現澆連續箱梁橋的支架施工安全驗算

胡翠敏

廣州大學 廣東 廣州 510000

引言

箱梁是橋梁上部結構的主要受力構件，通常采用現澆施工工藝，滿堂支架施工技術作為橋梁工程施工中最常用的施工方法，具有速度快、施工方便、橋梁線性易于控制等優點，對現澆箱梁施工安全起到了至關重要的作用。

1 工程概況

104國道德清段改建工程項目土建第2標段道路起點位于K5+800德清國防園附近，終點為K10+850德清農貿城，主要工程內容為橋涵、高架橋、路基、路面等的施工，其中跨越304省道路線采用跨徑分別為42m+70m+42m的變截面連續箱梁（等寬27m）：箱梁采用單箱三室直腹板斷面的變高度預應力混凝土連續箱梁結構，端橫梁高為2.2m，中橫梁高4.5m，箱梁頂寬27m，懸臂長3.5m，頂板厚0.28～0.65m，底板厚0.28～1.15m，腹板厚0.50～0.95m；墩頂和梁端各設1道橫梁，中橫梁寬3m，端橫梁寬1.8m。

主線高架采用滿堂支架現澆施工工藝，局部梁段采用門洞式支架施工工藝，如圖1所示。滿堂支架的整體設計為跨中門洞式支架和其余區域的門式支架，門洞結構采用1.0m×1.00（0.8）m鋼筋砼條形基礎，立柱采用Φ600×10mm鋼管立柱，橫向間距4.0m，橫撐、斜撐采用Φ48×3.5mm圓管，橫梁采用2I40×150工字鋼結構形式，縱梁采用90花窗連接的雙排單層貝雷結構形式，縱梁間距2m。門洞設置限高設施警示[1]。

圖1 滿堂支架整體布置圖

2 有限元模型及計算說明

采用有限元軟件Midas Civil 2019建立全橋支架體系的桿系模型，考慮到支架布置的對稱性，建立全橋半支架結構模型，如圖2所示，結構的門架以及圓管、工字鋼、方木都采用梁單元模擬，為更準確計算主梁模板荷載向支架體系的傳力，在方木上部通過板單元模擬竹膠模板的作用。模型總計155746個節點、225110個單元[2]。

圖2 全橋半支架有限元建模圖

考慮到整體結構模型偏大，為了后期計算效率和方便，將構造相同的支架體系選擇最不利受力節段進行驗算分析，劃分為如下圖所示的4個典型構造與受力區域：

邊跨端橫梁區域（A區），支架縱向平均間距1.5m，該區域由于端橫梁位置混凝土重度大，相對于1.5m間隔布置的其他區域受力更為不利；

箱梁漸變段區域（B區），支架縱向間距1.45m，該區域相比較其他支架間距1.9m和1.6m區域的混凝土箱梁高度更大，荷載效應更加明顯；

中支撐墩頂區域（C區），支架縱向間距1.33m，該區域混凝土箱梁重度最大，荷載效應可能更加顯著；

貝雷支架門洞區域（D區），該區域為了適應橋底通車需求采用了貝雷支架方式設置門洞，該構造相對其他區域不同，需要單獨驗算。

圖3 支架典型受力分析區域

根據上述4個典型區段的分析，對支架分別進行安全性驗算。

依據交通部頒發的《公路橋涵施工技術規范》（JTG F50-2011），有關荷載系數取值如下：

支架體系的自重荷載。

新澆混凝土自重標準值26kN/m3。

竹膠模板、內模板和外模板等累積標準值0.75kN/m2。

施工人員與設備荷載2.5kN/m2。

混凝土澆筑振搗荷載2.0kN/m2。

其他可能產生的荷載，如雪荷載、冬季保溫設施荷載等，q7=0.3kN/m2。

各種工況下驗算的荷載分項系數如下表。

表1 主要材料參數表

3 邊跨端橫梁區域（A區）支架體系安全性驗算與評價

支架的穩定性是施工安全的另一重要方面。在整體支架結構中：上部立柱橫梁和方木受到竹膠模板的支撐，整體穩定性不突出。整個支架系統中，立柱是主要受壓構件，根據結構穩定性原理，受壓桿件很容易出現失穩破壞的問題。基于上述概念，進行結構的屈曲分析，計算的前三階結構屈曲系數和振型圖如下所示。計算結果顯示，第一階失穩狀態下荷載系數為15.50，表現為整體支架系統向縱橋向失穩，立柱的縱向一階失穩；第二階失穩狀態下荷載系數為16.87，表現為支架系統縱斷面內的反對稱失穩；第三階失穩狀態下荷載系數為19.83，表現為支架系統縱斷面內底部的面外失穩。總體而言，支架的失穩安全系數均大于4.0，整體支架體系的安全穩定性良好[3]。

4 箱梁漸變段區域（B區）支架體系安全性驗算與評價

對箱梁漸變段區域（B區）支架體系的屈曲進行計算分析，計算的前三階結構屈曲系數和振型圖如下所示。計算結果顯示，第一階失穩狀態下荷載系數為13.22，表現為整體支架系統向縱橋向失穩，立柱的縱向一階失穩；第二階失穩狀態下荷載系數為14.07，表現為支架系統縱斷面內的反對稱失穩；第三階失穩狀態下荷載系數為15.51，表現為支架系統縱斷面內底部的面外失穩。總體而言，支架的失穩安全系數均大于4.0，整體支架體系的安全穩定性良好[4]。

5 中支撐墩頂區域（C區）支架體系安全性驗算與評價

對中支撐墩頂區域（C區）支架體系進行結構的屈曲分析，計算的前三階結構屈曲系數和振型圖如下所示。計算結果顯示，第一階失穩狀態下荷載系數為2.715，表現為整體支架系統向縱橋向失穩，立柱的縱向一階失穩；第二階失穩狀態下荷載系數為4.558，表現為貝雷架部分區段的橫向反對稱失穩；第三階失穩狀態下荷載系數為4.657，表現為貝雷架部分區段的橫向一側失穩。總體而言，支架失穩安全系數均大于1.5，整體支架體系的安全穩定性良好[5]。

6 貝雷支架門洞區域（D區）支架體系安全性驗算與評價

對貝雷支架門洞區域（D區）支架體系進行結構的屈曲分析，計算的前三階結構屈曲系數和振型圖如下所示。計算結果顯示，第一階失穩狀態下荷載系數為2.715，表現為整體支架系統向縱橋向失穩，立柱的縱向一階失穩；第二階失穩狀態下荷載系數為4.558，表現為貝雷架部分區段的橫向反對稱失穩；第三階失穩狀態下荷載系數為4.657，表現為貝雷架部分區段的橫向一側失穩。總體而言，支架失穩安全系數均大于1.5，整體支架體系的安全穩定性良好[6]。

7 結束語

通過對04國道德清段改建工程項目42+70+42m滿堂支架現澆連續箱梁橋的分析，將支架體系劃分四個區域并對進行安全性驗算分析。結果表明，現澆箱梁的支架體系具有良好的承載變形性能，能夠滿足施工過程中各種不利荷載作用，具有良好的安全性能儲備。