現(xiàn)澆蓋梁裝配式支架設計及應用

向琳琳

(重慶交通大學，重慶 400000)

0 引 言

蓋梁是橋梁下部結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，一般采用現(xiàn)澆施工工藝，其支架的搭設對蓋梁施工質(zhì)量起到了至關重要的作用。國內(nèi)現(xiàn)澆蓋梁的主要支架形式有自落地支架式、抱箍挑架式和埋設托架式等。其中抱箍挑架式適用于自重小、施工荷載較小的蓋梁，埋設托架式則主要適用于水上現(xiàn)澆蓋梁。自落地支架式的適用性最為廣泛，但對土質(zhì)條件要求高，而本支架設計將立柱傾斜放置在承臺上，規(guī)避了基地承載力低的問題。本支架采用法蘭盤的形式連接，并可制作成標準段進行裝配式拼裝，加快施工速度。本文將該支架形式應用于城灌高速入城段改造工程的現(xiàn)澆蓋梁施工，建立支架仿真模型進行驗證論述。

1 工程概況

成灌高速入城段改造工程東起成灌高速與繞城高速交叉的犀浦立交，西至成灌高速成都收費站以西約800 m，成灌高速主線全長3.69 km。主體工程包含A～H八條匝道，以及南輔道、北輔道道路改造。本文設計的蓋梁支架主要針對于A匝道和F匝道，適用A匝道和F匝道一共209個蓋梁現(xiàn)澆施工。蓋梁尺寸為12.1 m×2.2 m×2.2 m，橋墩高度范圍為3.4～15.6 m，橋墩截面尺寸為3 m×1.5 m，承臺尺寸均為6.25 m×2.5 m。

2 支架結(jié)構(gòu)設計

由于橋墩周圍施工場地的限制以及地基上部不宜做持力層，所以采用傾斜立柱的方式將鋼管立柱直接放置在承臺上。為適應不同的橋墩高度，保持鋼管立柱底部位置和傾斜角度不變，采用標準段+接長段的方式布置鋼管立柱和水平橫聯(lián)。其中可分為三種：(1)標準節(jié)段1+調(diào)節(jié)段，適用于橋墩高度為3.4～7.4 m的蓋梁；(2)標準節(jié)段1+標準節(jié)段2+調(diào)節(jié)段，適用于橋墩高度為7.4～11.4 m的蓋梁；(3)標準節(jié)段1+標準節(jié)段2+標準節(jié)段3+調(diào)節(jié)段，適用于橋墩高度大于11.4 m的蓋梁。各構(gòu)件均由法蘭盤連接，為防止鋼管立柱法蘭盤處的內(nèi)力過大而導致法蘭盤螺栓群承載力不足，需在調(diào)節(jié)段立柱頂部下方0.5 m處設置一條橫向拉桿，支架布置形式如圖1所示。

由于鋼管立柱越短，立柱支撐點越靠里，對橫向工字鋼越不利，通過試算調(diào)整，當橋墩高度在3.4～5.6 m(包括3.4 m和5.6 m)時，橫向工字鋼(I45)采用雙拼加肋截面；當橋墩高度在5.6～8.4 m(包括8.4 m)時，橫向工字鋼采用雙拼I45截面；當橋墩高度在8.4 m以上時，橫向工字鋼采用單根I45截面。

圖1 支架結(jié)構(gòu)示意圖/cm

3 支架仿真模擬

3.1 建立有限元模型

采用MIDAS CIVIL建立支架結(jié)構(gòu)的有限元模型，如圖2所示。鋼管立柱、水平橫聯(lián)、橫向工字鋼、縱向工字鋼、傳力架和分配梁均采用空間梁單元進行模擬，水平拉桿采用桁架單元進行模擬。約束6根鋼管立柱底部3個方向的位移以及豎向扭轉(zhuǎn)，立柱頂部和橫向工字鋼、橫向工字鋼和縱向工字鋼、縱向工字鋼和傳力架以及傳力架和分配梁之間均采用剛性連接模擬簡支約束條件。

圖2 有限元模型

支架所受荷載包括：自重、模架和支架重量10.5 t、新澆筑鋼筋混凝土容重26 KN/m3、施工人員和施工材料和機具行走運輸標準值2.5 KN/m2、混凝土振搗時產(chǎn)生的荷載2 KN/m2。各項荷載的分項系數(shù)為1.2，其中混凝土重量和搗振荷載分項系數(shù)取1.4，荷載均采用均布荷載的方式施加到分配梁上。

3.2 計算工況

分別對鋼管立柱長度最長、懸臂長度最長和受力位置最不利的工況進行計算，選取以下幾個不利工況對支架進行驗算：

(1)工況一：3個標準段+4.2 m調(diào)節(jié)段

(2)工況二：2個標準段+3.99 m調(diào)節(jié)段

(3)工況三：1個標準段+3.99 m調(diào)節(jié)段

(4)工況四：1個標準段

3.3 結(jié)構(gòu)桿件計算

建立各個工況下的Midas civil模型，各個構(gòu)件的最大應力如表1所示。

表1 構(gòu)件應力結(jié)果表 MPa

各構(gòu)件的最大應力均小于205 MPa，滿足鋼材Q235的應力容許范圍。由于布置的水平橫聯(lián)以及水平拉桿增強了立柱的穩(wěn)定性，無需對其進行進一步驗算。因此，該支架的仿真驗算結(jié)果表明其結(jié)構(gòu)是安全可靠的，并具有足夠大的安全儲備。

4 結(jié) 語

目前，有限元軟件廣被泛用于結(jié)構(gòu)計算和驗證，本文利用Midas civil建立接近實際的支架模型進行計算，用具體數(shù)據(jù)得出結(jié)論展開分析，驗證了支架結(jié)構(gòu)的安全性，并為施工建設提供可靠的指導和建議。本支架設計解決了傳統(tǒng)自落地式支架需要施工場地大、地基承載高的難點，并具有施工便捷的優(yōu)點，便于使用于城市匝道改造或加固工程，也可為類似的工程提供參考。