盘扣式满堂支架法现浇施工结构优化研究

牛和祥

(重庆交通大学，重庆 400000)

0 引 言

满堂支架法现浇预应力混凝土连续箱梁作为桥梁工程中比较常见的施工方法，随着我国铁路和公路桥梁的快速发展得到更多的应用，其施工工艺和技术不断完善和成熟。但是，作为建筑中不可或缺的部分，经常发生脚手架倒塌、模板支架失稳等工程事故，特别是模板支架，在浇筑混凝土支模过程中时常发生整体坍塌并不少见，所以对其安全性要求也日益增强。本文以江苏盐城东环路主线桥第一联箱梁满堂支架法现浇施工项目为工程背景，主要针对翼缘板下斜撑及其相连水平杆件布置形式进行验算，并提出相应的改进措施以提高工程安全性，可为同类型满堂支架布置形式提供参考依据。

1 工程概况

东环路主线桥位于江苏省盐城市，首联现浇箱梁采用盘扣式满堂支架法现浇施工，盘扣式支架由水平杆、斜杆、盘扣式支架立杆、斜撑小钢管、可调托座及可调底座组成。纵向竖杆在箱梁实腹段步距为60 cm，变截面段步距为120 cm，跨中截面段增大至150 cm。横向翼缘板下竖杆步距为120 cm，腹板下减小至90 cm，空腹段下竖杆为150 cm与120 cm间距交替布置。水平杆件标准纵向步距为50 cm，由于箱梁存在高差变化，部分采用间距为20 cm的水平杆。整个盘扣式满堂支架沿桥梁纵向47排，横向24列。

2 有限元模型

斜撑小钢管布置沿桥梁纵向步距为50 cm，局部计算模型中，选取纵向间距为纵向150 cm的模型进行有限元分析。在间距为150 cm内布置两根斜撑，此时横向杆件为最不利情况。横向小钢管与竖杆和斜撑采用扣件连接，仅能传递线位移，而不传递弯矩。局部模型当中横向小钢管与竖杆和斜撑用只约束线位移的一般连接进行分析。利用通用有限元软件Midas Civil建立局部模型如图1所示。

图1 局部计算模型示意图

3 设计参数

结构计算所使用材料属性如表1所示。

表1 结构计算使用材料属性

4 斜撑及与其相连水平杆验算

局部模型专门针对腹板两侧斜撑小钢管及横向小钢管进行验算，考虑混凝土二次浇注过程，计算采用第一次浇注时的混凝土高度。在计算过程中，将混凝土看做流体，将其荷载等效到斜撑小钢管顶托位置。斜撑小钢管及横向小钢管布置如图2所示。

图2 斜撑小钢管及横向小钢管布置图

对原设计方案开展有限元分析，小钢管斜撑及横向小钢管为梁单元，提取结果计算弯拉应力，公式同盘扣式支架立杆。斜撑顶托部分为悬臂状态，μ=2。横向小钢管及横向小钢管间的斜撑为梁端固定情况，μ=1。各尺寸斜撑小钢管计算长度l0、φ及其应力如表2所示。

表2 各斜撑计算数据表

斜撑小钢管材料Q235钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=205 MPa，由表2可知，水平杆件内应力远低于规范限值，其稳定性满足要求。

横向小钢管为纯弯构件，计算公式如下

(1)

根据提取弯矩代入式(1)，可得

经过计算可知，横向小钢管所受的弯拉应力远超过材料所能承受的极限，所以需对横向小钢管的布置进行调整。

5 横向小钢管对结构的影响

针对横向小钢管抗弯能力不足的问题，提出两种改进措施：一是将原材料Q235的Φ48 mm，δ=2.75 mm小钢管改为材料为Q235的Φ60 mm，δ=3.2 mm钢管，并增加数量，由之前的4根横向Φ48 mm小钢管改为6根Φ60 mm钢管。具体布置如图3所示；二是增加原材料Q235的Φ48 mm，δ=2.75 mm小钢管数量，采用2根并排的方式，并在相邻竖杆增加2根并排Φ48 mm，δ=2.75 mm小钢管，单根斜撑有与6根小钢管相连。具体布置如图4所示。

图3 加粗横向小钢管布置

图4 并排横向小钢管布置

与斜撑相连的横向钢管计算结果前后对比如表3所示。

表3 计算结果前后对比

由表3可知：

(1)采用方案一后，与斜撑相连的横向钢管弯拉应力减小为186.20 MPa，小于材料的强度设计值205 MPa，能充分发挥材料的承载能力，说明调整方案一是可行的。

(2)采用方案二后，与斜撑相连的横向钢管弯拉应力减小为166.67 MPa，小于材料的强度设计值205 MPa，能充分发挥材料的承载能力，说明该方案可行。

6 结 论

(1)斜撑小钢管内应力值均较小，远低于规范限值205 MPa，结构稳定性满足要求。

(2)与斜撑小钢管相比，横向小钢管所受弯拉应力比较大，超过其抗弯能力极限，需要对斜撑小钢管做出调整，在合理位置增加其数量或者改变其厚度等。

(3)横向小钢管加厚并增加其数量和采用并排横向小钢管对于改善结构受力具有明显的作用效果，大大降低了局部构件应力集中现象。其中，采用并排小钢管布置形式更为简单有效，有利于施工过程安全性。