悬臂连续梁边跨现浇段支架设计及结构检算

王智

摘    要：连续梁悬臂施工中，边跨现浇段一般采用支架法现浇，属关键工序，难度大、安全质量风险高。文章以某连续梁为例，依据现场实际情况和规范要求，进行了支架方案的設计和比选，对提出的支架方案采用有限元进行相应的分析和检算并得出了结论，可为同类工程提供参考。

关键词：连续梁;边跨;现浇;有限元分析

1  连续梁边跨现浇段支架概述

铁路桥梁上跨高速公路、跨河道等情况下，一般多采用连续梁的布置形式悬臂挂篮施工，主要优点是施工期间可以保障桥下的交通通行和水流的宣泄及通航;连续梁的中跨采用挂篮施工逐步推进，边跨段基本多采用支架法现浇。边跨现浇段的支架体积大、搭设要求较高、属于高空作业，安全质量风险大，不稳定因素多，支架结构的稳定性直接影响到现浇结构的施工质量和安全。

我们通常将边跨现浇段的支架分为落地支架和不落地支架。常用的不落地支架一般先在墩身与墩顶浇筑过程中预埋钢板和连接件，浇筑完墩身拆除模板后，利用预埋件与槽钢等连接成三角形托架后现浇施工。落地支架一般又分为多支点支架，如满堂钢管脚手架;和少支点支架，如采用梁柱式钢管立柱支架等。

2  工程概况

某铁路跨某高速公路连续梁采用（60+100+60）m布置形式，全联共分59个梁段，0#块节段长度14m，边跨直线段长9.75m，合拢段3个，节段长度为2m，悬臂段以0#块对称划分为2×2.5m+2.75m+3×3.0m+3.25m+4×3.5m+2×4.0m。梁体混凝土强度等级为 C55。边跨墩身高度14.5m、16m;边跨现浇段长度为9.75m，梁高4.6，箱梁底宽6.1m，顶宽11.8m，顶板厚度为35cm，腹板厚度为60cm，底板厚度为55cm，节段重423.8t。

3  现浇段支架的设计及比选

3.1  采用三角形托架的支架设计

托架结构形式使用双侧各6 榀三角形结构，托架由上平杆、斜杆、连接件、上锚座、下锚座组成，横向分配梁采用I32a，上平杆则采用2[40b 外扣，斜杆采用2[40b 内扣，下锚座采用2[40b 外扣，托架联系杆采用[40b。横向分配梁上纵向100×10cm 方木在上，模板为1.5cm 竹胶板。

3.2  采用梁柱式钢管立柱的支架设计

现浇段顺桥向设置两排Ф600[×]8的钢管立柱支架，先开挖两个条形混凝土基础，钢板预埋于混凝土条形基础上，再在钢板上焊接钢管立柱，每排5根;钢管立柱顶开槽设置横桥向双拼45#工字钢，工字钢顶纵桥向设置贝雷梁片，贝雷梁顶平放14#工字钢，将碗口支架底托置于工字钢上，顶托上设置横纵双向分配梁，横向10#工字钢在下，纵向10×10cm 方木在上，模板为1.5cm 竹胶板。

3.3  采用满堂钢管脚手架的支架设计

现浇段支架采用直径φ48壁厚3.5mm满堂钢管脚手架搭设，横向翼板下间距0.9m，腹板位置加密为0.3m，底板位置0.6m，纵向间距0.9m，在腹板处加密为0.3m。支架上部纵向铺设[10槽钢作为分配梁，分配梁上部横向铺设10×10方木，方木上铺设梁底模板。底模采用1.5cm竹胶板，底模横肋采用10[×]10cm方木，横肋间距25cm，纵肋采用15[×]15cm方木。

3.4  对三种支架的比选

通过对现场的调查发现现浇梁段下部位置地势平整，四周开阔，无坑塘，地基均为未扰动原状土。采用不落地支架搭设中需在墩身中预埋钢板，会造成墩身留疤痕;双侧三角形支架形式复杂，搭设难度大、要求高，预埋件强度和焊缝需进行计算与检测，槽钢和工字钢需切割焊接，再利用空间较小，施工成本较高;且不落地托架一般在施工现场墩高、坡陡的山区和沟壑地形情况下采用。所以综合考虑对不落地支架方案不予采用。

梁柱式钢管立柱支架方案需要对地基进行开挖处理，然后浇筑条形基础，在浇筑过程中预埋钢板，再对钢管立柱进行焊接及调直，需要材料种类较多（粗钢管立柱、贝雷梁、工字钢等），贝雷梁运至施工现场还需要拼装，且钢管立柱垂直度需要进行精准的控制，工序较繁琐，施工工期也比钢管脚手架方案长。

满堂钢管脚手架方案只需对施工场地进行简单平整，进行地基承载力检验后，浇筑垫层即可进行排架搭设。其对地基承载力要求更低，施工中均为多点支撑，沉降易控制，且搭设容易，拆解方便，工序简单易操作，施工更灵活速度更快;且前期准备工序时间短，脚手架钢管均为普通性建材，租赁较方便。

结合现场施工现场地形地貌、及场地运输情况，桥墩高度、及施工成本和工期要求等诸多因素综合考虑，最终选定采用满堂钢管脚手架支架方案。

4  满堂钢管脚手架受力分析

4.1  满堂钢管脚手架支架示意图

4.2  计算分析

4.2.1  结构模型

计算采用桥梁结构有限元分析软件MIDAS/CIVIL 2012建立支架的空间离散模型，对边跨现浇段满堂支架进行模拟分析计算。现浇段支架仿真模型如图3。

4.2.2  材料特性

各构件材料的容重及弹性模量等参数如表1所示。

4.2.3  荷载取值及组合系数

计算采用的标准荷载及组合系数如表2所示。

4.2.4  荷载组合

计算支架及模板支撑架构件强度、刚度、稳定性时的采用的荷载组合如下：

荷载组合Ⅰ为：1.2（p1+p2）+1.4（p3+p4+p5）;

荷载组合Ⅱ为：p1+p2;

荷载组合Ⅲ为：1.2（p1+p2）+0.9[×]1.4（p3+p4+p5+p5）;

4.2.5  约定

单位约定：长度：m;力：kN;弯矩：kN-m;

線位移：mm;角位移：度;应力：MPa。

坐标约定：X坐标方向为顺桥向，Y坐标方向为横桥向，Z坐标方向为竖向。

正负号约定：正号表示拉力，负号表示压力。

单元类型：支架均采用梁单元模拟，底模板采用板单元模拟。

4.3  验算结果

4.3.1  强度验算结果

4.3.2  刚度验算结果

4.3.3稳定性验算结果

4.4  建议与结论

4.4.1  建议

（1）必须保证纵、横、竖成线，纵横向杆件要用碗扣扣紧，形成牢固的纵、横、竖三维网架。

（2）注意检查实际钢管壁厚与计算采用壁厚，不一致时，应该按实际钢管壁厚重新计算。

（3）必须对支架进行荷载预压，以消除支架的非弹性变形，检验支架的承载能力。

（4）支架在荷载预压及混凝土浇筑过程中应进行变形监测;

4.4.2  结论

满堂式钢管脚手架支架承载能力大，拆装方便，搭设灵活效率高，施工速度快，经济适用，在地基不需处理即满足承载力要求的情况下是最常用的一种支架形式。

梁柱式钢管支架适合在地形有高差或特殊地质需要进行处理的情况下可采用。其钢管柱刚度大，弹性变形小，能确保支架的强度、刚度、稳定性。但对墩身达到一定高度，垂直度得不到保障的情况下，立柱可能受到偏心压力，影响支架的稳定。

托架形式一般在山区、沟壑等支架无法落地，墩身很高施工条件下采用，且支架的搭设难度较大，搭设质量要求高，现浇段长度过长的情况也会对托架造成较为不利的影响。

每一种支架形式的选择均需对现场地形地质、施工条件、梁体结构及相关要求综合考虑进行选定。支架结构的合理布置是保证边跨现浇段顺利浇筑的关键，因此，综合对边跨现浇段支架结构进行比选及结构分析是施工安全的重要保障和前提。

全文利用三维有限元分析软件Midas /Civil2012 对支架结构在不同状态下进行强度、刚度、稳定性进行受力分析，经检算边跨现浇段满堂支架结构的受力合理，支架整体结构的稳定性均能满足规范要求，该大桥的边跨现浇段的顺利浇筑及全桥顺利合龙，更一步证明了该支架满足设计规范和使用要求。本文支架结构受力及稳定性有限元分析方法可为类似的支架结构分析提供参考和借鉴。

参考文献：

[1] 周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册.

[2] JGJ 166-2016.建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范[S].

[3] TB 10110-2011.铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程[S].

[4] GB 50009-2012.建筑结构荷载规范[S].

[5] 陈让利.超高墩连续梁桥边跨直线段现浇支架方案比选与优选[J].四川建筑，2019（12）.

[6] 李运启.组合支架在高墩连续梁边跨现浇段中的应用[J].工程设备与材料，2017（9）.