承插型盤扣式鋼管支架設(shè)計(jì)分析

婁昆陽LOU Kun-yang

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，濟(jì)南 250300）

0 引言

現(xiàn)澆梁支架形式越來越多元化，承插型盤扣式鋼管支架作為一種相對穩(wěn)定的支架結(jié)構(gòu)形式，在各種鋼管支架形式中脫穎而出，在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。承插型盤扣式鋼管支架的立桿采用套管承插連接，水平桿和斜桿采用桿端和接頭卡入連接盤，用楔形插銷連接，形成結(jié)構(gòu)幾何不變體系的鋼管支架，其系統(tǒng)由立桿、水平桿、斜桿、可調(diào)底座及可調(diào)托座等配件構(gòu)成。

本文針對張吉懷鐵路麻陽站大橋支架設(shè)計(jì)實(shí)例，對承插型盤扣式鋼管支架設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹，為今后類似的支架設(shè)計(jì)提供合理的思路和實(shí)踐。

1 工程概況

1.1 橋梁基本情況

中鐵十四局張吉懷鐵路項(xiàng)目部承建的張吉懷鐵路麻陽站大橋，起訖里程為（DK200+650.67-DK200+860.33），全長209.66m，中心里程DK200+755.500，全橋孔跨布置為（1-6×32m）渡線道岔連續(xù)梁。

橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，全長為196.0m，橋跨布置為（31.85+4×32.7+31.85）m，支座中心至梁端0.75m，箱梁寬12.6m，高3.05m，底寬5.5m，邊支座橫橋向中心距4.5m，中支座橫橋向中心距4.2m。

梁體為單箱單室斜腹板等高度形式。頂板厚度34cm，腹板厚度50~80cm，底板厚度30cm，于支撐處，箱梁頂、底、腹板局部加厚，全橋共設(shè)置7道橫隔梁，邊隔板厚度1.5m，中隔板厚度2.0m，隔板設(shè)有空洞，供檢查人員通過。

1.2 橋址水文地質(zhì)資料

1.2.1 工程地質(zhì)條件

橋址區(qū)穿過白堊系紅層地層，覆蓋層主要為粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，基巖主要為泥質(zhì)粉砂巖，結(jié)合本次鉆孔取樣化驗(yàn)資料，橋址區(qū)范圍內(nèi)，覆蓋層具有膨脹性，白堊系泥質(zhì)粉砂巖不具有膨脹性，遇水易崩解。該橋址區(qū)位于紅層地區(qū)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，局部硫酸鹽含量高，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，該段紅層多具硫酸鹽侵蝕性，化學(xué)作用等級為H1。

該段巖層分級及地基基本承載力自上而下：

①1-3、粉質(zhì)黏土、可塑、Ⅱ級、σ0=120kPa；

②1-3、粉質(zhì)黏土、可塑、Ⅱ級、σ0=150kPa；

③2-2、泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化、Ⅲ級、σ0=300kPa；

④2-3、泥質(zhì)粉砂巖、弱風(fēng)化、Ⅳ級、σ0=500kPa。

1.2.2 水文地質(zhì)特征

沿線地處中亞熱帶山地季風(fēng)濕潤氣候區(qū)。沿線氣候溫和，光熱充足，雨量充沛，無霜期長，嚴(yán)寒期短，四季變化明顯。冬季干燥寒冷，夏季則多陰雨暑熱，多年平均降雨量在1347～1623mm之間，年均氣溫17℃，年最高氣溫41.6℃，最低氣溫-15.5℃，平均風(fēng)速1.7m/s，最大風(fēng)速33m/s。

2 支架形式

麻陽站大橋渡線道岔梁施工采用分段現(xiàn)澆法施工，墩高最低處5.5m，最高處10.5m。采用滿堂支架進(jìn)行分段現(xiàn)澆，滿足滿堂架高寬比要求。

本工程采用的盤扣式支撐系統(tǒng)的桿件立桿直徑為Φ60.3mm，壁厚為3.25mm材質(zhì)為Q345B；橫桿材質(zhì)為Q235，管徑為Φ48.3mm，管壁厚為2.5mm；斜桿材質(zhì)為Q195，管徑為Φ42.2mm，管壁厚為2.5mm，且全部經(jīng)過熱鍍鋅處理[10]。腳手架由立桿、橫桿和斜拉桿組成的支撐體系，穩(wěn)定性好，輕質(zhì)高強(qiáng)；架體的承載能力高。架體連接形式均采用圓盤形扣盤與卡鉗型楔銷鎖緊固定。安裝速度快，精度高。

架體橫向間距：腹板下間距為0.6m，空箱及翼板下間距為1.2m。

架體縱向間距：架體縱向間距以1.5m為主，靠近墩柱位置應(yīng)縮小立桿間距，最大間距不超過1.2m。

底部桿件距離地面0.35cm。

3 支架設(shè)計(jì)

3.1 支架驗(yàn)算方法

支架驗(yàn)算采用極限狀態(tài)應(yīng)力法，即承載能力極限狀態(tài)應(yīng)力法和正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力法。強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，荷載主要采用1.2倍恒載+1.4倍活載的形式進(jìn)行添加；剛度驗(yàn)算時(shí)，荷載主要采用恒載+活載的形式進(jìn)行添加。

3.1.1 支架驗(yàn)算內(nèi)容

支架驗(yàn)算的主要內(nèi)容如表1所示。

表1支架驗(yàn)算內(nèi)容表

3.1.2 荷載組合

①恒載包括：

1）作用于支架的新澆筑梁體重量（代號a）。

2）支架結(jié)構(gòu)及模板體系自重（代號b）。

②活載包括：

1）施工人員、材料和機(jī)具荷載（代號c）。

2）振搗混凝土?xí)r的荷載（代號d）。

3）澆筑混凝土?xí)r的沖擊荷載（代號e）。

4）新澆筑混凝土對側(cè)模板的壓力（代號f）。

5）風(fēng)荷載（代號g）。

6）其他荷載：雪荷載、冬季施工保溫設(shè)施荷載等（代號h）。

支架驗(yàn)算時(shí)，荷載組合形式如表2所示。

表2荷載組合表

3.2 材料選擇及設(shè)計(jì)圖繪制

在支架設(shè)計(jì)之前，首先對整個(gè)道岔梁支架進(jìn)行粗略的計(jì)算，確定使用的材料，然后再對各材料進(jìn)行精確分析驗(yàn)算。

①材料選擇完畢后列出各材料的材料特性。

竹膠板：厚15mm，靜曲強(qiáng)度105.5MPa，膠合強(qiáng)度5.03MPa，彈性模量9898MPa；

方木：寬100mm，高100mm，抗彎強(qiáng)度12MPa，抗剪強(qiáng)度1.5MPa，彈性模量9000MPa；

I14工字鋼：慣性矩I=712cm4，抵抗矩W=101.7cm3，面積矩S=58.4cm3，抗彎強(qiáng)度215MPa，抗剪強(qiáng)度125MPa，彈性模量2.06×105MPa；

Φ60.3×3.2mm盤扣式鋼管立桿：軸慣性矩I=23.10cm4，抵抗矩W=7.70cm3，回轉(zhuǎn)半徑Ix=2.01cm，截面積A=5.71cm2，抗壓、抗拉和抗彎強(qiáng)度300MPa，彈性模量2.06×105MPa。

②粗略繪制支架設(shè)計(jì)斷面圖如圖1所示，立面圖如圖2所示。

3.3 支架驗(yàn)算

支架設(shè)計(jì)驗(yàn)算之前先對各個(gè)截面進(jìn)行分析，然后選取各孔跨最不利截面進(jìn)行支架驗(yàn)算，在驗(yàn)算過程中同時(shí)對支架進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。驗(yàn)算采用分區(qū)驗(yàn)算法，對腹板區(qū)、翼板區(qū)、空腔區(qū)分別進(jìn)行驗(yàn)算求取最大值與抗拉強(qiáng)度及剛度進(jìn)行對比。

圖1渡線道岔梁支架設(shè)計(jì)斷面圖

圖2渡線道岔梁支架設(shè)計(jì)立面圖

支架設(shè)計(jì)模板采用1.5cm竹膠板，下設(shè)10cm×10cm縱向方木，方木間距腹板區(qū)10cm、空腔區(qū)間距20cm；10cm×10cm縱向方木下墊I14工字鋼作為橫向分配梁間距1.5m，中隔墻及墩身處加密；I14工字鋼下設(shè)置Φ60.3×3.2mm盤扣式鋼管支架；基礎(chǔ)采用20cm厚C30混凝土進(jìn)行硬化處理。

3.3.1 模板驗(yàn)算

模板厚度1.5cm，模板支撐間距腹板處0.2m，空腔區(qū)0.3m。取1m板帶為計(jì)算單元，按照簡支梁進(jìn)行計(jì)算[4]。

①模板抗彎強(qiáng)度。

計(jì)算結(jié)果：σmax=9.8MPa＜14.8MPa，滿足安全使用要求。

②模板抗剪強(qiáng)度。

計(jì)算結(jié)果：τmax=0.85MPa＜1.5MPa，滿足安全使用要求。

③模板撓度。

計(jì)算結(jié)果：ωmax=0.54mm＜0.75mm，滿足安全使用要求。

3.3.2 縱向方木及橫向分配梁驗(yàn)算

縱向方木腹板處間距10cm，空腔區(qū)間距20cm，支撐間距120cm；橫向分配梁間距150cm，計(jì)算時(shí)選取最不利受力截面，按照三跨連續(xù)梁進(jìn)行驗(yàn)算[4]。

①抗彎強(qiáng)度。

計(jì)算結(jié)果：10cm×10cm縱向方木，σmax=4MPa＜12MPa，I14工字鋼σmax=115MPa＜215MPa，滿足安全使用要求。

②抗剪強(qiáng)度。

計(jì)算結(jié)果：10cm×10cm縱 向 方 木，τmax=1.1MPa＜1.5MPa，I14工字鋼τmax=13.6MPa＜12.5MPa，滿足安全使用要求。

③撓度。

計(jì)算結(jié)果：10cm×10cm縱向方木，ωmax=0.2mm＜1.5mm，I14工字鋼ωmax=4.5mm＜6.1mm，滿足安全使用要求。

3.3.3 立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

支架穩(wěn)定性驗(yàn)算需組合風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算[4]。

計(jì)算結(jié)果：σ=197.6MPa＜300MPa，穩(wěn)定性滿足安全使用要求。

3.3.4 基礎(chǔ)驗(yàn)算

支架搭設(shè)在已處理的地基基礎(chǔ)上，P=N/A=140.5kPa

地基承載力要求在150kPa以上，在搭設(shè)支架前對地基進(jìn)行處理，要求地基承載達(dá)到150kPa以上，然后在地基上設(shè)置20cm墊層，將支架搭設(shè)在墊層基礎(chǔ)上。

3.4 支架設(shè)計(jì)圖紙調(diào)整

通過計(jì)算分析，進(jìn)一步調(diào)整支架設(shè)計(jì)圖，保證支架在滿足安全使用的條件下，進(jìn)一步優(yōu)化，最終出具支架設(shè)計(jì)圖紙。

4 結(jié)束語

合理的支架設(shè)計(jì)，既能節(jié)約材料又能方便施工。因此在工程施工之前進(jìn)行支架設(shè)計(jì)尤其重要，本文通過對張吉懷鐵路麻陽站大橋渡線道岔梁支架設(shè)計(jì)過程的介紹，力求達(dá)到為此類支架設(shè)計(jì)提供合理思路的目的。