侯孝振

(安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022)

0 前 言

公路橋梁中現(xiàn)澆箱梁是最為常用的結構形式，現(xiàn)澆箱梁施工方法中有支架法、懸澆法等，其中滿堂支架支模施工方案是現(xiàn)澆箱梁施工中較為常見的一種施工方法[1]。滿堂支架法施工具有靈活、經(jīng)濟、適應性強等優(yōu)點，然而鑒于模板支架操作面上施工人員較多，安全性極為重要，支架的承載力及穩(wěn)定性直接影響著施工安全及箱梁的質量[2-4]。如何較為準確進行支架受力分析是十分必要的。當前項目部現(xiàn)澆箱梁滿堂支架施工專項方案驗算方法主要有兩種常用計算方法：①MIDAS Civil有限元計算；②理論解析計算。本文通過某項目滿堂支架兩種方法驗算結果對比，總結一定經(jīng)驗，為類似工程施工方案設計驗算提供一定參考。

1 工程概況

某匝道橋共四聯(lián)：7×20 m+(30+42+30)m+4×20 m+3×20 m；上部結構主橋采用預應力(后張)連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，引橋采用普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁。本次計算取箱梁搭設支架最高10.5 m的42 m跨現(xiàn)澆箱梁跨施工方案復核驗算。箱梁底寬14 m，高2.4 m，懸臂長2 m，端部厚0.2 m，根部加厚至0.5 cm，腹板厚0.75/1.0 m，頂板厚度均為0.25 m，底板厚0.22 m。

2 支架布置設計

采用承插型盤扣式滿堂支架施工，具體布置為：支架立桿采用Φ60×3.2 mm鋼管，材質為Q345B；橫桿、斜撐及水平斜桿均采用Φ48×2.5 mm鋼管，材質均為Q235B；豎直斜桿采用Φ48×2.5 mm鋼管，鋼材材質均為Q195；附加斜撐采用Φ48×3.5 mm，材質為Q235B。橫桿豎向步距為1.5 m/1.0 m/0.5 m，立桿縱橋向間距為0.6 m/0.9 m；橫橋向間距為0.6 m/0.9 m/1.2 m；所有模板均為15 mm厚優(yōu)質竹膠板，模板下方布置：橫橋向12 cm×12 cm的方木，方木下為縱向(間距同立桿間距)普通10號槽鋼；支架布置見圖1?；A采用22 cm厚C20素混凝土，基底持力層為經(jīng)地基處理后滿足承載力及正常使用要求土層。

圖1 支架布置示意圖

3 荷載取值

根據(jù)本工程概況及箱梁施工特點，支架驗算主要考慮如下荷載：①體系自重q1；②新澆混凝土自重q2(鋼筋混凝土容重取γ=26 kN/m3)；③施工荷載(施工人員、機具、材料等)q3=2.5 kN/m2；④振搗混凝土時對水平模板產(chǎn)生的豎向荷載q4=2.0 kN/m2；⑤振搗混凝土時對垂直模板產(chǎn)生的水平荷載q5=4.0 kN/m2；⑥傾倒混凝土作用于模板的產(chǎn)生的豎向荷載q6=2.0 kN/m2；⑦q7箱梁分兩次澆筑，第一次澆筑至腹板倒角下方，最大澆筑高度2.4-0.5=1.9 m，本次計算考慮澆筑速度的不確定，取新澆筑混凝土有效壓頭高度即為最大澆筑高度1.9 m；⑧順橋向風載計算取按照0.35 kN/m2，橫橋向風載計算取0.7 kN/m2；⑨內模荷載q9=2.0 kN/m2。

荷載組合參照路橋施工計算手冊執(zhí)行，其中荷載分項系數(shù)取值執(zhí)行《建筑結構可靠性設計統(tǒng)一標準》(GB 50068—2018)。

4 有限元建模及邊界條件設置

支架、方木等采用梁單元模擬，模板采用板單元模擬，立桿底部約束3個方向平動自由度，立桿頂部與10號槽鋼、10號槽鋼與橫向木方、方木與模板均采用彈性連接方式，依據(jù)《建筑施工臨時支撐結構技術規(guī)范》(JGJ 300—2013)輸入節(jié)點轉動剛度。采用MIDAS Civil 2019建立現(xiàn)澆梁支架整體模型，如圖2所示。

圖2 滿堂支架有限元模型

5 支架結構受力分析

根據(jù)荷載條件及材料特性取值，采用MIDAS Civil根據(jù)建立的整體支架模型并輸入相應荷載工況分析驗算?？紤]翼緣板荷載較小，取主箱梁區(qū)域支架作為分析對象。

5.1 底模板(t=15 mm)強度驗算

由圖3知主箱梁區(qū)域竹膠板最大組合應力σmax=1.12 MPa。取有限元計算組合應力相對應最大值位置(即支座實腹位置)進行模板理論解析，方木間距150 mm，混凝土高度2.4 m，采用15 mm厚模板，取1 000 mm寬度，跨度按照150 mm，按簡之進行計算，模板面荷載設計值q=1.3×(2.4×26+0.5)+1.5×6.5=91.5 kN/m2。最大彎矩設計值Mmax=0.125ql2=0.257 kN·m；最大彎應力設計值σmax=Mmax/W=6.86 MPa。

圖3 底模板組合應力云圖

5.2 方木強度驗算

由圖4知方木最大組合應力σmax=1.07 MPa。取有限元計算組合應力相對應最大值位置進行理論解析，方木間距150 mm，跨度為600 mm，按三跨連續(xù)梁進行計算，方木線荷載設計值：q=13.73 kN/m，最大彎矩設計值Mmax=0.1ql2=1.11 kN·m，最大彎應力設計值σmax=Mmax/W=6.67 MPa 。

圖4 方木組合應力云圖

5.3 10號槽鋼分配梁強度驗算

由圖5知10號槽鋼最大組合應力σmax=92 MPa。取有限元計算組合應力相對應最大值位置進行理論解析，槽鋼間距600 mm，跨度為900 mm，按三跨連續(xù)梁進行計算，方木線荷載設計值：q=13.73 kN/m，其中方木傳遞槽鋼為集中力，最大彎矩設計值Mmax=4.4 kN·m，最大彎應力設計值σmax=Mmax/W=110.94 MPa 。

圖5 10號槽鋼分配梁組合應力云圖

5.4 立桿強度驗算

由圖6知立桿最大壓彎組合應力σmax=144.8 MPa。分析取立桿受力最大位置(實心混凝土區(qū)域)進行理論解析，計算長度依據(jù)盤扣式支架安全規(guī)程取lo=1.8 m，立桿穩(wěn)定系數(shù)φ=0.558，不組合風荷載軸力設計值：Nmax=53.6 kN，穩(wěn)定應力設計值σ=N/(φA)=168.3 MPa。

圖6 立桿組合應力云圖

6 結 語

1)滿堂支架有限元計算結果與解析法計算結果進行對比，結果表明有限元計算結果較理論解析結果偏小，其中模板、方木兩種算法組合應力結果相差較大，而10號槽鋼主楞、立桿兩種算法組合應力結果相差較小。

2)兩種計算方法計算結果存在偏差，分析原因認為主要有兩個方面：①由于MIDAS Civil計算考慮整體性及模板、方木及10號工字鋼(或槽鋼)相互連接計算邊界條件簡化所致，隨著荷載向下傳遞邊界條件影響減小，故10號槽鋼和立桿計算結果相差較?。虎谝罁?jù)模板施工安全技術規(guī)范的理論解析按構件分開計算，計算模型簡化偏保守。

3)鑒于模板支架操作面上施工人員較多，安全性極為重要，為偏安全考慮，特別是對于MIDAS Civil有限元計算結果與容許值接近的方案建議補充理論解析計算。

4)本文研究為類似工程施工方案設計驗算提供一定參考，后續(xù)針對存在計算誤差原因將開展進一步研究。

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