销棒—桁架组合支架在大悬臂盖梁施工中应用

张 涛

(上海城建市政工程(集团)有限公司，上海 200135)

1 概述

落地支架法是盖梁现浇施工中常见的方法，包括脚手架满堂法、钢管支撑支架法等，其优点表现在结构安全易控，但缺点同样明显，体现为需要良好的地基基础、占用盖梁下空间从而影响交通以及经济性较差等[1，2]。针对盖梁下是圆形立柱的抱箍法虽然可以利用抱箍与混凝土立柱之间的摩檫力，避免落地支架法的大部分缺点[3]，但适用性较小且风险较大。本文根据大悬臂、高净空盖梁实际工程的需要，保证支架体系的结构稳定、强度与刚度安全，同时满足盖梁下空间不被占用、支架主材可循环使用、盖梁流水施工无缝对接等施工和经济性要求，研究设计了销棒—桁架组合式不落地组合支架，并进行了结构计算分析。

2 工程概况

杭州时代大道南延(绕城至中环段)工程位于杭州市萧山区，起点为闻戴公路与绕城公路交叉口以南约60 m处接时代大道改建工程。盖梁长度均为24.8 m，截面宽度为2.4 m～2.6 m，最大悬臂长达10.05 m，盖梁离地面高达10.5 m，如图1所示。

3 方案设计

大悬臂预应力混凝土盖梁现浇施工过程中一方面需要保证社会车辆通行，不具备封闭施工的条件；另一方面支架体系能够满足循环利用，搭建与拆除方便等。提出了销棒—桁架式不落地组合支架法进行施工法。双柱桥墩盖梁施工附着式支架采用在两墩柱上各穿2根φ80 mm 30CrMnTi高强钢棒，牛腿上面采用墩柱两侧用HN1 200×500×14/26的H型钢做横向主梁，横向主梁上面安放一排每根5.2 m长的20a工字钢作为纵向分布梁。纵向分布梁上铺设盖梁模板如图2所示。盖梁支架包括：1)主受力支架；2)牛腿支撑系统；3)模板系统；4)倒角支架四大部分组成。主受力支架包括焊接H型钢主梁、底横梁双拼32a槽钢梁、斜撑双拼32a槽钢梁、竖吊杆撑双拼32a槽钢梁四部分组成，及其相应的加劲板和水平撑等构件。牛腿系统包括预埋套管、80销棒、支撑板、精铸卸落装置或砂筒组成。模板系统包括底膜、侧模及支撑件。倒角支架由Ⅰ10a工字钢、8a槽钢焊接形成桁架。

4 销棒—桁架式不落地支架计算

4.1 计算荷载

本工程24.8 m大悬臂盖梁混凝土中间高度为2.6 m，边高度为1.86 m，盖梁宽度为2.4 m，按一边1.2 m计，盖梁模板高度按3.5 m考虑。根据JTG/T F50—2020公路桥涵施工技术规范[4]，结合工程实际，支架的计算荷载项目包括结构及模板自重、盖梁浇筑混凝土及钢筋的重力、施工人员及施工设备、施工材料等荷载以及振捣混凝土时产生的振动荷载，风荷载较小，此处忽略不计。支架自重作用于支架整体范围内，其余荷载均作用于支架的上横梁之上。各项荷载具体数值如表1所示。

表1 支架计算各项荷载标准值

为考虑施工人员和机械设备在盖梁施工中的分布情况，将此项荷载考虑沿着盖梁长度完全对称平衡的分布和单边不平衡的分布两种情况。本工程支架计算荷载组合如表2所示。

表2 支架计算荷载组合

4.2 有限元模型

利用Midas Civil软件，建立双柱式盖梁不落地支架的空间有限元模型，共计梁单元174个，节点142个。模型如图3所示。

4.3 支架计算

4.3.1 组合正应力

支架组合正应力如图4所示。组合Ⅰ和组合Ⅱ作用下，主梁最大应力为106 MPa(拉)，斜撑最大应力为127 MPa(压)，底横梁最大应力为79 MPa(压)，竖拉杆的最大应力为102 MPa(拉)。最大正应力σ=127 MPa≤f=205 MPa，满足规范要求。

4.3.2 剪应力

支架剪应力如图5所示。组合Ⅰ和组合Ⅱ作用下，最大剪应力τ=71 MPa≤fv=125 MPa，满足规范要求。

4.3.3 挠度

支架剪应力如图6所示。组合Ⅲ和组合Ⅳ作用下，结构悬臂端最大挠度19.5 mm，发生在施工人机荷载单边作业的组合Ⅳ中，小于允许最大挠跨比L/400=8 900/400=22.3 mm。最大位移小于允许支架最大位移，满足规范要求。

4.3.4 稳定性分析

利用Midas屈曲分析功能进行整体稳定性计算，定义型钢自重、支架模板自重、盖梁浇筑混凝土及钢筋自重为常量，施工人员及设备和横向风荷载为变量。屈曲稳定性分析的荷载组合为：

组合a：1.0×(①+②)+λ×(平衡③+④)；

组合b：1.0×(①+②)+λ×(不平衡③+④)。

其中,λ为屈曲临界荷载系数。

支架的整体屈曲稳定性分析结果如图7所示，组合a和组合b一阶临界荷载系数分别为43.1和60.5，二阶分别为66.8和92.8，数值较大，说明支架在施工中稳定性满足要求。

4.4 计算分析结果

通过Midas Civil建立盖梁支架的空间有限元模型，计算分析了支架结构和各配套构件的强度、刚度和稳定性，得到如下结论：

1)双柱式支架的组合应力最大为127 MPa，在斜撑杆端部，剪应力最大为71 MPa，在上横梁牛腿处。不落地架结构应力均小于设计值，强度满足规范要求。

2)双柱式支架中上横梁的悬臂端部挠度最大，为19.5 mm。不落地支架结构挠度均小于允许值，刚度满足规范要求。

3)双柱式支架整体稳定分析中一阶临界荷载系数为43.1，不落地支架结构的稳定性临界荷载系数较大，在工作中稳定性均满足规范要求。

5 结语

通过建立空间有限元模型对组合支架进行分析，支架在最不利荷载工况作用下的受力、变形、稳定均满足规范要求。保证了销棒—桁架式组合不落地支架结构安全性和可靠性，促进了大悬臂盖梁施工的顺利开展，为类似盖梁施工项目提供参考和借鉴。