大懸臂蓋梁銷棒式不落地組合支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張 濤，徐 建，王?，?，張 寧

1.上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司，上海 201100

2.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310000

1 工程概況

某主線高架墩型為預(yù)應(yīng)力大懸臂雙柱式蓋梁，長度為24.8m，截面寬度為2.4～2.6m，最大懸臂長達(dá)10.05m，蓋梁離地面高達(dá)10.5m，如圖1所示。根據(jù)建設(shè)要求，蓋梁現(xiàn)澆施工中需要保證蓋梁下空間通暢，支架體系能夠滿足循環(huán)利用、搭建與拆除方便等要求，因此文章提出了銷棒式不落地組合支架設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了優(yōu)化比選。

圖1 24.8m雙柱式大懸臂蓋梁立面圖（單位：mm）

2 方案設(shè)計(jì)

銷棒式不落地組合支架整體設(shè)計(jì)滿足不落地、承重大、結(jié)構(gòu)形式簡潔、傳力明確、方便組裝和拆卸等要求，如圖2所示。

圖2 銷棒式不落地組合支架的整體設(shè)計(jì)（單位：mm）

根據(jù)整體設(shè)計(jì)思路，前后提出了三種不同的具體設(shè)計(jì)方案，如表1所示。在三種方案中，上橫梁均采用Q235型鋼，其余構(gòu)件材料均為Q235。方案2與方案1相比，在斜撐桿、豎拉桿和底橫梁連接節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將三者的軸線盡可能匯交于同一點(diǎn)。方案3和方案2相比，考慮增強(qiáng)局部構(gòu)件的穩(wěn)定性，將斜撐桿、豎拉桿和底橫梁均換成面對面雙拼32a槽鋼。

表1 銷棒式不落地組合支架三種具體設(shè)計(jì)方案

3 計(jì)算分析與優(yōu)化比選

支架計(jì)算各項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（支架自重、模板壓重、蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力、施工人員及施工設(shè)備、施工材料等荷載，振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的振動(dòng)荷載）根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）進(jìn)行取值。

3.1 強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性

三種支架設(shè)計(jì)方案的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如圖3～圖5所示。其中，強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果為組合Ⅰ作用下正截面最大組合應(yīng)力，剛度計(jì)算結(jié)果為組合Ⅱ作用下?lián)隙?，穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果為組合Ⅲ作用下一階屈曲模態(tài)和臨界荷載系數(shù)。

圖3 組合Ⅰ強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果（單位：MPa）

圖4 組合Ⅱ撓度計(jì)算結(jié)果（單位：mm）

圖5 組合Ⅲ穩(wěn)定性一階屈曲模態(tài)計(jì)算結(jié)果

3.2 對比分析

三個(gè)支架設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果對比如表2所示。由表2可知，三種支架體系的剛度基本相同，方案2相比方案1，穩(wěn)定性提高不多，但最大應(yīng)力水平降低了33MPa；方案3相比方案2，又進(jìn)一步提高了穩(wěn)定性，一階屈曲臨界荷載系數(shù)從3.1增加至43.1，表明穩(wěn)定性儲(chǔ)備很大，支架體系不易失穩(wěn)。因此，方案3支架的安全性儲(chǔ)備最大，在這種倒梯形桁架體系支架設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能將節(jié)點(diǎn)處各構(gòu)件軸線匯交于同一點(diǎn)，避免偏心產(chǎn)生附加力矩；且下部構(gòu)件使用面對面的雙拼槽鋼，或由其他型鋼組合而成的封閉式箱型截面，可極大程度上提高局部構(gòu)件的穩(wěn)定性。

表2 三個(gè)支架設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果對比

4 工程應(yīng)用

經(jīng)過綜合優(yōu)化比選，施工最終采用了支架方案3，現(xiàn)場施工如圖6所示。預(yù)加載工況完成后，選取上橫梁的懸臂端和中部作為測點(diǎn)，撓度現(xiàn)場實(shí)測為-23mm、-4mm，理論計(jì)算結(jié)果為-24.1mm、-3.1mm，理論計(jì)算結(jié)果同實(shí)測數(shù)據(jù)基本一致。銷棒式不落地組合支架的成功應(yīng)用，從實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)一步說明該種支架體系對大懸臂蓋梁的施工具有很好的應(yīng)用性。

圖6 現(xiàn)場施工照片

5 結(jié)束語

針對大懸臂蓋梁的施工要求，文章通過研究提出了銷棒式不落地組合支架的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了優(yōu)化比選和實(shí)踐應(yīng)用，得到如下結(jié)論：

（1）銷棒式不落地組合支架設(shè)計(jì)中，應(yīng)將下部構(gòu)件的軸線盡可能匯交于同一點(diǎn)，避免偏心產(chǎn)生的附加力矩。對于下橫梁和斜撐桿，施工中受壓，采用面對面雙拼槽鋼等封閉式截面形式，可降低應(yīng)力水平，顯著提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（2）理論計(jì)算分析結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了銷棒式不落地組合支架傳力明確、結(jié)構(gòu)安全有儲(chǔ)備，可滿足不落地、承重大、方便組裝和拆卸等施工要求。