Road & Bridge 浅谈现浇连续箱梁支架设计与验算 浅谈现浇连续箱梁支架设计与验算 王德龙 （中铁二十五局集团有限公司西北分公司，710048） 【摘 要】本篇结合现浇连续箱梁的施工，对现浇连续箱梁的支架进行设计与验算. 【关键词】现浇连续箱梁；支架设计；支架验算 前言 现浇连续箱梁具有整体性好、耐久性强等优点，在许多公路立交桥工程中愈来愈多的被采用。现浇箱梁施工技术已经发展成为现代桥梁施工中的重要手段，并且在桥梁建设行业中的应用显得越来越重要，而这种结构型式要求的整体现浇施工工艺对施工技术提出了更高的要求，而在实际施工中，往往因为地基处理不到位，支架设计不合理，现浇箱梁出现各种各样的质量与安全问题，本文旨在探讨一种较为合理、简便的支架验算模型与验算方式以指导现浇连续梁的支架设计与施工，防止因支架、地基问题所引起的现浇箱梁质量、安全问题。下面浅谈一下本人在简蒲高速公路第五合同段K235+095人行天桥的施工的施工中，对现浇连续箱梁支架进行设计与验算的一些总结。 1 工程概况 1.1 简介 K235+095人行天桥上跨简蒲高速公路，跨径组合为（2*25）m，共两孔，均采用现浇预应力砼翼型钢构箱梁。桥梁全长为58m，桥梁平面为直线，纵坡2.0%。 1.2 上部设计要点 本桥由一联两孔组成，跨径组合为(25*2) m，均采用现浇预应力砼翼型钢构箱梁，顶板宽度3.5m，墩顶处、桥台处梁高均为1.4m；翼缘板长度均为0.5m。箱梁底板与顶板平行设计，顶板顶面横坡为双向1.5%。墩顶采用2m宽的中横梁，在桥台处设置1.5m宽的端横梁，横梁均为钢筋混凝土结构。 1.3 下部设计要点 （1）桥墩：独柱墩下接桩基础。 （2）桥台：重力式桥台、扩大基础。 1.4 主要工程量 桥梁名称 钢筋（t） 钢绞线（t） 混凝土（m³） 备注 K235+095人行天桥 39.392 3.729 115.0 上部结构 2 现浇箱梁支架设计理论基础与设计步骤 2.1 支架设计的理论基础 （1）理论力学原理 （2）材料力学原理 （3）结构力学原理 2.2 设计步骤 拟定支架类型及结构布置 → 荷载分析及荷载组合→底模板验算→横向木枋验算→ 纵向木枋验算→顶托验算→支架立杆验算→地基承载力验算→风荷载对立杆稳定性验算。 3 支架设计 地质条件较好，为了便于支架搭设，路基开挖至设计标高后，压路机对地基压实处理后在顶部浇筑10cm厚C15混凝土。基面设置2%的排水横坡，且在较低一侧挖排水沟，以便于基础范围内的水能及时排走，严禁基础长时间被水浸泡。 （1）支架设计：使用Φ48×3.5的钢管碗扣支梁，底板横桥向间距为0.6m，纵向0.9m；悬臂板横桥和纵桥都为0.9m；桥梁纵向桥墩两侧各3m，采用横桥向间距0.6m加密。 （2）纵向、横向和水平向都需要设剪刀撑，对高度大于6m的支架，横桥每3.6m设置一道剪刀撑；支架高度小于6m的支架，横桥向每6m设置一道剪刀撑；纵向每5.4米设一道剪刀撑，水平向每3.6米设一层剪刀撑，使支架成为整体。 （3）为充分利用钢管的轴心受压能力，使用调节螺杆与钢管轴心连接。支模的大横梁用10×13cm的方木立向搁置在立杆的调节螺杆上，调节螺杆插入立杆保持轴心受力；大横梁上放6×8cm的方木作小横梁，间距35cm作为横肋，小龙骨上铺12mm的竹胶合板。 4 荷载计算 本桥箱梁底至地面最大高度为12m，采用￠48*3.5钢管作为全︱1︱华东科技 桥支架的基本构件，横向木枋采用6cm*8cm松木单层布置，纵向木枋采用10cm*10cm松木单层布置，支架顶部直观布置图如下图所示： FFFFFq纵向木枋F横向木枋横向间距纵向间距 4.1 荷载分析 （1）钢筋混凝土自重 箱梁钢筋混凝土自重属均布荷载，直接作用于底模及侧模，偏安全考虑，假设梁体全部重量仅作用于底板区域，根据设计图可得箱梁自重荷载为： q1=115m3（砼方量）*26KN/ m3/180m2（底模面积） =16.61KN/m2 (底模面积：2*（3.5+0.1）*25=180m2) （2）竹胶板底模（板厚δ=1.5cm 容重γ=17KN/m3） q2=1*1*0.015*17KN/m3 =0.255KN/m2 （3）横向木枋（10*10cm@30cm） q3=3.3m/m2*0.06cm*0.08cm*8KN/m3 =0.127KN/m2 （4）纵向木枋（10*10cm） q4=3.5m/m2*0.1cm*0.1cm*8KN/m3 =0.28KN/m2 （5）支架体系自重 ①单根钢管自重 按6.75m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），￠48*3.5钢管单位重为4.36kg/m，加配件乘以系数2.0,则立杆自重平均分配到底层的荷载为: g=6.75m*4.36kg/m*2*9.8N/1000=0.577KN/根 ②钢管支架体系自重 根据支架设计图，箱室底板处平均每平方米布置了2.14根钢管，则支架体系自重为：q5=0.577kN/根*2.14根=1.235KN/m2 （6）施工机具及人员荷载 q6=2.5KN/m2 （7）倾倒混凝土产生的荷载 q7=2.0KN/m2 （8）振捣砼产生的荷载 q8=2.0KN/m2 4.2 荷载组合 （1）验算底模 Q1=1.2(q1+q2)+1.4(q6+q7+q8) =1.2*(16.61+0.255)+1.4*(2.5+2.0+2.0) =29.338KN/m2 （2）验算横向木枋 Q2=1.2(q1+q2+q3)+1.4(q6+q7+q8) =1.2*(16.61+0.255+0.127)+1.4*(2.5+2.0+2.0) =29.4904KN/m2 （3）验算纵向木枋 以验算横向木枋三跨等距连续梁中的最大支座反力R，作为作用在纵向木枋的最大集中荷载来验算纵向木枋。 （4）验算顶托 Q3=1.2(q1+q2+q3+q4)+1.4(q6+q7+q8) =1.2*(16.61+0.255+0.127+0.28)+1.4*(2.5+2.0+2.0) =29.82KN/m2 （5）验算立杆、地基 Q4=1.2(q1+q2+q3+q4+q5)+1.4(q6+q7+q8) =1.2*(16.61+0.255+0.127+0.28+1.235)+1.4*(2.5+2.0+2.0) =31.3084KN/m2 5 结构验算 5.1 底模板验算 箱梁底模板采用高强度竹胶板，板厚t=15mm，因此处，竹胶板背肋间距为280mm，所以验算模板强度采用b=280mm平面竹胶板。竹胶板的有关力学性能指标按《竹编胶合板》（GB13123）规定的Ⅰ类一等品值取： 静弯曲强度：[σ]=70 MPa 弹性模量：E=0.1×105 MPa 截面惯性矩：I=bh3/12=28×1.5³/12=7.875cm4 截面抵抗矩：W= bh2/6=28×1.52/6=10.5cm3 截面积：A=bh=28×1.5=42cm2 底模板均布荷载：q=Q1×b=29.338 KN/m2×0.28m=8.214（KN/m） 跨中最大弯矩：Mmax=ql2/8=8.214KN/m×(0.28m)2/8=0.081(KN.m) 弯拉应力：σ=Mmax/W=0.081KN.m/10.5cm3=0.081×103/10.5=7.7MPa＜［σ］=70MPa 竹胶板板弯拉应力满足要求。 挠度：从竹胶板下方木背肋布置可知，竹胶板可看作为多跨等跨连续梁，按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算，计算公式为： f=0.677qL4/100EI==(0.677×8.214×0.284)/(100×1×107×7.875×10-8)=0.439×10-3m=0.439mm＜L/400=280/400=0.70mm 竹胶板挠度满足要求。 5.2 横向木枋验算 横肋木方支撑在纵肋上，按多跨连续梁验算，荷载断面以墩顶处为例，横肋间距σ30cm，跨度60cm。 弯曲强度：[]＝11 MPa 弹性模量：E=9×103 MPa 截面惯性矩：I=bh3/12=6×8³/12=256cm4 截面抵抗矩：W= bh2/6=6×82/6=cm3 单根单跨横木受力q=Q2 ×b=29.4904×0.28=8.258KN/m 按最不利因素计算，即横向方木（80×60mm）以简支计算 最大弯矩为： Mmax=ql²/8=8.258×0.62/8=0.372KN·m 弯曲强度： σ= Mmax/W=0.372×103/=5.8MPa＜11MPa（落叶松木容许应力） 最大挠度： fmax=5ql4/384EI=5×8.258×0./[384×9×106×256×10-8]=0.886×103m =0.605mm＜600/400=1.5mm 综上：横梁强度满足要求。 5.3 纵向木枋验算 纵肋木方支撑在立杆上，为方便计算，按简支梁进行验算。 纵肋间距90cm，横梁架设间距为28cm，支架中采用100×130mm纵向方木，按最不利荷载验算。 跨中和支座处受横向方木集中荷载P=29.4904×0.28×0.6=4.9KN 支座反力为：F=3P/2=4.9×3/2=7.431 KN 最大弯矩为：Mmax=7.431×0.45-4.9×0.28=1.957KN·m 截面抵抗矩：W= bh2/6=（0.1×0.13×0.13）/6=2.817×10-4m3 截面惯性矩：I=bh3/12=（0.1×0.133）/12＝1.831×10-5m4 弹性模量： E=9×103MPa 弯曲强度：σ= Mmax/W=1.957×10-3/（2.817×10-4）=6.95MPa＜11MPa（落叶松木容许弯应力）满足要求 最大挠度：fmax=（5n4+2n2+1）PL3/(384n3EI)= （5*34+2*32+1）*4.9(KN )*0.93(m3)/(384*33*9×106*1.831×10-5) =0.6mm＜900/400=2.25mm 综上：纵梁强度满足要求。 5.4 顶托验算 采用50型、60型可调U型标准顶托，可调高度分别为35cm、 道路桥梁 45cm。50型允许荷载为58KN，60型允许荷载为49KN。 托顶承受荷载为： P=0.6m*0.9m*29.82KN/m2=16.106KN<[P]=49KN (符合要求) 结论：顶托满足受力要求。 5.5 立杆验算 据《路桥施工计算手册》，采用￠48*3.5钢管作支架，当横杆步距为1.2m时，对接立杆的容许荷载[N容]=30.3KN。 立杆底部承受竖向荷载为: N=0.6m*0.9m*31.3084KN/m2=16.907KN＜[N容]=30.3KN。 k=30.3/16.907=1.79 安全系数k=1.79，立杆强度满足要求。 结论:单根立杆承受荷载满足容许荷载要求。 5.6 地基验算 根据支架验算结果,单根立杆底部的可调底座承受竖向荷载为16.907KN，施工时采用尺寸10cm*10cm*200cm方木来扩散可调底座的集中力，则要求的地基承载力为： 16.907KN*3根/(0.1m*2m) =0.2Mpa＜0.4Mpa(地基分层填筑压后地基承载力)。 5.7 风荷载对立杆稳定性的验算 因仁寿地区多年年均风速较小，根据JGJ130-2011规范的规定,可不考虑风荷载对满堂支架力杆的稳定性验算。实际施工中将采取每跨左右两侧均布两根风揽对整个支架进行固定及沿支架纵向两侧每隔6个架距设置一道斜撑钢管等措施，确保支架的稳定性。 结论：通过以上验算，钢管支架方案在结构设计上可以满足受力要求。 5.8 预压沉落量计算及标高控制说明 5.8.1 支架预压时预留沉落量计算 支架预压采用砂袋法，每一袋均要称量记录，称量好的砂袋必须有防水措施，逐级加载，逐级测量记录，全部加载后，观测一段时间（静压2天以上及达到稳定状态1天以上，稳定标准：24小时沉降+1mm）确保支架稳定后，方可逐级卸载，并详细观测记录，确定地基、支架、模板的非弹性与弹性变形，再调整模板高程，使梁体线形符合设计。 为确保预压取得准确、完整、详实的资料，预压一次成功，故需要先对地基、支架力杆、各种接头扣件、模板等的沉降变形初步估算。 （1）支架承受荷载时的压缩弹性变性δ1，支架立杆的压缩弹性变性很小可忽略不计，这里估计δ1=2 mm （2）支架在荷载作用下由于杆件接头挤压作用而产生的非弹性变性δ2。 1）胶合板与方木之间，纵向方木与横向方木之间每一接触处顺木纹时为2mm，取2×2=4mm。 2）支架立杆每一接头处计1mm。每根立杆3～5个接头，取4mm。 3）木材与金属（顶托和底座）之间为1～2mm，取2×2=4mm。 叠加非弹性变性取值δ2=a+b+c=4+4+4=12mm （3）支架基底在荷载作用下产生的非弹性变性δ3。 根据经验估计值为δ3=8mm 以上合计为：δ=2+12+8=22mm。 5.8.2 顶面标高控制 支架在荷重作用后变形较大，顶面标高主要通过测量控制。桥位上竖曲线，按施工图每2m计算出标高，用水准仪测量，使其达到设计要求。底模安装完毕后，按计算地基、支架沉降和变形量预留3cm的沉降量。用水准仪测量顶面标高，记好测量数据，然后按设计箱梁自重加载预压，预压采用砂袋堆载，达到设计预压荷载。用水准仪观测予先设置的各观测点，将予压前标高与加载后标高进行比较，计算出加载后支架的变形量（沉降量），卸载，再测支架标高，求得弹性变形值，按实测取得的沉降量调整支架顶面标高，使顶面标高符合设计。 参考文献： [1]周水兴,何兆益,邹毅松.等.路桥施工计算手册.人民交通出版社,2001(5). [2]中交第一公路工程局有限公司主编.公路桥涵施工技术规范（JTG F50－2011）人民交通出版社,2011(7). [3]向中富,邹毅松,杨寿忠.主编.新编桥梁施工工程师手册.人民交通出版社,2011(7). [4]朱慈勉.结构力学.高等教育出版社,2009(7). 2015.07︱155︱
