現澆箱梁施工方案滿堂支架設計驗算方法的探討

侯孝振

(安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022)

0 前 言

公路橋梁中現澆箱梁是最為常用的結構形式，現澆箱梁施工方法中有支架法、懸澆法等，其中滿堂支架支模施工方案是現澆箱梁施工中較為常見的一種施工方法[1]。滿堂支架法施工具有靈活、經濟、適應性強等優點，然而鑒于模板支架操作面上施工人員較多，安全性極為重要，支架的承載力及穩定性直接影響著施工安全及箱梁的質量[2-4]。如何較為準確進行支架受力分析是十分必要的。當前項目部現澆箱梁滿堂支架施工專項方案驗算方法主要有兩種常用計算方法：①MIDAS Civil有限元計算；②理論解析計算。本文通過某項目滿堂支架兩種方法驗算結果對比，總結一定經驗，為類似工程施工方案設計驗算提供一定參考。

1 工程概況

某匝道橋共四聯：7×20 m+(30+42+30)m+4×20 m+3×20 m；上部結構主橋采用預應力(后張)連續現澆箱梁，引橋采用普通鋼筋混凝土現澆箱梁。本次計算取箱梁搭設支架最高10.5 m的42 m跨現澆箱梁跨施工方案復核驗算。箱梁底寬14 m，高2.4 m，懸臂長2 m，端部厚0.2 m，根部加厚至0.5 cm，腹板厚0.75/1.0 m，頂板厚度均為0.25 m，底板厚0.22 m。

2 支架布置設計

采用承插型盤扣式滿堂支架施工，具體布置為：支架立桿采用Φ60×3.2 mm鋼管，材質為Q345B；橫桿、斜撐及水平斜桿均采用Φ48×2.5 mm鋼管，材質均為Q235B；豎直斜桿采用Φ48×2.5 mm鋼管，鋼材材質均為Q195；附加斜撐采用Φ48×3.5 mm，材質為Q235B。橫桿豎向步距為1.5 m/1.0 m/0.5 m，立桿縱橋向間距為0.6 m/0.9 m；橫橋向間距為0.6 m/0.9 m/1.2 m；所有模板均為15 mm厚優質竹膠板，模板下方布置：橫橋向12 cm×12 cm的方木，方木下為縱向(間距同立桿間距)普通10號槽鋼；支架布置見圖1。基礎采用22 cm厚C20素混凝土，基底持力層為經地基處理后滿足承載力及正常使用要求土層。

圖1 支架布置示意圖

3 荷載取值

根據本工程概況及箱梁施工特點，支架驗算主要考慮如下荷載：①體系自重q1；②新澆混凝土自重q2(鋼筋混凝土容重取γ=26 kN/m3)；③施工荷載(施工人員、機具、材料等)q3=2.5 kN/m2；④振搗混凝土時對水平模板產生的豎向荷載q4=2.0 kN/m2；⑤振搗混凝土時對垂直模板產生的水平荷載q5=4.0 kN/m2；⑥傾倒混凝土作用于模板的產生的豎向荷載q6=2.0 kN/m2；⑦q7箱梁分兩次澆筑，第一次澆筑至腹板倒角下方，最大澆筑高度2.4-0.5=1.9 m，本次計算考慮澆筑速度的不確定，取新澆筑混凝土有效壓頭高度即為最大澆筑高度1.9 m；⑧順橋向風載計算取按照0.35 kN/m2，橫橋向風載計算取0.7 kN/m2；⑨內模荷載q9=2.0 kN/m2。

荷載組合參照路橋施工計算手冊執行，其中荷載分項系數取值執行《建筑結構可靠性設計統一標準》(GB 50068—2018)。

4 有限元建模及邊界條件設置

支架、方木等采用梁單元模擬，模板采用板單元模擬，立桿底部約束3個方向平動自由度，立桿頂部與10號槽鋼、10號槽鋼與橫向木方、方木與模板均采用彈性連接方式，依據《建筑施工臨時支撐結構技術規范》(JGJ 300—2013)輸入節點轉動剛度。采用MIDAS Civil 2019建立現澆梁支架整體模型，如圖2所示。

圖2 滿堂支架有限元模型

5 支架結構受力分析

根據荷載條件及材料特性取值，采用MIDAS Civil根據建立的整體支架模型并輸入相應荷載工況分析驗算。考慮翼緣板荷載較小，取主箱梁區域支架作為分析對象。

5.1 底模板(t=15 mm)強度驗算

由圖3知主箱梁區域竹膠板最大組合應力σmax=1.12 MPa。取有限元計算組合應力相對應最大值位置(即支座實腹位置)進行模板理論解析，方木間距150 mm，混凝土高度2.4 m，采用15 mm厚模板，取1 000 mm寬度，跨度按照150 mm，按簡之進行計算，模板面荷載設計值q=1.3×(2.4×26+0.5)+1.5×6.5=91.5 kN/m2。最大彎矩設計值Mmax=0.125ql2=0.257 kN·m；最大彎應力設計值σmax=Mmax/W=6.86 MPa。

圖3 底模板組合應力云圖

5.2 方木強度驗算

由圖4知方木最大組合應力σmax=1.07 MPa。取有限元計算組合應力相對應最大值位置進行理論解析，方木間距150 mm，跨度為600 mm，按三跨連續梁進行計算，方木線荷載設計值：q=13.73 kN/m，最大彎矩設計值Mmax=0.1ql2=1.11 kN·m，最大彎應力設計值σmax=Mmax/W=6.67 MPa 。

圖4 方木組合應力云圖

5.3 10號槽鋼分配梁強度驗算

由圖5知10號槽鋼最大組合應力σmax=92 MPa。取有限元計算組合應力相對應最大值位置進行理論解析，槽鋼間距600 mm，跨度為900 mm，按三跨連續梁進行計算，方木線荷載設計值：q=13.73 kN/m，其中方木傳遞槽鋼為集中力，最大彎矩設計值Mmax=4.4 kN·m，最大彎應力設計值σmax=Mmax/W=110.94 MPa 。

圖5 10號槽鋼分配梁組合應力云圖

5.4 立桿強度驗算

由圖6知立桿最大壓彎組合應力σmax=144.8 MPa。分析取立桿受力最大位置(實心混凝土區域)進行理論解析，計算長度依據盤扣式支架安全規程取lo=1.8 m，立桿穩定系數φ=0.558，不組合風荷載軸力設計值：Nmax=53.6 kN，穩定應力設計值σ=N/(φA)=168.3 MPa。

圖6 立桿組合應力云圖

6 結 語

1)滿堂支架有限元計算結果與解析法計算結果進行對比，結果表明有限元計算結果較理論解析結果偏小，其中模板、方木兩種算法組合應力結果相差較大，而10號槽鋼主楞、立桿兩種算法組合應力結果相差較小。

2)兩種計算方法計算結果存在偏差，分析原因認為主要有兩個方面：①由于MIDAS Civil計算考慮整體性及模板、方木及10號工字鋼(或槽鋼)相互連接計算邊界條件簡化所致，隨著荷載向下傳遞邊界條件影響減小，故10號槽鋼和立桿計算結果相差較小；②依據模板施工安全技術規范的理論解析按構件分開計算，計算模型簡化偏保守。

3)鑒于模板支架操作面上施工人員較多，安全性極為重要，為偏安全考慮，特別是對于MIDAS Civil有限元計算結果與容許值接近的方案建議補充理論解析計算。

4)本文研究為類似工程施工方案設計驗算提供一定參考，后續針對存在計算誤差原因將開展進一步研究。

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