桥梁施工中承插型键槽式钢管支架的应用分析

文/黄闫晨、张振勇

1 项目实例和施工难点

1.1 工程概况

某工程是当地重点建设项目，对于促进交通运输和经济发展都有着极为重要的作用。整体向南沿线布设，和机场中的T1、T2 航站楼匝道连接，整体长度为4.763km，桥梁11 座，总长4.5km(含匝道)。主线高架桥的上部结构应该使用预应力连续箱梁结构，共18联。该项目中应用的是键槽式的钢管支撑结构体系，可以大大提升工程的安全性和质量水平，满足项目施工需要[1]。

1.2 项目实施特点与难点

1.2.1 桥梁建设规模大，施工工艺复杂

桥梁总体长度为4.5km，包含匝道在内，有11 座桥梁，施工量巨大，并且该主线高架桥的第17 联是跨越磁浮快线桥项目，墩身结构高度为16m，强磁的条件下施工空间比较小，工艺也比较复杂。

1.2.2 气候环境恶劣，工期紧张

该桥梁所处地区为亚热地湿润气候条件，全年雨量充足，4～7月多雨，年均降雨量1422.4mm。在施工环节遭遇到50a 一遇的特大性暴雨，使得高架桥项目的施工难以顺利进行。对于工程中的实施难点来说，为了消除不良天气所带来的影响，使项目可以顺利进行，确定使用承插型键槽式临时支撑结构，按照项目的施工质量要求，结合支撑体系选择最佳的施工方式，从而保证整个工程施工更加安全、稳定。

2 项目支撑体系设计

2.1 键槽式钢管支架

键槽式钢管支架是现代社会中非常重要的一种支撑结构体系，其体系的稳定性比较强，还存在多个方面的支撑，稳定性比较高。水平杆两侧应该设置插头结构，立杆应该焊接插座，且保持二者的承插连接，达到“榫卯”结构的要求，保持稳定性。搭建环节不使用紧固扣件，自稳性能好且拆装更加方便。键槽钢管支架在设置临时支撑体系时，应与顶层横杆设置为主龙骨，同时可以适当减少方木使用量。与传统脚手架结构形式对比分析，该结构形式可以达到管件合一，能够消除自由段部分，且自锁能力更强，力学强度、稳定性都比较高，并且立杆、横杆间隔距离相对较大，杆件使用量比较少。根据实际情况可知，键槽式钢管支架具备如下优势：

2.1.1 多功能顶撑，消除自由端

架体顶部应用的是多功能顶撑来替代传统顶托结构，该结构不能直接连接水平杆，但能够实现水平斜杆、竖向斜杆的连接，可以组合成为几何稳定性较强的结构体系。与传统支架结构对比分析，承载性能提升50%以上，结构性能比较强。

2.1.2 斜杆设置安全灵活

斜杆设置要保证其模板结构达到标准化的要求，同时还应该保证扣件更加灵活。承插型键槽模板结构可以通过在立体位置上设置斜杆来达到稳定性的要求；同时，还应该布置节点防崩脱结构，在达到安全性的基础上，降低施工成本。

2.1.3 “榫卯”结构安全快速

键槽钢管结构形式充分发挥出了我国古代建筑“榫卯”结构的优势，可以达到较强的自锁性能，成为管件合一的形式，节点刚性较强，具备较高的稳定性。

2.1.4 通用性强

键槽钢管结构可以达到标准要求，立杆和水平杆总计包含0.4m、1.1m、2.1m 与0.6m、0.9m、1.2m 等6种规格，能够满足多种建筑结构施工要求，且符合美观性、规范性的要求[2]。

2.2 承插型键槽式钢管支架设计与布置

2.2.1 键槽式钢管支架设计

在该机场交通项目建设阶段，键槽式钢管支架结构形式的设置间距为：横与顺桥方向下间隔距离90cm，腹板和中隔墙的位置上应该增大设置密度，横顺桥间隔距离应该设定为60cm。为了满足阴雨天气的正常使用要求，确保工程的质量，可以使用木塑模板和木塑工字梁来替换传统的木质结构形式，同时键槽上部钢管需要设置多功能支撑结构，上部横桥方向中设置100mm×100mm 方木(φ48 钢管)，然后沿着顺桥向设置60mm×100mm 木塑工字梁，最后在木塑工字梁上部设置15mm 厚木塑模板，并将其作为底模与侧模的部分。混凝土箱梁两侧翼板应该按照要求布置分荷梁，其中还需要在纵向上设置2 根垫梁。

2.2.2 键槽式钢管支架布置

根据键槽式钢管支架施工方案布置：顺桥向立杆间距90cm、梁端间距60cm，横桥向立杆间距90cm、腹板间距60cm，可以使整个支架结构组合成为稳定的结构体。键槽式钢管支架的设置要严格按照要求进行横纵间隔距离的确定，并在剪刀撑的位置上做如下布置：竖向剪刀撑，在整个长度中进行设置时，中间部分应从底部连续布置，且间隔距离控制在4.5m 以下，钢管长度控制在6m 以下，并与地面保持45°～60°，每个斜杆都要和立杆稳定连接；水平剪刀撑，支架顶、底部的位置上都要设置一层稳定结构，且中间的间隔距离应该确定在4.8m 以下，间隔4 步就要布置一层结构；剪刀撑搭接长度需要控制在1m 以下，每个结构部分设置3 个以上的扣件，并保证其和端部距离在100mm 以下，每个部分都要和立杆稳定连接；支架与墩柱的连接要达到稳定性的要求，断面两侧翼缘板梁高的施工范围应该确定间距为0.6m，翼缘板圆弧位置应该适当增加剪刀撑结构。

3 支架承载力验算及施工要求

3.1 键槽式钢管支架试验研究

键槽式钢管支架结构的受力比较多，且其与扣件钢管脚手架的结构形式基本相同，节点也属于半刚性节点的形式，因而键槽式支架在节点上受力更加合理。在整体架构分析的过程中，该项目所应用的是半刚性框架结构形式，并进行整体试验分析确定，键槽支架支点可以达到转动的效果；另外，还要对其进行稳定性分析。

3.1.1 足尺整架试验

选择使用平衡加载的试验方式，在顶部设置双层分配梁体结构和两台千斤顶，同时还要保持受力均匀，两侧施加力要对称进行。

3.1.2 钢管材料性能试验

为了使钢管支架结构的材料符合标准要求，应对材料性能进行检测。随机选择工程中所需要使用的钢管作为试样，同时加工成为纵向弧的形式，数量为3个，将其放置在万能试验机上做拉伸试验[3]。经试验结果分析发现，承插键槽的钢管支架结构性能符合标准要求，能够满足工程的施工需要。

3.1.2.1 键槽式钢管支架经济实用性分析

3.1.2.1.1 支撑体系应用效果

在该大型项目的施工过程中，应用键槽式钢管支撑结构体系能够达到安全性、稳定性的要求，且施工方便快捷，还可以节约木材，降低施工成本。对比分析发现，承插型键槽支架要比碗扣支架形式节约材料成本在30%以上，且整个结构形式的承载性能比较大。

3.1.2.1.2 基本性能分析

本文具体从构件、节点、架体等方面进行分析，了解键槽支架和钢管扣件，分析脚手架性能。通过分析发现，键槽式支架形式的标准化、稳定性较强，承载性能较高，且操作方便，能够满足工程的施工需要。

3.1.2.1.3 经济可行性分析

承插型键槽式钢管支架是一种大型空间的脚手架较高形式，跨距0.9m×0.9m，最大可至1.2m×1.2m，要远远超过碗扣脚手架的0.6m×0.9m 跨距，相同规格形式的重量也比较小。在同等高度、同样面积的条件下，和脚手架进行对比分析，发现其比3 类支模结构形式的成本方面存在如下的差异：键槽钢管支架结构形式中，支架体系所应用的构件数量和盘扣式模架有着非常大的区别，且远远低于碗口模架的结构形式，键槽钢管的支架需要的总体租赁费用为0.02 元/(m·d)，每1m2只要10.15 元的成本，成本较低，性价比最高。通过全面对比分析发现，承插型键槽支架结构形式要比钢管扣件、碗扣支撑架结构形式的成本节约30%以上的材料与工时，同时结构性能也能得到有效的提升，满足工程的正常施工需要。

4 结语

本文主要以某机场大型的桥梁工程项目进行分析，研究分析了新型模架结构形式所产生的积极效果，分析承插型键槽结构在高架桥结构项目中所产生的积极作用。结合项目的实际情况，选择承插型键槽钢管支架形式，分析该支架形式的特点、稳定性、成本等方面。根据实际研究发现，应用该种结构形式的支撑结构体系，可以达到正常的使用需要，并且该模架结构形式操作简单、施工效率高、通用性比较强，同时还具备非常高的性价比，能够全面提高高架桥的施工效果。但是在实践中，工作人员还需要结合工程的具体情况做好支撑结构体系的处理，保证各个结构部分的连接性能达标，以满足工程的施工稳定性、安全性的要求，提高支撑结构的整体性能，满足高架桥施工项目的标准要求。