变截面连续梁边跨现浇段满堂支架设计

2016-10-20何红民

科技传播 2016年18期

关键词：翼缘板方木立杆

何红民

中铁十五局集团第五工程有限公司，河南洛阳 471200

变截面连续梁边跨现浇段满堂支架设计

何红民

中铁十五局集团第五工程有限公司，河南洛阳 471200

碗扣式满堂支架具有构造简单、操作方便等特点，在现浇箱梁的施工中应用较为广泛，以江北高速公路内荆河特大桥主桥边跨现浇段为例，详细介绍碗扣式满堂支架受力验算过程，为其他同类型桥梁施工提供参考。

边跨现浇段；满堂支架；设计

1 工程概况

江北高速公路内荆河特大桥全长1 392m，桥梁结构型式为23×25m简支变连续箱梁+（70+120+70）m变截面连续梁+22×25m简支变连续箱梁，其中主桥为（70+120+70）m变截面连续梁，采用挂篮悬臂施工，边跨现浇段长度为8.84m，梁高3m，底板宽度为6m，顶板宽度为12.75m，为单箱单室截面，采用碗扣式满堂支架施工。

2 设计说明

碗扣式支架由可调底托、立杆、横杆、可调顶托、纵桥向分配梁（15cm×15cm方木）、横桥向10cm×10cm方木、竹胶板等组成。

地基处理：由于该桥位于江汉河湖冲积平原区，地质主要为软性黏土，承载力较低，为保证支架基础具有一定的承载能力，选用40cm青砂和40cm毛渣对原地面挖除换填，并用压路机进行分层压实，地基承载力不小于160kPa，然后用20cm厚C20混凝土进行硬化处理。

支架搭设及模板安装：满堂支架采用碗扣式钢管支架，选用外径48mm，壁厚3.5mm，强度等级Q235A的钢管。立杆间距横桥向按照60cm布置（腹板位置加密为30cm），顺桥向按照60cm布置（端横梁位置加密为30cm），横杆步距为120cm，底层水平杆步距为40cm，顶层水平杆步距为60cm。支架搭设完毕后用15cm×15cm方木作为纵向分配梁（腹板和端横梁位置间距为30cm，其余部分间距为60cm），在分配梁铺设10cm×10cm方木（端横梁位置满布，其余位置间距为20cm），最后铺设1.5cm厚竹胶板作为底模。侧模采用1.5cm厚竹胶板，竖肋采用10cm×10cm方木，间距为20cm；横肋采用双拼Φ48mm钢管，间距为60cm。为了加强支架整体稳定性，在碗扣支架搭设后，采用扣件式钢管架设置剪刀撑，其中顺桥向设置左右两侧及中间各设一道，横桥向每4排设置一道。剪刀撑沿支架高度连续设置，随立杆、横杆同步进行，剪刀撑保证与地面夹角为45º～60º。剪刀撑扣件间距不大于2m。

3 满堂支架受力验算

3.1碗扣支架承载力计算

3.1.1永久荷载

1）模板及支撑架自重标准值1Q：10m以下的支撑架可不计算架体自重，即10Q=。

2）新浇筑预应力钢筋混凝土自重标准值2Q。

箱梁腹板、底板在各箱室保持一致，可取箱梁结构的翼板边线至第一个中腹板位置进行计算，箱梁砼容重取25.0kN/m³。

图1　箱梁A—A断面荷载分布示意图（荷载单位：kN，尺寸单位：cm）

3.1.2可变荷载

施工人员及设备荷载标准值3Q：2.0kN/m2；

浇筑和振捣混凝土时产生的荷载标准值4Q：2.0kN/m2。

单肢立杆轴向力和承载力按下列公式计算：

以B-B箱梁断面处腹板为例进荷载计算：

依次计算其它区段荷载，单根立杆最大轴向荷载为16.402kN。

3.2立杆稳定性验算

碗扣支架立杆采用外径48mm，壁厚3.5mm钢管，面积A＝489mm2，回转半径i=15.8mm，截面模量W=4.49×103mm3。抗压、弯强度设计值f=205MPa，碗扣单根立杆最大轴向力为N=16.402kN，安全系数k≥1.3。

单根立杆强度验算时，需满足：

单根立杆稳定验算时，需满足：

满堂碗扣支架立杆计算长度按下式计算：

其中a为立杆伸出顶层水平杆长度，设计控制在60cm，最上2层步距控制在60cm。

由此可查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)附录E，可知立杆稳定系数为0.490。

立杆稳定性验算：

经验算，碗扣架立杆强度、稳定性满足设计要求。

4 竹胶板受力验算

4.1荷载标准值取值

4.2荷载组合

计算模板及支架结构或构件的强度、稳定性应采用荷载设计值即荷载标准值乘以荷载分项系数。

计算正常使用极限状态变形时，应采用荷载标准值。

强度验算时：永久荷载分项系数取1.2，可变荷载取1.4。

挠度验算时：为永久荷载标准值。

4.3底模竹胶板验算

底模采用15mm厚竹胶板，其下为横桥方向放置的10cm×10cm方木，端横梁位置处满布，其余位置间距为20cm。由于端横梁位置处满布，故不需验算。B—B断面腹板处最大砼荷载为35.63kN/ m2(21.38/0.6=35.63kN/m2)，底板处最大砼荷载为15.18kN/m2(9.11/0.6=15.18kN/m2)。

4.3.1底板处模板

1）荷载。竹胶板计算时取1.0cm宽板条进行计算，将其荷载转化成线均布荷载。强度验算荷载：

刚度验算荷载：

2）受力模型。将受力简化成受均布荷载的三跨连续梁。

图2

3）内力计算。弯矩：

4.3.2腹板处模板

1）荷载。竹胶板计算时取1.0cm宽板条进行计算，将其荷载转化成线均布荷载。

强度验算荷载：

刚度验算荷载：

2）受力模型。将受力简化成受均布荷载的三跨连续梁。

图3　腹板板处竹胶板受力模型图（单位：kN/m）

3）内力计算。弯矩：

4.3.3强度验算

竹胶板抗弯刚度：

弯曲应力：

通过以上计算，σ=5.16MPa<[σ]=35MPa，则底模模板强度满足施工使用的要求。

4.3.4刚度验算

混凝土模板用竹胶板惯性矩为：

均布荷载作用下刚度验算公式，其挠度计算过程如下所示。

通过以上计算可知，f=0.160mm<[f ]=L/400=200/400=0.500mm，则底模模板刚度满足施工使用的要求。

5 10cm×10cm方木受力验算

箱梁底板竹胶板下10cm×10cm方木为横桥方向放置，端横梁位置处满布，其余位置间距为20cm。

5.1A-A断面处

荷载。由于端横梁处方木满布，故选取竹胶板上0.10m宽的荷载作用其上，砼最大压力荷载为A-A断面75kN/m2（22.5/0.3=75kN/m2），将其荷载转化成线均布荷载。竹胶板上0.1m宽的荷载作用其上，翼缘板最大压力荷载15.73kN/m2（7.077/0.45=15.73kN/m2）。

1）腹板强度验算荷载

2）翼缘板强度验算荷载

刚度验算荷载：

5.2B-B断面处

5.2.1荷载

B—B断面处腹板最大砼荷载为35.63kN/ m2(21.38/0.6=35.63kN/m2)，底板处最大砼荷载为15.18kN/m2(9.11/0.6=15.18kN/m2)，翼缘板处最大砼荷载为14.33kN/m2(8.6/0.6=14.33kN/m2)。

1）底板处方木。竹胶板上0.2m宽的荷载作用其上，将其荷载转化成线均布荷载。

强度验算荷载：

刚度验算荷载：

2）腹板处方木。竹胶板上0.2m宽的荷载作用其上，将其荷载转化成线均布荷载。

强度验算荷载：

刚度验算荷载：

3）翼缘板处方木。竹胶板上0.2m宽的荷载作用其上，将其荷载转化成线均布荷载。

强度验算荷载：

由于B—B断面处腹板强度验算荷载与翼缘板强度验算荷载都大于端横梁断面处腹板强度验算荷载与翼缘板强度验算荷载，故选取B—B断面进行验算。

5.2.2强度验算

根据以上计算结果，B—B断面在腹板处方木受力最大，间距为0.3m，翼缘板与底板间距均为0.6m，但底板所受均布荷载大于翼缘板所受均布荷载，故选取腹板与底板进行验算，将受力简化成受均布荷载的三跨连续梁。

1）内力计算。

弯矩：

剪力：

2）强度验算。

抗弯模量：

正应力：

剪应力：

图4　底板处横向方木受力模型图（单位：kN/m）

3）内力计算。

弯矩：

剪力：

4）强度验算。

抗弯模量：

正应力：

剪应力：

通过以上计算，根据《路桥施工计算手册》表8-6查红松的容许弯曲应力，可知σ=1.029MPa<[σ ]=15.0MPa，τ=0.2573MPa<[τ]=1.6MPa。则横桥向10cm×10cm方木强度满足施工使用的要求。

5.2.3刚度验算

红松的弹性模量E=9×103MPa，根据《材料力学》可知挠度计算如下所示。

均布荷载作用下刚度验算公式，其挠度计算过程如下所示。

通过以上计算可知，f=0.062mm<[f ]=L/400=600/400=1.5mm，则横桥向10cm×10cm方木刚度满足施工使用的要求。

6 15cm×15cm方木受力验算

纵桥向选用15cm×15cm方木放置于碗扣支架顶托之上，根据翼缘板、底板和腹板部位不同，15cm×15cm方木跨径有0.3m、0.6m两种。对两种跨径下的15cm×15cm方木进行强度和刚度验算。

6.10.3m跨径

15cm×15cm方木横桥向间隔0.3m，纵桥向A-A断面跨径0.3m布置，砼荷载为75kN/m2（22.5/0.3=75 kN/m2）。

表1　分配梁内力计算表

1）荷载。将荷载转化成线均布荷载。

强度验算荷载：

刚度验算荷载：

2）受力模型。将受力简化成受均布荷载的三跨连续梁。

图5　跨径0.3m纵向分配梁受力模型图

6.2 0.6m跨径

在B-B断面处，15cm×15cm方木横桥向在翼缘板与底板处间隔是0.6m，腹板处是0.3m。砼荷载为翼缘板为14.33kN/m2（8.6/0.6=14.33kN/m2），底板20.24kN/m2（9.11/0.45=20.24kN/m2），腹板71.27kN/m2（21.38/0.3=71.27kN/m2）。

1）荷载。将荷载转化成线均布荷载。

腹板强度验算荷载：