箱梁碗扣式满堂支架的载荷计算可优化桥梁施工质量

2017-11-22姚文飞

中华建设 2017年11期

姚文飞

姚文飞

桥梁工程发展规模在社会进步和社会需求多样性的影响下不断扩大，在实际施工中应用箱梁碗扣式满堂支架，不仅能够提高施工的顺利程度，而且还会提高桥梁强度，优化桥梁质量。本文首先对该满堂支架做了基本介绍，然后以某工程为例分析了载荷，最后探究了承载力计算。

一、工程概况及载荷分析

1.工程概况

某桥梁工程所应用的钢筋混凝土箱形连续梁和预应力混凝土箱型连续梁分别为一联（19+19）m和（25+42+27）m，单箱双室式结构，梁高1.5m。箱梁截面大小：梁顶宽7.6m，底部宽4.8m，悬臂端部厚0.14m，直腹板厚0.5m，梁翼缘板悬臂长1.3m，顶（底）板厚0.26m，端横梁厚0.9m，悬臂根部厚0.5m，中横隔梁厚1.1m，跨中横隔板厚0.2m。

2.载荷分析

载荷分析计算所用原理为力的叠加，具体分析过程主要包括四方面。第一方面，支座位置梁高2.4m，针对4.8m宽主箱梁进行计算分析，钢筋混凝土取25kN/m3，载荷分项系数1.25；即结算过程为（2.4×4.8×1×25×1.25）/（4.8×1）=75kN/m2。第二方面，距离桥墩中心5m处梁高2.07m，顶板厚0.26m，底板厚0.26m，直腹板厚0.5m，腹板顶部三角块为0.5m×0.3m，腹板底部三角块为0.3m×0.3m，针对4.8m宽主箱梁进行计算分析，计算结果小于25.00kN/m2。第三方面，计算分析导管：载荷取2.1kN/m2，分项系数为1.5，结算过程为2.1×1.5=3.15kN/m2；振动棒冲击力：载荷取2.1kN/m2，分项系数为1.5，结算过程为2.1×1.5=3.15kN/m2。第四方面，模板、横楞和连接件。载荷取0.74kN/m2，分项系数取1.3，计算过程为0.74×1.2=0.89kN/m2。

3.支架施工

首先，处理支架地基。在正式处理地基之前，先对地基周围的土质情况全面分析，同时，实施基坑挖掘和软土处理，并用碎石土对其进行夯实处理，接下来进行平整、碾压，其中，上部基层碎土石厚度为0.5m，最后在其顶部浇筑0.45m厚C24砼为结构层，以此满足桥梁施工要求。然后，支架设计和搭设。横向布置距离为0.12m的翼缘顶处支架，该支架纵向距离0.9m，箱梁底间距0.9m，腹板处间距为0.9m，纵向间距仍为0.9m，同时，布置四排间隔一道的剪刀撑。支架底部垫木方木规格为0.12m×0.1m，支架顶设卧木方木规格为0.12m×0.1m，上部设计背条方木规格为0.1m×0.1m，间距为0.25m，以此支撑箱梁底模。

二、承载力计算

1.桥墩中心两侧5m范围处计算

首先，强度检验。方木用符号c表示，每根c平均载荷计算过程为32.56×0.9=29.30N/mm，支点处弯矩计算过程为0.1cI2=0.1×29.30×9002=2.4×106N/mm。截面抵抗矩计算过程为1503/5=6.75×105mm3。弯矩除以截面抵抗矩为（2.4×106）/（6.75×105）=0.15N/mm2。方木容许顺纹弯应力为11N/m㎡。弯矩除以截面抵抗矩的值小于11N/m㎡，符合施工要求。然后，刚度验算。截面惯性矩形计算过程为1504/11=4.6×107mm4，方木弹性模量为8.9×103MP。最大挠度计算过程为（0.676×29.30×9004）/（100×9×103×4.6×107）=0.31mm。容许挠度计算过程为900/401=2.24mm。即最大挠度0.31mm小于容许挠度2.24mm，符合施工要求。最后，满堂支架。碗扣式支架钢管规格为48×3.4mm，截面积为4.88×102m㎡，截面回转半径为15.77m，横杆步距为1999mm，可调节高度为301mm，立杆承受载荷计算过程为32.56×0.9×0.9=26.37kN。长细比计算过程为横杆步距（横杆步距+螺杆高度）/截面回转半径=（1999+301）/15.77=145.8，刚才设计强度为204N/m㎡，容许承载力计算过程为0.623×4.88×10×10×204=62.02kN。即立杆承受载荷26.37kN小于容许承载力62.02kN，符合设计要求。

2.桥墩中心两侧5m范围内计算

首先，强度检验。方木用符号c表示，每根c平均载荷计算过程为85.8×0.44=37.752N/mm，支点处弯矩计算过程为0.1cI2=0.1×37.752×4402=7.3×105N/mm。截面抵抗矩计算过程为1503/5=6.75×105mm3。弯矩除以截面抵抗矩为（7.3×105）/（6.75×105）=1.08N/mm2。方木容许顺纹弯应力为11N/mm2。弯矩除以截面抵抗矩的值1.08N/m㎡小于方木容许顺纹弯应力的值11N/m㎡，符合施工要求。然后，刚度验算。截面惯性矩形计算过程为1504/11=4.6×107mm4，方木弹性模量为8.9×103MP。最大挠度计算过程为（0.676×37.752×4404）/（100×9×103×4.23×107）=0.025mm。容许挠度计算过程为440/400=1.1mm。即最大挠度0.025mm小于容许挠度1.1mm，符合施工要求。最后，满堂支架。碗扣式支架钢管规格为48×3.4mm，截面积为4.88×102mm2，截面回转半径为15.77m，横杆步距为1999mm，可调节高度为301mm，立杆承受载荷计算过程为85.8×0.44×0.44=16.61kN。长细比计算过程为横杆步距（横杆步距+螺杆高度）/截面回转半径=（1999+301）/15.77=145.8，刚才设计强度为204N/mm2，容许承载力计算过程为0.623×4.88×10×10×204=62.02kN。即立杆承受载荷16.61kN小于容许承载力62.02kN，符合设计要求。

三、设置预拱度和加载预压

1.预拱度

计算所得预拱度数值，即预拱度最高值，这一数值应设置于桥梁跨径中间位置，对于其它预拱度数值，则最高值为中间值，桥梁两端计为零，分配方式主要有两种，一种是直线式，另一种是抛物线式。曲线方程表达式为：

2.加载预压

支架预压常用的重物材料主要有三种，第一种是袋装砂石料，第二种是袋装土，第三种是水箱。正常来讲，支架预压载荷较大，它是支架承受力的1.3倍。当基础预压工序完成后，进而恒载量可设置为1.0倍。为了增强支架在实际施工预压中的稳定性，避免出现支架失稳倾倒等现象，应实施逐级施压的方法，加载程序依次为55%、75%、99%。在此期间，应注意材料的防水性，如果应用的施压材料不具备防水功能，那么极易出现渗水影响重量变化的情况。除此之外，还应对监测点标高全面测量、记录，以此为依据进行沉降量计算，其中支架卸载的条件为：24小时内的沉降量数值不大于0.9mm，72小时沉降量数值不大于4.5mm。卸载5小时后，针对监测点标高变化情况全面监测，同时，计算得出相应的变形数值。