選擇。在連續梁橋施工過程中，0#塊施工是重要的環節之一。施工前對于0#塊整體支架體系的設計和驗算是安全施工的前提，大多施工單位常因技術人員配備不全面，或缺乏類似施工經驗，在對連續梁0#塊設計及驗算時，因考慮不周全，導致施工荷載施加錯誤，影響現場施工安全[1]。本文通過某跨越204國道的（70+125+70）m連續梁工程，利用Midas Civil有限元軟件建立0#塊整體支架模型進行設計及驗算，以期為類似工程提供檢算參考。

2??概述

橋梁是一種連接四通八達的現代化交通網絡的功能性關鍵結構物，高質量的橋梁工程不僅可以推動我國交通運輸事業實現更加穩健快速的發展，而且對國民經濟發展、團結全國各族人民、加強國防及文化交流等方面的發展有著積極的推動作用。現代橋梁工程根據其主梁靜力體系可分為簡支梁橋、連續梁橋和懸臂梁橋三種形式，且均廣泛應用于實際。其中，因為連續梁橋具有更強的跨越能力且結構形式合理，隨著建橋技術及相關設備的不斷發展及更新，一座座連續梁橋被應用于需跨越山川、河流等較大障礙物的交通工程中[2-3]。

對于預應力混凝土連續梁橋而言，其建設施工時常常會采用對稱懸臂施工工藝進行施工，為了給懸臂施工掛籃安裝提供足夠的空間，就需往橋墩頂部現澆0#塊混凝土，因此，0#塊混凝土施工的質量直接影響著連續梁橋的質量[4]。在0#塊施工時通常會應用滿堂支架、鋼管支架或三角托架等工藝。其中鋼管支架因為其施工技術比較成熟、結構簡單、構件周轉使用率高等特點，在連續梁橋0#塊施工中應用非常普遍。

3??工程概況

（70+125+70）m連續梁為單箱單室、變截面、變高度箱梁，全長265m，上部結構梁高及底板厚度均采用拋物線變化，腹板及底板均采用折線變化。0#塊長度為15m，中支點根部梁高9.40m，邊支點梁高8.65m，橋面寬12.60m，底板寬6.70m，腹板厚100cm～130cm，底板厚98.40cm～123.80cm，頂板厚50cm～115cm。下部橋墩T型梁主墩采用實體墩，基礎均為實體承臺接群樁基礎。臨時固結采用鋼管混凝土立柱結構，操作簡單，安全可靠。

4??結構設計

4.1 總體思路

該橋為全線控制工程，臨近國道，工期緊，安全度要求高，因此必須保證支架安全穩定、結構簡單、方便施工[5]。結合現場實際情況，對施工方案做了對比及優選，最終確定0#塊施工選擇工字鋼支架平臺進行施工，結構形式為鋼管柱式結構。

4.2 支架設計

0#塊支架布置自上而下為：底模→10cm×10cm橫向方木→I36a工字鋼縱向分配梁→三拼I50a工字鋼橫梁→Φ630×12mm鋼管。腹板和底板下10cm×10cm橫向方木間距20cm，翼緣板下10cm×10cm縱向方木間距30cm。I36a工字鋼縱梁在腹板下間距為30cm，底板下間距為60cm，翼緣板下間距為90cm。部分I36a工字鋼與臨時固結鋼管焊接，焊縫高度應不小于8mm。鋼管立柱上放置三拼I50a工字鋼橫擔，橫擔下放置Φ630×12mm鋼管立柱以達到支撐的目的，設計鋼管立柱間距的橫向為4.10m、縱向為4m，并增設16#槽鋼來對各鋼管立柱進行水平連接，有效增強了穩定性。

支架的立面、斷面和平面示意圖如圖1—圖3所示。

5??支架檢算

5.1 模型

使用Midas Civil構建出現澆梁體支架的有限元模型，以此來分析支架結構的實際受力情況。支架有限元模型選用的是梁單元，結合結構特點和現實情況，將支架模型細分成了1358個節點及1323個單元。具體有限元模型如圖4所示。

5.2 材料參數

工字鋼及鋼管均采用Q235鋼材，抗拉、抗壓、抗彎強度設計值[σ]=215N/mm2，抗剪強度設計值[τ]=125N/mm2。

5.3 荷載取值

（1）混凝土容重取值是26.5kN/m3；

（2）模板和支架荷載取值是1kN/m2；

（3）施工人員、堆放荷載取值是1kN/m2；

（4）傾倒混凝土沖擊荷載取值是2kN/m2；

（5）振搗混凝土產生荷載取值是2kN/m2。

強度驗算荷載組合[6]：

1.2×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1.4×（施工人員、材料及施工機具荷載+傾倒混凝土時產生的荷載+振搗混凝土時產生的沖擊荷載）（kPa）

剛度驗算荷載組合：

1.0×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1.0×（施工人員、材料及施工機具荷載+傾倒混凝土時產生的荷載+振搗混凝土時產生的沖擊荷載）（kPa）

圖1 支架立面圖

圖2 支架斷面圖

圖3 支架平面圖

圖4 有限元模型圖

表1 支架最大應力表

5.4 計算結果

5.4.1 強度檢算

經計算分析，最終強度結果見表1，支架主體的實際受力情況如圖5—圖8所示。

5.4.2 剛度檢算

支架整體位移如圖9所示，最大位移發生在I36a工字鋼縱梁處。

0#塊臨時支架最大位移為Smax=4.22mm＜10.25mm滿足要求。

5.4.3 焊縫驗算

I36a工字鋼在臨時固結鋼管處斷開，采用焊接的方式使支架穩固。建立模型計算時，該處施加一般約束，產生的反力和彎矩由焊縫承擔。反力如圖10所示，彎矩如圖11所示。

I36a工字鋼在臨時固結鋼管處斷開，支點最大剪力為35.7kN，最大彎矩為44.1kN·m。

彎矩作用下的應力為：

圖5 I36a工字鋼縱梁組合應力圖（MPa）

圖6 I36a工字鋼縱梁剪切應力圖（MPa）

圖7 三拼I50a工字鋼橫梁組合應力圖（MPa）

圖8 三拼I50a工字鋼橫梁剪切應力圖（MPa）

圖9 支架整體位移圖（mm）

圖10 I36a工字鋼反力圖（kN）

圖11 I36a工字鋼彎矩圖（kN·m）

βf—正面角焊縫的強度設計值增大系數：對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結構，βf=1.22；

則計算結果：

剪力作用下的應力為：

式中：τf—焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應力；

lw—角焊縫的計算長度，取680mm；

he—角焊縫的計算厚度8×0.7=5.6mm；

則計算結果為：

在各種力作用下，在σM和τf共同作用處：

綜上所述，焊縫驗算滿足要求。

5.4.4 鋼管強度驗算

鋼管立柱上放置三拼I50a工字鋼橫擔，橫擔的支反力即為鋼管立柱的受力，反力如圖12所示。鋼管所承受的最大荷載為1366.5kN，取最不利荷載對鋼管的強度計算和穩定性進行計算。

圖12 支架反力圖（kN）

鋼管長度：L=11.90m；

鋼管凈截面積：A=232.98cm2；

最小回轉半徑：ix=21.85；

鋼管的計算長度系數取為μ=2，則鋼管立柱的長細比：

鋼管材料選用Q235鋼，fy=235MPa，所以

查《鋼結構設計規范》（GB 50017—2017）附錄表D.0.2，得到穩定系數：φ=0.498[7]，計算結果：

綜上所述，鋼管立柱強度及穩定性驗算滿足規范要求。

6??結論

通過對該橋梁0#塊支架的設計及分析，有效解決了0#塊現場施工的難題，為采用鋼管混凝土立柱結構作為臨時固結的連續梁0#塊支架設計及施工奠定了數據基礎，并達到了預期的經濟及社會效益。該支架結構簡單，操作方便，安全可靠，大大縮減了施工工期。