滿堂支架法直腹板現(xiàn)澆箱梁橫向抗推研究

楊 亞，何 岸

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川 成都 610036）

0 引 言

近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加大，在現(xiàn)代橋梁的建設(shè)和施工中，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋越來越多，上部施工方法以滿堂支架法最為普遍[1]?，F(xiàn)代滿堂支架法施工逐漸向高墩、大噸位和大跨徑方向發(fā)展，鋼管本身承載力有限，如何合理布置支架形式是橋梁建設(shè)者常需考慮的問題之一。對(duì)于城市匝道橋現(xiàn)澆箱梁施工，往往受場(chǎng)地限制和交通需要，采用高墩和變寬度形式。澆筑混凝土?xí)r，受混凝土側(cè)壓力、傾倒和振搗水平荷載的影響，會(huì)在腹板外模板處支架產(chǎn)生較大的水平推力。當(dāng)橋面和翼緣板較窄時(shí)，出于節(jié)省材料的角度，翼緣板下方支架布置較少，不足以抵抗該水平推力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過于集中。本文基于四川省成都市某入城段匝道橋改造項(xiàng)目，針對(duì)直腹板現(xiàn)澆箱梁提出相應(yīng)的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性措施，可為直腹板現(xiàn)澆箱梁滿堂支架施工提供參考經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

1 工程概況

F 匝道橋2 號(hào)橋的現(xiàn)澆梁采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑為30~40 m。梁體采用多箱式室預(yù)應(yīng)力混凝土直腹板等截面連續(xù)梁橋。匝道橋懸臂長(zhǎng)1.75 m，箱梁頂板厚25 cm，底板厚25 cm，跨中腹板厚50 cm，墩頂支點(diǎn)附近腹板厚75 cm，在支點(diǎn)截面處設(shè)置端、中橫梁，普通跨徑連續(xù)梁的中橫梁寬2.5 m，端橫梁寬1.5 m。支架立桿橋向布置實(shí)心段下方步距為0.9 m，翼緣板和空腹段下方步距1.2 m。沿橋梁順橋向?qū)嵭亩沃Ъ芰U距為0.6 m，變截面段步距1.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段步距為1.5 m，縱向可沿一個(gè)方向布置豎向斜撐。沿橋梁高度方向，底部立桿度0.5 m，標(biāo)準(zhǔn)高度每層1.5 m。由于橋墩高度發(fā)生變化，底板下方支架層高不足1.5 m 時(shí)，采用每層0.5 m 和可調(diào)支座的組合形式?；局Ъ懿贾眯问揭妶D1。

圖1 支架橫向布置示意圖（單位：cm）

2 有限元模型

盤扣式滿堂支架驗(yàn)算根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)，建立所有桿件模型。部荷載采用節(jié)點(diǎn)荷載形式施加到頂托位置，利用Midas Civil[2，3]建立有限元模型見圖2。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

整個(gè)所使用的主要材料屬性見表1。

圖2 支架整體結(jié)構(gòu)有限元模型

表1 結(jié)構(gòu)使用材料屬性

4 側(cè)壓力對(duì)結(jié)構(gòu)影響

整體模型計(jì)算中考慮水平桿、斜桿、盤扣式支架立桿、可調(diào)托座及可調(diào)底座。通過整體模型計(jì)算出各個(gè)荷載值，并轉(zhuǎn)化為集中力施加到頂托節(jié)點(diǎn)?！督ㄖ┕こ胁逍捅P扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231—2010）[5]中對(duì)盤扣式支架立桿進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)考慮支架可調(diào)托座支撐點(diǎn)至頂層水平桿中心線的距離（頂托懸臂距離），同時(shí)可調(diào)托座布置設(shè)計(jì)方案滿足該技術(shù)規(guī)程所規(guī)定長(zhǎng)度，所以未進(jìn)行可調(diào)托座及可調(diào)底座的驗(yàn)算。

4.1 混凝土側(cè)壓力計(jì)算

考慮混凝土二次澆注過程，計(jì)算荷載時(shí)基于第一次澆注時(shí)的混凝土高度。在計(jì)算過程中，將混凝土視作流體，將其荷載等效到翼緣板下方水平桿件頂托位置。

腹板內(nèi)新澆筑混凝土對(duì)斜撐的側(cè)壓力可采用式（1）計(jì)算：

式中：ρ 為混凝土容重，取24 kN/m3；t0為混凝土初凝時(shí)間，h；V 為混凝土澆筑速度，m/h；h 為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的總高度；β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30 mm 時(shí)，取0.85；50～90 mm 時(shí)，取 1.0；110～150 mm 時(shí)，取 1.15。

腹板內(nèi)新澆筑混凝土對(duì)水平桿件側(cè)壓力亦可采用靜水壓力計(jì)算公式算得：

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB 50204—2015）》[6]規(guī)定，混凝土側(cè)壓力以流體靜壓力原理為基礎(chǔ)，結(jié)合澆筑速度與側(cè)壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最大側(cè)壓力取上面兩式中的較小值。經(jīng)過計(jì)算，較小值為采用靜水壓力計(jì)算模式得出的結(jié)果。施加在上層水平桿的荷載值為1.12 kN/m，中層荷載值為8.07 kN/m，下層為27.56 kN/m，與其在縱向距離相乘得到施加在水平桿件上的節(jié)點(diǎn)荷載。

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011）[7]，并參照《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》[8]，得到混凝土振搗時(shí)產(chǎn)生的水平荷載為4.0 ，傾倒時(shí)產(chǎn)生的水平荷載為2.0，與每個(gè)水平桿件橫縱向距離相乘得到節(jié)點(diǎn)荷載值。

4.2 混凝土側(cè)壓力計(jì)算結(jié)果

考慮1.4 倍安全系數(shù)，增加水平荷載前后結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力對(duì)比見表2。

表2 增加水平荷載前后結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)比

表2 表明，混凝土側(cè)壓力、振搗和傾倒時(shí)產(chǎn)生的水平荷載對(duì)于結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性將產(chǎn)生較大影響，致使結(jié)構(gòu)局部發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，大大降低整個(gè)支架結(jié)構(gòu)的安全性。

5 水平推力的平衡

為平衡凝土側(cè)壓力、振搗和傾倒時(shí)產(chǎn)生的水平荷載，需要在橫橋向合理利用和布置支架構(gòu)件，以傳遞和降低水平荷載產(chǎn)生的彎矩。在橋墩處，由于蓋梁和橋墩的存在，造成此處支架布置的缺失，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傳力效果較差。為此，提出兩種改善結(jié)構(gòu)受力措施：一是在橋墩處混凝土實(shí)心段底板下方依照立桿縱向間距放置φ48×3.5 mm 桿件，非實(shí)心段以頂托上方橫向工字鋼代替。以兩個(gè)“V”形大斜撐將此水平構(gòu)件連接到下方支架立桿。翼緣板下方斜向布置三根平行φ48×3.5 mm 桿件，底部連接I24 工字鋼，見圖3。二是上部處理與前者相同，區(qū)別在于僅采用一個(gè)“V”形大斜撐，并在非實(shí)心段以4 個(gè)大“X”形斜撐替代橫向截面標(biāo)準(zhǔn)豎向斜撐，見圖4。計(jì)算結(jié)果前后對(duì)比見表3。

表3 表明，兩種支撐形式均可有效降低支架局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體性能。

圖3 “V”形斜撐截面示意圖

圖4 “X”形斜撐截面示意圖

表3 采取措施前后應(yīng)力結(jié)果對(duì)比

6 結(jié) 論

（1）在直腹板現(xiàn)澆箱梁施工過程中，混凝土側(cè)壓力、振搗時(shí)產(chǎn)生的水平荷載及傾倒時(shí)產(chǎn)生的水平荷載的存在，對(duì)于支架整體結(jié)構(gòu)的影響較大，易造成支架結(jié)構(gòu)坍塌可能性。

（2）對(duì)支架整體結(jié)構(gòu)做出調(diào)整后，支架立桿最大應(yīng)力小于其材料容許應(yīng)力值300 MPa，其余桿件內(nèi)力均小于相應(yīng)材料容許應(yīng)力，充分發(fā)揮和利用了材料性能。

（3）直腹板現(xiàn)澆箱梁滿堂支架法施工最大的難點(diǎn)在于水平推力的平衡。受橋墩處空間限制，且為實(shí)心混凝土截面，合理有效的將水平推力向下部結(jié)構(gòu)或其它支架結(jié)構(gòu)傳遞尤為重要?！癡”形斜撐和“X”形斜撐的增加有利于改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，平衡和分散腹板處較大的水平推力。

（4）對(duì)于匝道橋等橋跨較多，主梁變化較大的橋梁施工，可以按照統(tǒng)一的原則標(biāo)準(zhǔn)化施工，有利于提高施工安全性和施工速度。