懸臂連續(xù)梁邊跨現(xiàn)澆段支架設(shè)計及結(jié)構(gòu)檢算

王智

摘 ? ?要：連續(xù)梁懸臂施工中，邊跨現(xiàn)澆段一般采用支架法現(xiàn)澆，屬關(guān)鍵工序，難度大、安全質(zhì)量風險高。文章以某連續(xù)梁為例，依據(jù)現(xiàn)場實際情況和規(guī)范要求，進行了支架方案的設(shè)計和比選，對提出的支架方案采用有限元進行相應(yīng)的分析和檢算并得出了結(jié)論，可為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁;邊跨;現(xiàn)澆;有限元分析

1 ?連續(xù)梁邊跨現(xiàn)澆段支架概述

鐵路橋梁上跨高速公路、跨河道等情況下，一般多采用連續(xù)梁的布置形式懸臂掛籃施工，主要優(yōu)點是施工期間可以保障橋下的交通通行和水流的宣泄及通航;連續(xù)梁的中跨采用掛籃施工逐步推進，邊跨段基本多采用支架法現(xiàn)澆。邊跨現(xiàn)澆段的支架體積大、搭設(shè)要求較高、屬于高空作業(yè)，安全質(zhì)量風險大，不穩(wěn)定因素多，支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接影響到現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全。

我們通常將邊跨現(xiàn)澆段的支架分為落地支架和不落地支架。常用的不落地支架一般先在墩身與墩頂澆筑過程中預(yù)埋鋼板和連接件，澆筑完墩身拆除模板后，利用預(yù)埋件與槽鋼等連接成三角形托架后現(xiàn)澆施工。落地支架一般又分為多支點支架，如滿堂鋼管腳手架;和少支點支架，如采用梁柱式鋼管立柱支架等。

2 ?工程概況

某鐵路跨某高速公路連續(xù)梁采用（60+100+60）m布置形式，全聯(lián)共分59個梁段，0#塊節(jié)段長度14m，邊跨直線段長9.75m，合攏段3個，節(jié)段長度為2m，懸臂段以0#塊對稱劃分為2×2.5m+2.75m+3×3.0m+3.25m+4×3.5m+2×4.0m。梁體混凝土強度等級為 C55。邊跨墩身高度14.5m、16m;邊跨現(xiàn)澆段長度為9.75m，梁高4.6，箱梁底寬6.1m，頂寬11.8m，頂板厚度為35cm，腹板厚度為60cm，底板厚度為55cm，節(jié)段重423.8t。

3 ?現(xiàn)澆段支架的設(shè)計及比選

3.1 ?采用三角形托架的支架設(shè)計

托架結(jié)構(gòu)形式使用雙側(cè)各6 榀三角形結(jié)構(gòu)，托架由上平桿、斜桿、連接件、上錨座、下錨座組成，橫向分配梁采用I32a，上平桿則采用2[40b 外扣，斜桿采用2[40b 內(nèi)扣，下錨座采用2[40b 外扣，托架聯(lián)系桿采用[40b。橫向分配梁上縱向100×10cm 方木在上，模板為1.5cm 竹膠板。

3.2 ?采用梁柱式鋼管立柱的支架設(shè)計

現(xiàn)澆段順橋向設(shè)置兩排Ф600[×]8的鋼管立柱支架，先開挖兩個條形混凝土基礎(chǔ)，鋼板預(yù)埋于混凝土條形基礎(chǔ)上，再在鋼板上焊接鋼管立柱，每排5根;鋼管立柱頂開槽設(shè)置橫橋向雙拼45#工字鋼，工字鋼頂縱橋向設(shè)置貝雷梁片，貝雷梁頂平放14#工字鋼，將碗口支架底托置于工字鋼上，頂托上設(shè)置橫縱雙向分配梁，橫向10#工字鋼在下，縱向10×10cm 方木在上，模板為1.5cm 竹膠板。

3.3 ?采用滿堂鋼管腳手架的支架設(shè)計

現(xiàn)澆段支架采用直徑φ48壁厚3.5mm滿堂鋼管腳手架搭設(shè)，橫向翼板下間距0.9m，腹板位置加密為0.3m，底板位置0.6m，縱向間距0.9m，在腹板處加密為0.3m。支架上部縱向鋪設(shè)[10槽鋼作為分配梁，分配梁上部橫向鋪設(shè)10×10方木，方木上鋪設(shè)梁底模板。底模采用1.5cm竹膠板，底模橫肋采用10[×]10cm方木，橫肋間距25cm，縱肋采用15[×]15cm方木。

3.4 ?對三種支架的比選

通過對現(xiàn)場的調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆梁段下部位置地勢平整，四周開闊，無坑塘，地基均為未擾動原狀土。采用不落地支架搭設(shè)中需在墩身中預(yù)埋鋼板，會造成墩身留疤痕;雙側(cè)三角形支架形式復(fù)雜，搭設(shè)難度大、要求高，預(yù)埋件強度和焊縫需進行計算與檢測，槽鋼和工字鋼需切割焊接，再利用空間較小，施工成本較高;且不落地托架一般在施工現(xiàn)場墩高、坡陡的山區(qū)和溝壑地形情況下采用。所以綜合考慮對不落地支架方案不予采用。

梁柱式鋼管立柱支架方案需要對地基進行開挖處理，然后澆筑條形基礎(chǔ)，在澆筑過程中預(yù)埋鋼板，再對鋼管立柱進行焊接及調(diào)直，需要材料種類較多（粗鋼管立柱、貝雷梁、工字鋼等），貝雷梁運至施工現(xiàn)場還需要拼裝，且鋼管立柱垂直度需要進行精準的控制，工序較繁瑣，施工工期也比鋼管腳手架方案長。

滿堂鋼管腳手架方案只需對施工場地進行簡單平整，進行地基承載力檢驗后，澆筑墊層即可進行排架搭設(shè)。其對地基承載力要求更低，施工中均為多點支撐，沉降易控制，且搭設(shè)容易，拆解方便，工序簡單易操作，施工更靈活速度更快;且前期準備工序時間短，腳手架鋼管均為普通性建材，租賃較方便。

結(jié)合現(xiàn)場施工現(xiàn)場地形地貌、及場地運輸情況，橋墩高度、及施工成本和工期要求等諸多因素綜合考慮，最終選定采用滿堂鋼管腳手架支架方案。

4 ?滿堂鋼管腳手架受力分析

4.1 ?滿堂鋼管腳手架支架示意圖

4.2 ?計算分析

4.2.1 ?結(jié)構(gòu)模型

計算采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件MIDAS/CIVIL 2012建立支架的空間離散模型，對邊跨現(xiàn)澆段滿堂支架進行模擬分析計算?，F(xiàn)澆段支架仿真模型如圖3。

4.2.2 ?材料特性

各構(gòu)件材料的容重及彈性模量等參數(shù)如表1所示。

4.2.3 ?荷載取值及組合系數(shù)

計算采用的標準荷載及組合系數(shù)如表2所示。

4.2.4 ?荷載組合

計算支架及模板支撐架構(gòu)件強度、剛度、穩(wěn)定性時的采用的荷載組合如下：

荷載組合Ⅰ為：1.2（p1+p2）+1.4（p3+p4+p5）;

荷載組合Ⅱ為：p1+p2;

荷載組合Ⅲ為：1.2（p1+p2）+0.9[×]1.4（p3+p4+p5+p5）;

4.2.5 ?約定

單位約定：長度：m;力：kN;彎矩：kN-m;

線位移：mm;角位移：度;應(yīng)力：MPa。

坐標約定：X坐標方向為順橋向，Y坐標方向為橫橋向，Z坐標方向為豎向。

正負號約定：正號表示拉力，負號表示壓力。

單元類型：支架均采用梁單元模擬，底模板采用板單元模擬。

4.3 ?驗算結(jié)果

4.3.1 ?強度驗算結(jié)果

4.3.2 ?剛度驗算結(jié)果

4.3.3穩(wěn)定性驗算結(jié)果

4.4 ?建議與結(jié)論

4.4.1 ?建議

（1）必須保證縱、橫、豎成線，縱橫向桿件要用碗扣扣緊，形成牢固的縱、橫、豎三維網(wǎng)架。

（2）注意檢查實際鋼管壁厚與計算采用壁厚，不一致時，應(yīng)該按實際鋼管壁厚重新計算。

（3）必須對支架進行荷載預(yù)壓，以消除支架的非彈性變形，檢驗支架的承載能力。

（4）支架在荷載預(yù)壓及混凝土澆筑過程中應(yīng)進行變形監(jiān)測;

4.4.2 ?結(jié)論

滿堂式鋼管腳手架支架承載能力大，拆裝方便，搭設(shè)靈活效率高，施工速度快，經(jīng)濟適用，在地基不需處理即滿足承載力要求的情況下是最常用的一種支架形式。

梁柱式鋼管支架適合在地形有高差或特殊地質(zhì)需要進行處理的情況下可采用。其鋼管柱剛度大，彈性變形小，能確保支架的強度、剛度、穩(wěn)定性。但對墩身達到一定高度，垂直度得不到保障的情況下，立柱可能受到偏心壓力，影響支架的穩(wěn)定。

托架形式一般在山區(qū)、溝壑等支架無法落地，墩身很高施工條件下采用，且支架的搭設(shè)難度較大，搭設(shè)質(zhì)量要求高，現(xiàn)澆段長度過長的情況也會對托架造成較為不利的影響。

每一種支架形式的選擇均需對現(xiàn)場地形地質(zhì)、施工條件、梁體結(jié)構(gòu)及相關(guān)要求綜合考慮進行選定。支架結(jié)構(gòu)的合理布置是保證邊跨現(xiàn)澆段順利澆筑的關(guān)鍵，因此，綜合對邊跨現(xiàn)澆段支架結(jié)構(gòu)進行比選及結(jié)構(gòu)分析是施工安全的重要保障和前提。

全文利用三維有限元分析軟件Midas /Civil2012 對支架結(jié)構(gòu)在不同狀態(tài)下進行強度、剛度、穩(wěn)定性進行受力分析，經(jīng)檢算邊跨現(xiàn)澆段滿堂支架結(jié)構(gòu)的受力合理，支架整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求，該大橋的邊跨現(xiàn)澆段的順利澆筑及全橋順利合龍，更一步證明了該支架滿足設(shè)計規(guī)范和使用要求。本文支架結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性有限元分析方法可為類似的支架結(jié)構(gòu)分析提供參考和借鑒。

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