现浇连续箱梁满堂支架方案设计计算方法的探讨

路桥工程：＿＿　ｌｌ＿　现浇连续箱梁满堂支架方案设计计算　方法的探讨　曾朝斌／（中国水利水电第三工程局有限公司）　【摘要】本文结合大西高速铁路建设过程中，某连续箱梁混凝土支架法现浇施工过程中满堂支架方案的受力　分析计算过程的实例，较为系统的阐述了在混凝土支架法现浇施工过程中，支架方案的设计和受力分析、计算　方法，为同类工程施工提供一定的参考　【关键词】满堂支架连续箱梁强度刚度稳定性　２２５．４５ｍ，梁体结构为（３０．１５４－５×３２．７３＋３０．１５）ｍ预　１　引言　满堂支架法混凝土现浇施工技术目前已经被大量应　用于铁路工程、桥梁工程、公路工程、水利水电工程以　应力混凝土连续箱梁。梁体高为３．０５ｍ，为单箱单室斜　腹板结构，桥顶板宽度由１２ｍ加宽至１３．４ｍ，底板宽　６．２ｍ，顶板厚度由４０ｃｍ变化至７０ｃｍ，底板厚度由３０ｃｍ　变化至９０ｃｍ，腹板厚度由５０ｃｍ线性变化至ｌｌＯｃｍ，梁　体在墩顶部和端部共设置了８道横隔板，梁端处隔板的　厚度为１．５ｍ，中墩处隔板的厚度为２ｍ。　及其他各大建筑工程领域。满堂支架法施工，有着灵活、　便捷、经济、适应性强等优点，所以满堂支架法施工技　术被越来越多的建设施工单位所青睐，科学、合理、经　济的进行支架方案的设计是满堂支架法施工成败的一大　关键性问题。　４支架方案设计步骤及方法　该连续梁采用碗扣式满堂支架法进行施工。　２满堂支架方案设计的任务　满堂支架方案设计的主要任务就是通过对各种施工　条件进行分析、比较、计算，首先确定出选用模板、支　架、分配梁等主要材料的类型，通过计算确定支架搭设　的间排距及其他搭设参数，并分别对模板、支架、分配　梁、门洞等受力构件的强度、刚度及稳定性进行验证；　另外对支架方案所需要的基础承载力进行计算，进而按　照承载力要求结合实际地质状况对支架地基基础提出经　由于箱梁纵向分布的不均匀性，支架设计时杆件布　置也沿着桥梁纵向变化，支架设计计算时每一跨梁体根　据体形变化分为标准断面区段、支点断面区段、变截面　区段、２ｍ中支点横隔板区以及１．５ｍ端支点横隔板区五　个区段分别进行验算。　由于箱梁横向断面结构的不均匀分布，为了使得支　架设计计算比较合理，根据箱梁横断面的结构形式，横　向分为中间部分（包括顶板和底板）、腹板部分以及翼板　部分三部分进行设计计算。　济合理的处理方案。　根据工程实际情况，经过初步设计确定该工程的模　下文结合实际案例对碗扣式满堂支架方案的设计计　算方法进行探讨。　板采用竹胶合板，其厚度为１５ｒａｍ，模板底部纵肋选用　ｌＯｃｍＸｌＯｃｍ的方木，纵肋的布置方式为：根据不同部位　间距为１５ｃｍ或者２０ｃｍ顺桥向布置。纵肋（方木）下方　３案例工程概况　新建铁路大同至西安客运专线某连续梁全长　横梁（支架顶托上方）选用１Ｏ号槽钢，槽钢布置间距根　据支架的纵向间距确定；支架采用直径４８×３．５ｍｍ的碗　扣支架，支架纵、横向间距根据不同区段合理布置，分　７１　・　・００…¨¨　水利水电施工２０１３・第５期总第１４０期　别为３Ｏ、６０、９０ｃｍ不等。　１５ｍｍ厚竹胶板计算，竹胶板容重取８．０ｋＮ／ｍ。，合　０．１４４ｋＮ／ｍ２。　４．１荷载统计计算　在计算支架的荷载统计时，一般将荷载分为两种：　一（４）内支撑自重：内模按１５ｍｍ厚竹胶板计算，竹胶　板容重取８．０ｋＮ／ｍ３，合０．１４４ｋＮ／ｍ２；内膜支架按照平　面６０ｃｍＸ　９０ｃｍ，步距６０ｃｍ，梁高３．０５ｍ处计算，则为　０．４５Ｎ／ｍ２。　种为恒荷载，第二种为活荷载。恒荷载一般包括：模　般包括：人员、施工机具、行走运输、材料的堆放等　板、支架自重，钢筋混凝土及其他砌体的自重；活荷载　一产生的荷载，混凝土施工时倾倒、振捣时候产生的荷载，　以及其他可能出现的风、雪、保温措施等产生的荷载。　一（５）振捣荷载：取２．０ｋＮ／ｍ　。　（６）倾倒混凝土产生荷载：取２．０ｋＮ／ｍ２。　（７）支架自重：支架高度小于１２ｍ，忽略。　（８）风雪荷载：忽略。　４．１．２荷载计算　般在强度验算过程中，取全部可能的荷载组合，　而刚度验算过程中，一般只取恒荷载和可能产生的风、　雪及保温措施等产生的荷载。另外对于荷载的分项系数　问题在《建筑结构荷载规范》中有规定，一般在强度验　荷载计算时根据梁体的结构形式，分不同的部位不　同的区段分别进行统计计算。　算时候恒荷载分项系数取１．２，活荷载分项系数取１．４，　刚度验算时均取１．０，抗倾覆稳定性验算时分项系数均　取０．９。　案例工程全桥为７跨简支连续梁，结构形式基本　相同，采用等高度变截面连续梁，由于在支点两侧５ｍ　支架系统计算一般从上部结构逐步往下计算，顺序　为模板一纵肋一横梁４．１．１荷载取值　区域内和跨中区域，箱梁腹板、底板尺寸相同，仅在　桥梁两端各１　５ｍ范围内，顶板宽度由１２．０ｍ渐变为　支架一地基。　１３．４ｍ。为简化计算，全桥偏于安全，统一取一个标　准跨３２ｍ，顶板宽取最宽部位１３．４ｍ的典型横断面进　行计算。　案例工程支架的荷载取值如下：　（１）梁体钢筋混凝土容重：２６．５ｋＮ／ｍ。。　（２）施工荷载：２．５ｋＮ／ｍ２，含人员、施工机具等。　（３）模板自重：接底模、腹板侧模、翼缘底模为　本文以荷载较大的桥梁支点位置横断面（图１）为例　进行计算说明。　．４２０　５ＯＯ（或间距）　４２０　．４０　１４０　１１０　１３０　１　１３０　１２０　．１２０　１３０　ｌ　３０　１１０　１４０　ｌ－４０　］　—　～．’　１　～Ｌ　线路中心线］　ｅ，ｉ　～　。　’协路中心鸯　ｚ　．ｓ　．　］　１　一『一　ｒｏ３‘　ｚ　．．『翥　一　９０　【　、　＼　。　＼　＼　ｌ　．　箱　２０ｘ２０　／　／　、　…　：　，ｇ　—　一　Ｖ　’｜１３０　．｜　・　２０ｘ２０／心　线　３１０　６：　！Ｏ　＼２０ｘ２０３１０　，｜　【　３６０　．　３６０　图１桥梁支点横断面　４．１　３荷载组合　根据设计图纸及相关资料，结合上述荷载取值进行　各个部位的荷载组合计算。　案例工程荷载计算结果见表１。　表１　荷载计算结果统计表　混凝土　浇筑荷载⑥　⑦支架重　⑧风、雪等　其他荷载　忽略　忽略　忽略　ｋＮ／ｍ２　区段部位　混凝土自重①　施工荷载②　模板重③　内支撑重④　振捣荷载⑤　荷载Ｑ　翼缘　支点　腹板　断面　顶板　２４．（）１３　８８．９１３　３Ｏ．２．５００　２．５ＯＯ　２．５００　０．１４４　Ｏ．１４４　Ｏ．１４４　２．０００　２．０００　２．０００　２．０００　２．０００　２．０００　３０．６５７　９５．５５７　３７．１８Ｏ　５３６　底板　２６．２３５　２．５００　０．１４４　０．４５０　２．０００　２．０００　忽略　３３．３２９　说明：该工程所处位置风、雪影响较小，支架不高，故⑦、⑧因素不予考虑；变截面段根据截面变化函数确定相应的数值。　・７２・　４．２计算所用力学参数　采用１５ｍｍ厚竹胶板，底部采用］５ｃｍ×１５ｃｍ方木，　１Ｏ号槽钢和直径４８ｍｍ的碗扣架，壁厚３．５ｍｍ，经计算　均满足要求。　４．３底模板及底部纵肋、横梁计算　对于底模板及底部纵肋、横梁计算要按照之前划分　的：横断面按不同部分（中间部分、腹板、翼板三部　分），纵断面按不同区段（跨中标准断面、支点断面、变　截面区段、２ｍ中支点横隔板区、１．５ｍ端支点横隔板区　五个区段）分别进行计算，对暂定的支架模板方案进行　验算调整。　４．３．１底模板（竹胶板）计算　底模板的实际受力模型为多跨超静定结构，简化为　三跨连续梁进行计算。　采用应力顺序传递的方式进行计算，即组合荷载传　递给方木分配梁，方木分配梁传递给槽钢主梁，槽钢主　梁传递给杆件。计算模型中，１０ｃｍ＞（１Ｏｃｍ方木分配梁作　为胶合板的点支撑，实际方木具有宽度，减小了胶合板　的实际下挠度数值。　根据暂定方案选定的竹胶板及底部方木的问、排距，　验算模板的强度和刚度，如果不满足要求，调整方木间　距（也可更换模板）后，再进行验算，直至验算满足　要求。　４．３．２模板下纵肋（方木）计算　以支点断面腹板位置方木为例计算说明：　采用ｌＯｃｍＸ　１０ｃｍ方木，间距设计为１５ｃｍ，考虑施　工误差按照２５ｃｍ进行验算，顺桥向布置，支垫间距　６０ｃｍ（横梁间距），按照三跨连续梁计算刚度，满足使用　要求。　其他部位的方木计算方法相类似，注意根据方木不　同的布置方式，区分计算模型属于简支梁还是连续梁，　按照相应的模型进行计算。　４．３．３横梁（１０号槽钢）计算　横梁承受方木传来的集中荷载，由于方木间距较小，　近似的认为均布荷载作用在梁上，均布荷载量值直接由　换算的均布面荷载计算。　以支点断面腹板下横梁为例进行计算说明：　横梁采用１Ｏ号槽钢卧倒放置，横桥向布置，支点断　面底板下横梁支撑间距３０ｃｍ，简化为三跨连续梁。按照　ｊ跨连续梁计算模型进行计算，刚度满足要求。　其他部位的横梁计算方法相类似。　４．４碗扣脚手架计算　４．４．１脚手架间排距确定　碗扣脚手架竖向步距为６Ｏｃｍ时，立杆允许荷载为　４０ｋＮ／根；根据荷载计算的结果对各个不同部位的脚手架　路桥工程　立杆间、排距进行验算调整。　同样以支点断面腹板位置脚手架问、排距计算为例　说明：　支点断面腹板位置初步确定的间（横桥向）、排（顺　桥向）距为３０ｃｍＸ　６０ｃｍ。　支点断面腹板位置支架所受荷载选取最大的荷载　Ｑ一９５．５５７ｋＮ／ｍ２（横梁及方木荷载微小可忽略不计），　转化为横梁沿桥梁纵向３０ｃｍ宽（间距）的线荷载，横梁　将荷载传递给支架系统。　按照平均承载计算，安全系数满足要求。　其他部位支架的间排距计算方式相类似，一般以支　架安全系数达到１．４以上为宜。　４．４．２立杆受力及稳定性验算　同样以支点断面腹板位置脚手架单根立杆的受力情　况计算为例说明：　按碗扣脚手架竖向步距６０ｃｍ计算，立杆不会发生失　稳破坏。　其他部位的立杆受力验算方法相类似。　４．５支架基础承载力计算　支架地基一般浇筑混凝土垫层，立杆下方铺设方木　使基础均匀受力，案例工程的混凝土垫层厚度为１５ｃｍ，　下垫方木规格为１５ｃｍ×１５ｃｍ，以支点断面腹板下立杆为　例进行地基承载力计算说明，对于案例工程，该部位立　杆的间排距为３０ｃｍ×６０ｃｍ，支架基础厚度为１５ｃｍ，方　木厚度为１５ｃｍ，一方面根据基础受力的扩散角确定受力　范围边长（１５＋２×１５）ｃｍ，另一方面要考虑单根支架的　支撑范围（３０ｃｍＸ　６０ｃｍ）确定边长，各个方向均取最小　边长；经计算安全系数满足要求。　５结束语　满堂支架体系的计算，根据梁体具体形式，分部　位、分区段对模板、支架、横梁等受力构件进行验算，　针对不同的部位和区段，设计不同的支架模板搭设　参数。　搭设支架需要设置通行门洞时，门洞一般由工字钢　梁或者贝雷架梁、碗口式支架或者钢管柱、下部基础等　结构组成，根据选择的门洞的形式和材料对纵、横粱、　门柱等受力结构进行强度、刚度、剪应力及稳定性计算，　计算方法与支架计算方法相类似。　支架基础处理要根据实际地形确定处理方式，确　保达到支架搭设最低承载力要求，另外要注意基础的　防、排水处理，防止基础长时间受雨水浸泡沉陷，只　有经过详细、合理、准确的受力分析和计算，才能设　计出安全、可靠、经济的支架搭设方案参数，满足施　工的需要。　・７３・