现浇箱梁满堂支架设计与施工协同性分析

闫庆尧

(山东高速工程建设集团有限公司，山东 济南 250021)

在梁板支架现浇施工过程中，支架坍塌事故时有发生。经分析相关支架坍塌事故，发现预压时发生支架坍塌远多于现浇时。由于一般情况下现浇箱梁腹板处在支架设计时已经考虑对其荷载分布进行加密，本文以北京至雄安新区高速公路河北段SG4合同A匝道第四联标准段空腹处支架立杆为例，说明了不同荷载分布的立杆受力情况。

一、现浇箱梁混凝土的荷载分布

1.荷载分析：支架承受的荷载主要包括，永久荷载（箱梁自重、模板及附件重、支架自重）；可变荷载（施工作业人员、施工设备、混凝土浇注时冲击荷载和振动荷载）；风荷载及其他荷载。

2.荷载取值：钢筋混凝土容重取26kN/m3；模板自重：底腹板1kN/m2；施工人员及设备：3kN/m2；倾倒及振捣产生混凝土荷载：2kN/m2。

3.荷载组合：永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.4，组合值系数取0.9。

4.荷载计算：标准段空箱位置，混凝土宽1.2m、高0.5m，支架高度按16m计算。由顺桥向立杆间距1.2m，横桥向立杆间距布置为腹板处间距0.9m、空箱处1.2m。混凝土横断面面积为0.6m2，体积为0.72m3。

钢筋及混凝土自重：26kN/m3×0.72m3=18.72kN；模板自重：1.0kN/m2×1.2m×1.2m=1.44kN；施工人员及设备荷载：3kN/m2×1.2m×1.2m=4.32kN；倾倒混凝土及振捣荷载：2kN/m2×1.2m×1.2m=2.88kN；架体自重：0.15kN/m3×1.2m×1.2m×16m=23.04kN；其他可能荷载（风载、雪载、养护荷载）:1kN/m2×1.2m×1.2m=1.44kN。

模板支架立杆轴向力标准值:N=(a+b+c+d+e+f)=40.35kN；单根立杆承受荷载标准值：40.35kN。

模板支架立杆轴向力设计值:

考虑风荷载时,根据公式立杆轴向力设计值N=1.35∑NG1K+0.7×1.4∑NQK；

NG1K--恒荷载自重标准值产生得轴力（kN）；

∑NQK--施工荷载标准值产生的轴向力总和（kN）；N=1.35×(a+b+e)+0.7×1.4×(c+d+f)=40.35kN；

单根立杆荷载设计值为：40.35kN。

5.风荷载计算

（1）风荷载标准值

风荷载标准值应按下式计算：ωk=0.7µsµzω0。

ω0——基本风压，根据《建筑结构荷载规范》附录E查得，保定地区十年一遇风压值，ω0=0.3kN/m。

支撑架顶部立杆段风荷载标准值：

ωk=0.7µzµs ω0=0.7×1.0×1.69×0.3=0.3549kN/m

（2）风荷载产生的弯矩设计值

Mw=0.7×1.4×ωklah2/10

wk—风荷载标准值（kN/m2）；la—立杆纵距（m）；h—步距（m）；则弯矩标准值：

6.立杆稳定性计算

1.立杆设计参数

A—立杆净截面面积（5.71cm2）；W—立杆净截面抵抗矩（7.7cm2）；[f]—钢管立杆抗压强度设计值，[f]=255N/mm2；

计算分析可知φ=0.626

立杆稳定性计算当组合风荷载，符合以下公式要求：

钢管立杆的最大应力计算值σ=125.1N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=255N/mm2，满足要求。

因此，立杆稳定性满足要求。

二、以支架预压荷载分布的受力计算

现浇箱梁混凝土断面积为9.672m2，其预压时一般采用砂袋或水，此时荷载分布一般是在箱梁底板位置上部，其预压荷载高度平均为9.672/11.247=0.86m

标准段空箱位置，混凝土宽1.2m、高0.86m，其余数量同上。混凝土横断面面积1.032，体积为1.24m3。

（一）荷载计算

1.钢筋及混凝土自重：26kN/m3×1.24m2=32.2kN其余荷载分布同上。

模板支架立杆轴向力标准值:N=(a+b+c+d+e+f)=45.73kN

单根立杆承受荷载标准值：45.735kN

模板支架立杆轴向力设计值:

考虑风荷载时,根据公式立杆轴向力设计值

单根立杆荷载设计值为：58.54kN

（二）立杆稳定性计算

组合风荷载时，应符合以下公式要求：

钢管立杆的设计应力计算值σ=176N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=255N/mm2，满足要求。

因此立杆稳定性满足要求。

三、施工阶段堆载的受力计算

施工过程中易形成钢筋等材料的临时堆积，为此需进行材料堆积的计算分析和管控，假设临时堆积钢材高度为0.5m。标准段空箱位置，钢材堆积宽度1.2m、高0.5m，其余数量同上。钢材横断面面积0.6m2，体积为0.72m3。

（一）荷载计算

1.钢材自重：78kN/m3×0.72m3=356.16kN其余荷载分布同上。

模板支架立杆轴向力标准值:

单根立杆承受荷载标准值：69.70kN

模板支架立杆轴向力设计值:

考虑风荷载时,根据公式立杆轴向力设计值

单根立杆荷载设计值为：69.70kN

（二）立杆稳定性计算

组合风荷载时，应符合以下公式要求：

钢管立杆的设计应力计算值σ=266.5N/mm2大于钢管立杆的抗压强度设计值[f]=255N/mm2，不满足要求。

因此立杆稳定性不满足要求。

四、结语

根据以上分析可知，空腹处现浇箱梁混凝土荷载分布与预压阶段和施工过程中堆载产生的荷载差异可能很大，影响支架的稳定性。为加强支架设计和施工的安全性和经济合理性，应对不同情况采用不同的控制方式。

针对现浇箱梁截面混凝土自重控制的荷载组合，在支架设计时必须根据其受力状况进行分析和设计，确保安全。

针对预压荷载控制的荷载组合，在支架设计时必须考虑其受力状况进行分析和设计，确保安全。预压方案可以考虑支架投入的增加和预压材料改变的效益对比，一般采用的砂袋预压和水预压不能满足预压荷载按箱梁混凝土截面荷载分布的要求，会增加箱梁空腹处的荷载分布。这也是许多支架设计中忽略的，是形成支架坍塌的重要因素，建议在支架方案设计审核时加以考虑。

由于施工阶段堆载造成的支架荷载增加，应在施工中避免重质材料等堆载，将材料堆载控制支架受力设计的范围内，严格管控。