□文/吳 冬 劉曉蕊

城市橋梁施工采用較多的是現(xiàn)澆箱混凝土梁碗扣支撐工藝。碗扣支架由立桿、橫桿、上下碗扣及限位銷等組成，安拆方便，不需用大型起重設(shè)備。碗扣支架作為橋梁的支撐體系，對(duì)其不同工況下各受力桿件的內(nèi)力尚未有相對(duì)系統(tǒng)的分析研究，其搭設(shè)方式也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是對(duì)于采用濕接頭工藝的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁，在整個(gè)成橋過程中，上部箱梁結(jié)構(gòu)施工歷經(jīng)若干個(gè)不同工況，相對(duì)應(yīng)的下部碗扣支撐體系的受力有很大不同。因此，碗扣支撐體系的受力分析、合理布局是保證現(xiàn)澆箱梁施工質(zhì)量的前提；有必要對(duì)支架的內(nèi)力進(jìn)行較深入的分析研究。

工程概況

集疏港二、三線互通立交工程位于天津市濱海新區(qū)境內(nèi)，為京津塘高速二線，疏港二線、三線與海濱大道相交位置的一座大型組合互通式立交，其中現(xiàn)澆混凝土箱梁共計(jì)83聯(lián)。

所做分析的箱梁為主線24～28，高度1.8 m，單箱四室結(jié)構(gòu)，箱梁翼緣長度2.91 m，腹板厚度均為0.5 m。見圖1。

圖1 箱梁橫斷面

現(xiàn)澆混凝土箱梁部分均采用碗扣支撐體系，碗扣支架所采用的立桿、橫桿、斜桿直徑均為φ48 mm×3.5 mm鋼管，頂部設(shè)置可調(diào)托撐，下部設(shè)置可調(diào)底座。底板采用竹膠板，竹膠板下面設(shè)置縱橋向放置的10 cm×10 cm小方木，其下設(shè)置橫橋向放置的10 cm×15 cm的大方木，大方木放于可調(diào)托撐之上，下部依次為架體、可調(diào)底座、18 cm×18 cm的底腳方木，最后為處理后的地基基礎(chǔ)。

圖3 碗扣支架橫橋向布置

為了保證地基的承載力及剛度，施工前必須進(jìn)行統(tǒng)一處理，地基處理采用兩步三七灰土夯實(shí)，每層厚度為20 cm，保證地基承載力達(dá)到300 kPa。

碗扣支架受力計(jì)算分析

箱梁結(jié)構(gòu)整體成型前共分為6個(gè)工況，根據(jù)不同工況計(jì)算出支架所受內(nèi)力大小，然后對(duì)支架的各種桿件進(jìn)行受力分析。由于碗扣支架為空間受力體系，為了求得較為精確地計(jì)算結(jié)果，對(duì)碗扣支架各工況的計(jì)算采用大型有限元軟件進(jìn)行分析，充分考慮橫桿及斜桿對(duì)立桿的約束、協(xié)調(diào)作用。豎桿采用PIPE16單元，考慮其同時(shí)承受軸向壓力、彎曲應(yīng)力的作用；水平桿件采用LINK8單元，僅受軸力作用；斜桿采用PIPE16單元。

工況1

工況1為綁扎底板、腹板鋼筋，其有限元模型見圖4，各桿件的最大應(yīng)力及位置見表1。

圖4 工況1模型

表1 工況1下各種桿件最大應(yīng)力值及位置

工況2

工況2為澆筑底板、腹板混凝土，其有限元模型見圖5，各桿件的最大應(yīng)力及位置見表2。

圖5 工況2模型

表2 工況2下各種桿件最大應(yīng)力值及位置

工況3

工況3為澆筑頂板混凝土，其有限元模型見圖6，各桿件的最大應(yīng)力及位置見表3。

圖6 工況3模型

表3 工況3下各種桿件最大應(yīng)力值及位置

工況4

工況4為第1次張拉完成，其有限元模型見圖7，各桿件的最大應(yīng)力及位置見表4。

圖7 工況4模型

表4 工況4下各種桿件最大應(yīng)力值及位置

工況5

工況5為第2次張拉完成，其有限元模型見圖8，各桿件的最大應(yīng)力及位置見表5。

圖8 工況5模型

表5 工況5下各種桿件最大應(yīng)力值及位置

工況6

工況6為第3次張拉完成，其有限元模型見圖9，各桿件的最大應(yīng)力及位置見表6。

圖9 工況6模型

表6 工況6下各種桿件最大應(yīng)力值及位置

通過以上6個(gè)工況的分析可以看出，采用碗扣作為橫、縱桿件的接頭，大大減小了立桿偏心對(duì)縱橫向水平桿件的影響，因此在箱梁整個(gè)施工過程中水平縱桿、水平橫桿受力較小，只是作為立桿的側(cè)向約束起著作用。

立桿主要承受上部梁體重量及施工期間的各種荷載，其中從工況1至工況2立桿受力明顯加大且最大應(yīng)力位置為箱梁腹板下立桿，這是由于首次澆筑混凝土?xí)r，腹板位置為實(shí)心混凝土結(jié)構(gòu)，相對(duì)于箱室及挑檐部分其自重相對(duì)較大的原因；由于各個(gè)立桿受力不盡相同，斜桿在保證架體整體穩(wěn)定作用的同時(shí)對(duì)各立桿的應(yīng)力起著調(diào)控作用，因此斜桿在工況2的應(yīng)力明顯加大。工況2至工況3立桿及斜桿的內(nèi)力變化不大，由此可以看出，在澆筑箱梁頂板混凝土?xí)r第1步澆筑的箱梁底板、腹板混凝土強(qiáng)度已滿足設(shè)計(jì)要求，作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雖未進(jìn)行張拉，但這個(gè)由底板、腹板組成的鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)已經(jīng)能夠承擔(dān)部分荷載，以至在澆筑頂板混凝土的過程中其下部支架的應(yīng)力無明顯變化。待第1次預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后，支架桿件內(nèi)力發(fā)生了顯著地變化，立桿最大受力部位由墩位附近轉(zhuǎn)移到了濕接頭附近的外側(cè)邊腹板處，這是由于在第1次張拉后，梁體將會(huì)產(chǎn)生反拱，所有支架的內(nèi)力會(huì)重新分布，梁體重量將向兩端進(jìn)行轉(zhuǎn)移，一端轉(zhuǎn)移到永久墩位處，而另一端則轉(zhuǎn)移到濕接頭附近的幾排特定支架上，中部支架受力變小甚至個(gè)別不受力，此時(shí)立桿最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在濕接頭附近；此后隨著第2、3次張拉，立桿應(yīng)力慢慢變小，梁體重量最重轉(zhuǎn)移至永久墩位處。大應(yīng)力值沒有超過未張拉之前的最大應(yīng)力值，即在工況3和工況4兩個(gè)最不利工況下立桿的最大應(yīng)力值相對(duì)較均衡，均在80 MPa左右。

綜上所述，在支架搭設(shè)過程中，必須重視斜桿的設(shè)置，斜桿對(duì)保證架體的整體穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)各立桿之間的應(yīng)力起著重要的作用；此外，對(duì)于采用濕接頭工藝的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁而言，濕接頭附近支架必須進(jìn)行加密，以滿足首次預(yù)應(yīng)力張拉后支架內(nèi)力重分布的需求。

[1]衣振華，王有志.橋梁施工中碗扣式腳手架支撐的計(jì)算[J]，施工技術(shù)，2006，35（7）：56-58.

[2]衣振華，王有志.碗扣式腳手架支撐在橋梁施工中的計(jì)算模型[J]，工業(yè)建筑， 2006，36（S1）：974-977.

結(jié)語

現(xiàn)澆混凝土箱梁施工過程中，下部支架的搭設(shè)須根據(jù)箱梁的施工工藝并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙的施工順序進(jìn)行合理布置，立桿及斜桿受力最大為工況3即澆筑頂板混凝土?xí)r，此工況下，支架上部荷載已經(jīng)完全加載完畢。但值得注意的是，在工況2過渡到工況3時(shí)，立桿、斜桿的應(yīng)力并未明顯增加，首期澆筑的混凝土承擔(dān)了二期混凝土的絕大部分的重量。此外，還應(yīng)值得關(guān)注的是，在首次張拉后，支架內(nèi)力發(fā)生了重新的分布，立桿最大應(yīng)力位置由墩位附近轉(zhuǎn)移到了濕接頭附近，而最