铁路连续梁桥现浇段支架验算分析

王炳军

(浙江明康工程咨询有限公司)

1 引言

在地质条件良好、墩高较小的情况下，满堂支架法是一种简单易行的施工方法，在我国的桥梁施工中广泛地应用了这种方法。以往对支架进行验算是将支架中的横梁按照三跨连续梁或者是简支梁的模式来进行计算的，这样的模拟与真实的情况就有较大的差别，首先真实的横梁应该是多跨连续梁的形式，另外约束方式也有很大差别，这就导致计算结果与真实值有大的出入，对一在建的连续梁边跨现浇段支架分别按照解析法和有限元法进行验算，并且对两种方法的计算结果进行了对比分析，能够为同种施工方法的支架验算提供参考。

2 工程概况

以某连续梁桥为工程背景，桥跨布置为58 m+96 m+58 m，主梁为单箱单室构造，边跨现浇段施工采用满堂支架的形式，支架施工方法为。

(1)地基处理，待下部承台回填夯实后，对原地面以下1 m内用碎石土进行换填，采用分层换填法，每层厚度不超过30 cm，地基处理的范围为现浇段平面轮廓外加1 m工作面。换填完成后由试验人员对处理后的地基进行击实试验，以保证地基承载能力不小于150 kPa。换填完成后地基表面浇筑20 cm厚C25混凝土。

(2)满堂支架施工，地基处理完成后即开始进行现浇段满堂支架的搭设。立杆采用Φ48×3.5 mm钢管，腹板下立杆间距为30×60 cm(横向×纵向)，横杆竖向步距为120 cm;底板下立杆间距为60×60 cm(横向×纵向)，横杆竖向步距为120 cm;翼缘板下立杆间距为90×60 cm(横向×纵向)，横杆竖向步距为120 cm。碗扣式脚手架搭设完成后在立杆顶端分别安装横向和纵向木枋，纵向木枋顶面平铺木胶板底模。满堂支架布置及荷载取值如图1、图2所示(单位：cm)。

图1 满堂支架平面布置图

图2 现浇段箱梁断面图

3 支架验算的解析法

3.1 支架荷载组合

(1)强度荷载组合按照1.2×恒载+1.4×活载进行。

(2)刚度荷载组合按照1.0×恒载进行。

3.2 木枋受力验算

纵向、横向木枋受力验算

(1)按照腹板下荷载作用力计算，木枋的分配梁计算跨度设为600 mm(中心间距)。

(2)按照底板下荷载作用力计算，木枋的分配梁计算跨度设为600mm(中心间距)。

(3)按照翼缘板下荷载作用力计算，木枋的分配梁计算跨度设为600mm(中心间距)。

纵向木枋强度和刚度满足要求。

同理，横向木枋强度和刚度满足要求。

3.3 立杆验算

(1)腹板处计算

单肢立杆轴力计算：N=151.2 ×0.3 ×0.6=27.22 kN

立杆强度验算

立杆稳定性验算

碗扣式支架立杆竖向位移计算

(2)底板处计算

单肢立杆轴力计算：N=35.77 ×0.6 ×0.6=12.88 kN

立杆强度验算

立杆稳定性验算

碗扣式支架立杆竖向位移计算

(3)翼缘板处计算

单肢立杆轴力计算：N=32.67 ×0.6 ×0.6=17.64 kN

立杆强度验算

立杆稳定性验算

碗扣式支架立杆竖向位移计算

3.4 地基承载力计算

由以上计算结果对比可知，腹板处单肢立杆轴力最大，Nmax=27.22 kN，立杆下钢垫片长度为 0.15 m，混凝土厚度为0.2 m，则立杆下混凝土承载力

故地基承载力满足要求。

4 支架验算的有限元法

4.1 有限元模型的建立

应用midas软件对满堂支架建立有限元模型，建立模型时，以顺桥向里程增大方向为X轴的正向，立杆轴向向上为Z轴正方向。顶层模板应用平面应力单元，木枋、立杆应用一般梁单元，浇筑混凝土应用8节点实体单元。该支架模型共应用了6 928个节点，15 250个单元。

4.2 有限元分析结果

(1)有限元模型计算的纵向木枋的应力和变形结果如下图3～图4所示。

(2)由于缺少满堂支架下部基础的实测弹性模量等数据，所以有限元模型中未建立地基部分的模型，地基承载力由有限元模型计算出的立杆轴力进行计算，立杆轴力最大Nmax=19.89 kN，立杆下钢垫片长度为 0.15 m，混凝土厚度为0.2 m，则立杆下混凝土承载力：

地基承载力

图3 纵向木枋应力云图

图4 纵向木枋变形

故地基承载力满足要求。

5 支架验算的解析法与有限元法结果对比

将该桥满堂支架解析法验算结果与有限元法验算结果进行对比如表1所示。

地基承载力

表1 解析法与有限元法计算结果对比

由表1可知，解析法和有限元法的计算结果比较接近，其中纵向、横向木枋、立杆等构件的强度有限元解都比解析解小，竖向变形有限元解则比解析解大，横向木枋的有限元解比按照简支梁计算出的容许值略大。

6 结论

本文结合一座在建铁路连续梁桥边跨现浇段满堂支架的施工方法，分别通过解析方法和有限元方法对满堂支架进行了验算分析，验算了支架纵向木枋、横向木枋的强度和刚度，立杆的强度、刚度和稳定性，最后将两种方法得出的结果进行了对比，解析解和有限元解比较接近，支架的承载力能够满足安全要求。

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［1］中华人民共和国行业标准.铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程(TB10110-2011)［S］.中国铁道出版社，2011.

［2］陈伟刚，黄勇.桑坝大桥拱桥支架有限元分析［J］.山西建筑，2010，(9).

［3］尹帮奇.独木河大桥贝雷拱架静力分析［J］.贵州工业大学学报(自然科学版)，2008，(6).