牛和祥

(重慶交通大學(xué)，重慶 400000)

0 引 言

滿堂支架法現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁作為橋梁工程中比較常見的施工方法，隨著我國鐵路和公路橋梁的快速發(fā)展得到更多的應(yīng)用，其施工工藝和技術(shù)不斷完善和成熟。但是，作為建筑中不可或缺的部分，經(jīng)常發(fā)生腳手架倒塌、模板支架失穩(wěn)等工程事故，特別是模板支架，在澆筑混凝土支模過程中時常發(fā)生整體坍塌并不少見，所以對其安全性要求也日益增強(qiáng)。本文以江蘇鹽城東環(huán)路主線橋第一聯(lián)箱梁滿堂支架法現(xiàn)澆施工項(xiàng)目為工程背景，主要針對翼緣板下斜撐及其相連水平桿件布置形式進(jìn)行驗(yàn)算，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施以提高工程安全性，可為同類型滿堂支架布置形式提供參考依據(jù)。

1 工程概況

東環(huán)路主線橋位于江蘇省鹽城市，首聯(lián)現(xiàn)澆箱梁采用盤扣式滿堂支架法現(xiàn)澆施工，盤扣式支架由水平桿、斜桿、盤扣式支架立桿、斜撐小鋼管、可調(diào)托座及可調(diào)底座組成。縱向豎桿在箱梁實(shí)腹段步距為60 cm，變截面段步距為120 cm，跨中截面段增大至150 cm。橫向翼緣板下豎桿步距為120 cm，腹板下減小至90 cm，空腹段下豎桿為150 cm與120 cm間距交替布置。水平桿件標(biāo)準(zhǔn)縱向步距為50 cm，由于箱梁存在高差變化，部分采用間距為20 cm的水平桿。整個盤扣式滿堂支架沿橋梁縱向47排，橫向24列。

2 有限元模型

斜撐小鋼管布置沿橋梁縱向步距為50 cm，局部計(jì)算模型中，選取縱向間距為縱向150 cm的模型進(jìn)行有限元分析。在間距為150 cm內(nèi)布置兩根斜撐，此時橫向桿件為最不利情況。橫向小鋼管與豎桿和斜撐采用扣件連接，僅能傳遞線位移，而不傳遞彎矩。局部模型當(dāng)中橫向小鋼管與豎桿和斜撐用只約束線位移的一般連接進(jìn)行分析。利用通用有限元軟件Midas Civil建立局部模型如圖1所示。

圖1 局部計(jì)算模型示意圖

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)構(gòu)計(jì)算所使用材料屬性如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算使用材料屬性

4 斜撐及與其相連水平桿驗(yàn)算

局部模型專門針對腹板兩側(cè)斜撐小鋼管及橫向小鋼管進(jìn)行驗(yàn)算，考慮混凝土二次澆注過程，計(jì)算采用第一次澆注時的混凝土高度。在計(jì)算過程中，將混凝土看做流體，將其荷載等效到斜撐小鋼管頂托位置。斜撐小鋼管及橫向小鋼管布置如圖2所示。

圖2 斜撐小鋼管及橫向小鋼管布置圖

對原設(shè)計(jì)方案開展有限元分析，小鋼管斜撐及橫向小鋼管為梁單元，提取結(jié)果計(jì)算彎拉應(yīng)力，公式同盤扣式支架立桿。斜撐頂托部分為懸臂狀態(tài)，μ=2。橫向小鋼管及橫向小鋼管間的斜撐為梁端固定情況，μ=1。各尺寸斜撐小鋼管計(jì)算長度l0、φ及其應(yīng)力如表2所示。

表2 各斜撐計(jì)算數(shù)據(jù)表

斜撐小鋼管材料Q235鋼材抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205 MPa，由表2可知，水平桿件內(nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)低于規(guī)范限值，其穩(wěn)定性滿足要求。

橫向小鋼管為純彎構(gòu)件，計(jì)算公式如下

(1)

根據(jù)提取彎矩代入式(1)，可得

經(jīng)過計(jì)算可知，橫向小鋼管所受的彎拉應(yīng)力遠(yuǎn)超過材料所能承受的極限，所以需對橫向小鋼管的布置進(jìn)行調(diào)整。

5 橫向小鋼管對結(jié)構(gòu)的影響

針對橫向小鋼管抗彎能力不足的問題，提出兩種改進(jìn)措施：一是將原材料Q235的Φ48 mm，δ=2.75 mm小鋼管改為材料為Q235的Φ60 mm，δ=3.2 mm鋼管，并增加數(shù)量，由之前的4根橫向Φ48 mm小鋼管改為6根Φ60 mm鋼管。具體布置如圖3所示；二是增加原材料Q235的Φ48 mm，δ=2.75 mm小鋼管數(shù)量，采用2根并排的方式，并在相鄰豎桿增加2根并排Φ48 mm，δ=2.75 mm小鋼管，單根斜撐有與6根小鋼管相連。具體布置如圖4所示。

圖3 加粗橫向小鋼管布置

圖4 并排橫向小鋼管布置

與斜撐相連的橫向鋼管計(jì)算結(jié)果前后對比如表3所示。

表3 計(jì)算結(jié)果前后對比

由表3可知：

(1)采用方案一后，與斜撐相連的橫向鋼管彎拉應(yīng)力減小為186.20 MPa，小于材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205 MPa，能充分發(fā)揮材料的承載能力，說明調(diào)整方案一是可行的。

(2)采用方案二后，與斜撐相連的橫向鋼管彎拉應(yīng)力減小為166.67 MPa，小于材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205 MPa，能充分發(fā)揮材料的承載能力，說明該方案可行。

6 結(jié) 論

(1)斜撐小鋼管內(nèi)應(yīng)力值均較小，遠(yuǎn)低于規(guī)范限值205 MPa，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求。

(2)與斜撐小鋼管相比，橫向小鋼管所受彎拉應(yīng)力比較大，超過其抗彎能力極限，需要對斜撐小鋼管做出調(diào)整，在合理位置增加其數(shù)量或者改變其厚度等。

(3)橫向小鋼管加厚并增加其數(shù)量和采用并排橫向小鋼管對于改善結(jié)構(gòu)受力具有明顯的作用效果，大大降低了局部構(gòu)件應(yīng)力集中現(xiàn)象。其中，采用并排小鋼管布置形式更為簡單有效，有利于施工過程安全性。