楊永欣

（河北省石家莊市藁城區(qū)公路管理站,石家莊 052160）

大跨徑箱型梁就地澆筑法的支架受力結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算原理

楊永欣

（河北省石家莊市藁城區(qū)公路管理站,石家莊 052160）

通過大跨徑箱型梁就地澆筑法的工程實(shí)踐，分析鋼管支架的受力特點(diǎn)及施工應(yīng)用常見問題，研究鋼管支架的材料選擇、計(jì)算原理、安全可靠度等理論性問題，得出了大跨徑箱型梁就地澆筑施工的支架安裝計(jì)算方法，關(guān)系到安全生產(chǎn)、質(zhì)量控制及經(jīng)濟(jì)效益問題，有利于工程實(shí)踐中更好地應(yīng)用。

箱型梁;就地澆筑法;支架受力結(jié)構(gòu)分析;計(jì)算原理

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.002

1 引言

在高速公路工程建設(shè)中，大跨徑預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱型梁設(shè)計(jì)應(yīng)用較為廣泛，尤其在分體立交或互通立交工程中該結(jié)構(gòu)型式最為顯著，基于安全施工、質(zhì)量控制與經(jīng)濟(jì)效益等綜合因素的考慮，支架的安裝必須通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)原理進(jìn)行計(jì)算分析。從多年的工程實(shí)踐分析來看，由于支架坍塌而造成的安全事故不勝枚舉，則對生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失不可估量，故提出大跨徑箱型梁就地澆筑施工的支架受力分析與計(jì)算原理，利于施工指導(dǎo)與應(yīng)用。

2 鋼管支架的受力分析[1～4]

安裝后的鋼管支架具有三維（XYZ）幾何不變的力學(xué)支撐體系，承載著巨大的結(jié)構(gòu)荷載與施工荷載，與之產(chǎn)生軸向壓力p、彎矩M及剪力Q，力學(xué)要點(diǎn)在于：

1）豎向鋼管是傳遞全部豎向和水平荷載的重要構(gòu)件，當(dāng)不組合風(fēng)荷載時(shí)，可簡化為軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)組合風(fēng)荷載時(shí)，則為壓彎構(gòu)件，因荷載傳遞的壓力p產(chǎn)生側(cè)向彎矩M同時(shí)關(guān)系到長細(xì)比（λ=L/i）的穩(wěn)定與約束。

2）橫向及縱向鋼管因承受著荷載傳遞的作用均屬于受彎構(gòu)件產(chǎn)生彎矩。

3）縱向與橫向鋼管水平管桿件依靠金屬扣件連接，將施工荷載、腳手板自重傳遞給立桿，立桿又將水平力傳遞到下面建筑物上，扣件與鋼管之間的摩擦力可傳遞豎向力與水平力，因此應(yīng)對扣件抗滑摩擦力進(jìn)行驗(yàn)算。

3 箱型梁就地澆筑法施工碗扣支架設(shè)計(jì)（見圖1）

圖1 碗扣支架設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

1）模板采用3000mm×2000mm×50mm大塊沖壓式鋼模板，支架采用外徑48mm×3.5mm碗扣式無縫鋼管支架，地基采用滿堂紅厚度為15cm的C15混凝土鋪筑，用以進(jìn)行地基加固處理以抵抗不均勻沉降變形。

2）支架材料的質(zhì)量要求：扣件與底座的力學(xué)性能（見表1）。

表1 扣件與底座的力學(xué)性能數(shù)據(jù)表

3）受壓、受拉構(gòu)件的容許長細(xì)比規(guī)定值（見表2）。

表2 受壓、受拉構(gòu)件的容許長細(xì)比規(guī)定值

注：計(jì)算λ時(shí)，立桿的計(jì)算長度按L0=kμh計(jì)算；k=1.0時(shí)，L0= 1.27h，h為立桿布距。

4）鋼管截面特征數(shù)據(jù)（見表3）。

表3 鋼管截面特征數(shù)據(jù)

5）立桿及橫桿承載力性能（見表4）。

表4 立桿及橫桿承載力性能參考數(shù)據(jù)表

4 腳手架縱向、橫向水平桿極限狀態(tài)條件下的承載能力計(jì)算

1）計(jì)算縱向、橫向水平桿的內(nèi)力與撓度時(shí)；縱向水平桿可按三跨連續(xù)梁原理計(jì)算，對荷載分布進(jìn)行最不利布置，最大彎矩取跨中彎矩和支座彎矩的較大值。

跨度取縱距La，橫向水平桿按簡支梁計(jì)算，計(jì)算跨度為：雙排架取Lb；單排架?。↙b+120）mm。

2）抗彎強(qiáng)度變形值計(jì)算

σ=Mmax/W≤［σ］,且Mmax=ql2/8

3）軸心受拉、受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算

σ=N/Aen≤f（受壓狀態(tài)）

σ=N/An≤f（受拉狀態(tài)）

4）撓度驗(yàn)算

v=5qLb4/384EI≤［v］

以上公式中，σ，［σ］分別為構(gòu)件在彎拉條件下的抵抗應(yīng)力及允許應(yīng)力,N/mm2;Mmax為經(jīng)計(jì)算得知的桿件承受的最大彎矩，N·m；W為鋼管或不同型鋼的截面模量；q為作用在桿件上的均布荷載,kN/m；l為梁支點(diǎn)之間的距離,m;Lb為雙排架條件下的立桿計(jì)算跨度,m;N為材料橫截面軸心壓力,kN;Aen,An分別為構(gòu)件的有效凈截面積與凈截面積,mm2；V,［v］分別為構(gòu)件撓度驗(yàn)算值及撓度允許值;E為回彈模量,N/mm2,I為桿件慣性矩。

5）立桿地基設(shè)計(jì)承載力Rs計(jì)算：

RS=1.15Rb

式中，Rb為原始地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

支架搭設(shè)前先對基礎(chǔ)進(jìn)行回填、平整與壓實(shí)，以地基承載力達(dá)到200kPa條件，然后使用10cm厚度的C20混凝土做墊層，根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ166—2008）規(guī)定，當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石或混凝土?xí)r，可不進(jìn)行計(jì)算，使用混凝土地基承載力滿足施工要求即可。

5 算例

解：計(jì)算過程如下：

1）抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

作用在水平桿線荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

qb=（3.0+0.35）kN/m2×0.9=4.815kN/m2

作用在水平桿線荷載設(shè)計(jì)值：

qs=1.4×3.0kN/m2+1.2×0.63=4.96kN/m2

最大彎矩：

Mmax=ql2/8=4.96×0.92/8=0.502kN·m

2）計(jì)算鋼管的抗彎剛度

3）作用在橫桿上產(chǎn)生撓度驗(yàn)算：

v=5qLb4/384EI=5×4.815×9004/384×2.06×105×12.19×104

=1.579×1013/9.643×1012=1.638mm≤［v］=10mm

4）驗(yàn)算立桿長細(xì)比λ

因立桿橫距為0.9m,故立桿長度應(yīng)為L0=kμh=1.0×1.27× 0.9×102=1cm。且λ=L0/i=114.3/1.58=72.34＜［λ］=210，經(jīng)查表2得知滿足規(guī)定。

5）立桿地基承載力RS計(jì)算:

RS=1.15Rb

式中，Rb為原始地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa。

計(jì)算方法：將所有荷載∑N除以每個(gè)立桿的節(jié)點(diǎn)數(shù)，再換算所需要的地基承載力RS（計(jì)算過程略）。

6 結(jié)論

目前，碗扣鋼管支架的施工運(yùn)用非常廣泛，涉及經(jīng)濟(jì)、安全與質(zhì)量等關(guān)鍵技術(shù)問題。因此，在施工組織設(shè)計(jì)工作中，必須經(jīng)過運(yùn)用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)原理進(jìn)行仔細(xì)驗(yàn)算后方可采納使用，該技術(shù)理論關(guān)系到力學(xué)知識(shí)面廣而不復(fù)雜，具有典型的力學(xué)要點(diǎn)及規(guī)律，是支撐交通土建工程建設(shè)技術(shù)水平的安全應(yīng)用問題。

【1】張俊義.橋梁施工百問[M].北京：人民交通出版社，2011.

【2】北京土木建筑協(xié)會(huì).建筑施工腳手架構(gòu)造與計(jì)算[M].北京:中國電力出版社，2011.

【3】汪整容,朱國梁.簡明施工計(jì)算手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2005.

【4】沈倫序.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1984.

TheStentMechanicalStructureAnalysisandCalculation Principle of theLong-span Box BeaminSitu Method

YANGYong-xin
（RoadstationofGaoChengAreainShijia-zhuang Cityof Hebei Province，Shijiazhuang 052160,China）

Through the long-span box beam in situ method of engineering practice,it analysis the stress of the steel pipe support characteristics and the common problems in construction application,and studies the steel pipe support material selection,calculation principle,safe reliability theoretical problems,it works out the Long-span box beam bracket installation calculation methods of in situ construction,anditis relatedtothesafetyinproduction,qualitycontrolandeconomicproblem,whichismorehelpful fortheapplicationof engineeringpractice.

boxbeam;insitumethod;stentmechanicalstructureanalysis;calculationprinciple

TU378.2

A

1007-9467（2016）06-0029-03

2015-12-30

楊永欣（1972～），女，河北石家莊人，工程師，從事橋梁路面維護(hù)研究，（電子信箱）940168391@qq.com。