吳鐘騰

摘要：合理的施工支架設(shè)計，能有效地提高工作進度減少施工安全事故，是保障整個工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。本文以某大橋為工程背景，介紹了現(xiàn)澆箱梁支架的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：橋梁 現(xiàn)澆箱梁 支架設(shè)計

一、工程概況

某大橋橋梁全長為1358m，起止里程為D4+040～D5+398，橋梁中心樁號為D4+719。本橋上部結(jié)構(gòu)均采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全幅共有53跨13聯(lián)，具體孔數(shù)及跨徑為：（26+2×26.5+26）+2×（4×26）+（4×30）+5×25+8×（4×25）m，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱墩和三柱墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。本橋現(xiàn)澆箱梁底至地面最大高度為16m，現(xiàn)需設(shè)計現(xiàn)澆箱梁支架方案。

二、現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計時應(yīng)考慮的因素及設(shè)計步驟

1、設(shè)計現(xiàn)澆箱梁支架時應(yīng)考慮的因素

（1）交通疏導(dǎo)問題：對于人流密集、車輛較多的工程環(huán)境，如何在施工期間保障原有道路的交通疏導(dǎo)功能，將是支架設(shè)計時首先要考慮的因素。所以在支架設(shè)計的初期，首先應(yīng)進行交通疏導(dǎo)方案的設(shè)計，根據(jù)工地周邊道路的車流、路向、疏導(dǎo)功能等進行調(diào)查，并將交通疏導(dǎo)方案送交建設(shè)單位和交警部門審批。

（2）材料供應(yīng)情況：支架設(shè)計時，必須充分考慮本企業(yè)準備用于搭設(shè)支架的各種材料供應(yīng)情況是否滿足施工的需求，避免增加單項工程的成本。

（3）經(jīng)濟效益問題：在施工方案設(shè)計時必須考慮如何盡量降低工程成本，才能為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。所以在支架的設(shè)計時一般先考慮使用成本較低的形式，當(dāng)遇到障礙物或有交通疏導(dǎo)要求的，可適當(dāng)使用輕型鋼支架、軍用墩+軍用粱或軍用墩+貝雷架等形式。 2、現(xiàn)澆箱梁支架的設(shè)計步驟

擬定支架結(jié)構(gòu)布置→荷載分析及荷載組合→底模板驗算→橫向木枋驗算→縱向木枋驗算→頂托驗算→支架立桿驗算。

三、支架設(shè)計驗算

本橋箱梁底至地面最大高度為16m，擬采用￠48×3.5鋼管作為全橋支架的基本構(gòu)件，橫向木枋擬采用10×10cm松木單層布置，縱向木枋采用10×15cm松木單層布置，支架頂部直觀布置圖如下圖所示：

1、荷載分析

（1）鋼筋混凝土自重

箱梁鋼筋混凝土自重屬均布荷載，直接作用于底模及側(cè)模，根據(jù)設(shè)計圖可得箱梁各部分自重荷載為：

腹板及橫梁處 q1（腹板）=1×1.6×1×26=41.6KN/m2

箱室底板處 q1（底板） =（0.22+0.20）×1×1×26=10.92KN/m2

（2）、竹膠板底模（板厚δ=1.8cm 容重γ=17KN/m3）

q2=1×1×0.018×17KN/m3=0.31KN/m2

（3）橫向木枋（10×10cm）

q3=5.0m/m2×0.12×8KN/m3=0.4KN/m2

（4）縱向木枋（10×15cm）

腹板及橫梁處 q4（腹板）=3.5m/m2×0.1×0.15×8KN/m3=0.42KN/m2

箱室底板處 q4（底板）=2.5m/m2×0.1×0.15×8KN/m3=0.30KN/m2

（5）支架體系自重

① 單根鋼管自重

按16m的支架高度計算鋼管自重荷載（含配件、剪刀撐及水平拉桿等），￠48×3.5鋼管單位重為4.36kg/m，加配件乘以系數(shù)2.0，則立桿自重平均分配到底層的荷載為：

g=16m×4.36kg/m×2×9.8N/1000=1.37KN/根

② 鋼管支架體系自重

根據(jù)支架設(shè)計圖，橫梁及腹板區(qū)平均每平方米布置了4.58根鋼管，箱室底板處平均每平方米布置了2.44根鋼管，則支架體系自重為：

腹板及橫梁處 q5（腹板）=1.37kN/根×4.58根=6.28KN/m2

箱室底板處 q5（底板）=1.37kN/根×2.44根=3.34KN/m2

（6）、施工機具及人員荷載 q6=2.5KN/m2

（7）、傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載 q7=2.0KN/m2

（8）、振搗砼產(chǎn)生的荷載 q8=2.0KN/m2

2、荷載組合

（1）驗算底模

① 腹板及橫梁處底模

q=1.2（q1腹板+q2）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（41.6+0.31）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=59.39KN/m2

② 箱室底模

q=1.2（q1箱室+q2）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（10.92+0.31）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=22.58KN/m2

（2）驗算橫向木枋

① 腹板及橫梁處

q=1.2（q1腹板+q2+q3）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（41.6+0.31+0.4）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=59.87KN/m2

② 箱室底板處

q=1.2（q1底板+q2+q3）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（10.92+0.31+0.4）+1.4（2.5+2.0+2.0）

=23.06KN/m2

（3）驗算縱向木枋

以驗算橫向木枋三跨等距連續(xù)梁中的最大支座反力R，作為作用在縱向木枋的最大集中荷載來驗算縱向木枋。

（4）驗算頂托

① 腹板及橫梁處

q=1.2（q1腹板+q2+q3+q4腹板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2×（41.6+0.31+0.4+0.42）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=60.38KN/m2

②箱室底板處

q=1.2（q1底板+q2+q3+q4底板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2×（10.92+0.31+0.4+0.3）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=23.42KN/m2

（5）驗算立桿、地基

① 腹板及橫梁處

q=1.2（q1腹板+q2+q3+q4腹板+q5腹板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2×（41.6+0.31+0.4+0.42+6.28）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=67.91KN/m2

② 箱室

q=1.2（q1底板+q2+q3+q4底板+q5底板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2*（10.92+0.31+0.4+0.3+3.34）+1.4*（2.5+2.0+2.0）=27.42KN/m2

3、底模板驗算

底模釘在橫向木枋上，直接承受上部施工荷載，取承受最大荷載的腹板處（橫梁與腹板處承受的荷載相同）進行驗算，截取1m寬的竹膠板簡化為跨徑為28cm的三等跨連續(xù)梁來驗算。

（1）1m寬×0.018m厚竹膠板截面特性

I=100×1.83/12=48.6cm4=0.486×10-6m4

W=100×1.82/6=54cm3=5.4×10-5m3

SX=100×1.82/8=40.5cm3=4.05×10-5m3

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=9×103MPa=0.9×103KN/cm2

（2）截面驗算

a、彎曲強度驗算

Mmax=0.1q×L2=0.1×59.39×0.282=0.47KN.m

αw =Mmax/W=0.47/（5.4*10-5）/1000=8.70Mpa<[σw]=12Mpa 滿足要求

b、剪切強度驗算

Qmax=1.1q×L=1.1×59.39×0.28=16.63KN

τmax=Qmax×SX/（I×b）=16.63×4.05×10-5/（0.486×10-6×1.0×103）

=1.39Mpa<[τ]=1.9Mpa 滿足要求

c、撓度驗算

fmax=0.689×104×qL4/（EI）=0.689×104×59.39×0.284/（0.9×103×48.6）

=0.06cm<[f]=L/400=0.07cm 滿足要求

4、橫向木枋驗算

橫向木枋采用10×10cm松木單層布設(shè)，直接承受底模傳遞下來的荷載，腹板及橫梁處采用跨徑為0.4m的三等跨連續(xù)梁來計算，箱室底板處采用跨徑為0.8m的三等跨連續(xù)梁來計算（計算方法同上，過程省）。

（1）腹板處橫向木枋驗算

支點中心間距40cm，順橋方向中心間距為28cm，則橫向木枋的分布荷載為： q=（0.4×0.28×59.87）/0.4=16.76KN/m。

① 10×10cm松木枋截面特性

I=8.33×10-6m4，W=1.67*10-4m3，SX=1.25*10-4m3，[αw]=12Mpa，

[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103kN/cm2

② 截面驗算

a、彎曲強度驗算：Mmax=0.27KN.m，αw=1.62Mpa<[σw]=12Mpa 滿足要求

b、剪切強度驗算：Qmax=7.37KN，τmax=1.11Mpa<[τ]=1.9Mpa 滿足要求

c、撓度驗算：fmax=0.004cm<[f]=L/400=0.10cm 滿足要求

（2）箱室處橫向木枋驗算

支點中心間距80cm，順橋方向中心間距為28cm，則橫向木枋的分布荷載為： q=（0.8×0.28×23.06）/0.8=6.46KN/m。

① 10×10cm松木枋截面特性

I=8.33*10-6m4，W=1.67*10-4m3，SX=1.25*10-4m3 ，

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103kN/cm2

② 截面驗算

a、彎曲強度驗算：Mmax=0.41KN.m，αw=2.46Mpa<[σw]=12Mpa 滿足要求

b、剪切強度驗算：Qmax=5.68KN，τmax=0.85Mpa<[τ]=1.9Mpa 滿足要求

c、撓度驗算：fmax=0.02cm<[f]=L/400=0.2cm 滿足要求

5、縱向木枋驗算

縱向木枋采用10×15cm松木枋單層布置，直接承受橫向木枋傳遞下來的荷載。腹板及箱室底板處的縱向木枋按跨徑為1.0m的三等跨連續(xù)梁來計算，橫梁處為跨徑為0.6m的三等跨連續(xù)梁，因橫梁與腹板處的驗算荷載相同，可免算參考腹板處驗算結(jié)果。

（1）腹板處縱向木枋驗算

腹板處縱向木枋支點中心間距為100cm，橫向間距0.4cm，直接承受橫向木枋傳遞下來的集中荷載F，根據(jù)腹板處橫向木枋三等跨連續(xù)梁計算的最大支點剪力Qmax（1.1qL=1.1×16.76×0.40=7.37KN）來驗算縱向木枋。

① 10×15cm松木枋截面特性

I=28.13*10-6m4，W=3.75*10-4m3，SX=2.81*10-4m3

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103KN/cm2

② 截面驗算

a、彎曲強度驗算：Mmax=3.24KN.m，αw=8.64Mpa<[σw]=12Mpa 滿足要求

b、剪切強度驗算：Qmax=14.74KN，τmax=1.47Mpa<[τ]=1.9Mpa 滿足要求

c、撓度驗算：近似為線性荷載q=7.37*4/1.0=29.48KN/m，

fmax=0.15cm<[f]=L/400=0.25cm 滿足要求

（2）箱室底板處縱向木枋驗算

箱室底板處縱向木枋支點中心間距為100cm，橫向最大間距0.8cm，直接承受橫向木枋傳遞下來的集中荷載F，根據(jù)箱室處橫向木枋三等跨連續(xù)梁計算的最大支點剪力 Qmax（1.1qL=1.1×6.46×0.80=5.68KN）來驗算縱向木枋。

① 10×15cm松木枋截面特性

I=28.13*10-6m4，W=3.75*10-4m3，SX=2.81*10-4m3

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103KN/cm2

② 截面驗算

a、彎曲強度驗算：Mmax=2.50KN.m，αw=6.67Mpa<[σw]=12Mpa 滿足要求

b、剪切強度驗算：Qmax=11.36KN，τmax=1.13Mpa<[τ]=1.9Mpa 滿足要求

c、撓度驗算：近似為線性荷載q=5.68*4/1.0=22.72KN/m，

fmax=0.12cm<[f]=L/400=0.25cm 滿足要求

6、頂托驗算

采用50型、60型可調(diào)U型標(biāo)準頂托，可調(diào)高度分別為35cm、45cm；50型允許荷載為58KN，60型允許荷載為49KN。

托頂承受荷載為：

腹板下：P=1.0×0.4×60.38=24.15KN<[P]=49KN 符合要求

箱室下：P=1.0×0.8×23.42=18.74KN<[P]=49KN 符合要求

結(jié)論：頂托滿足受力要求。

7、立桿驗算

（1）立桿軸向荷載計算

采用￠48×3.5鋼管作支架，當(dāng)橫桿步距為1.5m時，對接立桿的容許荷載[N容]=30.3KN。

立桿底部承受豎向荷載為：

腹板下：N=1.0×0.4×67.91KN/m2=27.16KN<[N容]=30.3KN 符合要求

箱室下：N=1.0×0.8×27.42KN/m2=21.94KN<[N容]=30.3KN 符合要求

結(jié)論：單根立桿承受荷載滿足容許荷載要求。

（2）立桿穩(wěn)定性驗算

立桿的計算長度L0=κμh=242.6cm，截面回轉(zhuǎn)半徑I=1.58cm，截面積A=4.89cm2，截面模量W=5.08cm3，鋼材的抗壓設(shè)計強度σ=215Mpa，長細比λ=153.5，軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.294。

則立桿的穩(wěn)定性為：N/（φ*A）=26.77*1000/（0.294*4.89*10-4）/106

=186.20Mpa<[σ容許]=215Mpa

結(jié)論：支架立桿的穩(wěn)定性滿足要求。

通過以上數(shù)據(jù)的分析及驗算，可見鋼管支架方案在結(jié)構(gòu)設(shè)計上能滿足受力要求，說明此設(shè)計方案可行。

四、結(jié)束語

在科技飛速發(fā)展的今天，橋梁建設(shè)施工方法繁多。當(dāng)橋梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式，支頂架的應(yīng)用是必不可少的。各種支架形式有著不同的特點和適用范圍，施工中應(yīng)根據(jù)實際情況，因地制宜，靈活選擇，合理使用，才能取得最佳的經(jīng)濟效益。

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