關(guān)于現(xiàn)澆橋梁門式支架驗(yàn)算的初步探究

摘要 隨著交通路網(wǎng)逐漸密集，在跨線橋梁施工過程中，為滿足下跨道路的通行需求，大量采用了門式支架，因此對支架的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算也就尤為重要。文章結(jié)合具體工程案例，利用Midas Civil軟件進(jìn)行門式支架的建模和強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算，并對結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化方案，為后續(xù)現(xiàn)澆橋梁門式支架計算提供參考。

關(guān)鍵詞 門式支架;現(xiàn)澆箱梁;強(qiáng)度驗(yàn)算;穩(wěn)定性驗(yàn)算

中圖分類號 U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0081-03

引言

某改線國道上跨既有道路，為保證在跨線橋梁施工期間不影響原有道路的通行及行車安全，故采用門式支架承擔(dān)橋梁自重及施工荷載，同時避免施工過程中模板桿件及混凝土脫落影響通車安全。因此，門式支架各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求，對現(xiàn)澆橋梁的施工安全起著至關(guān)重要的作用。

1 工程概況

項(xiàng)目橋梁上部結(jié)構(gòu)為（20+30+30+20）m 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，采用單箱雙室截面，箱梁中心高1.7 m，橋面橫坡為雙向2%，橋面寬度為12 m，為0.5 m（防撞欄）+11 m（行車道）+0.5 m（防撞欄）布置形式，懸臂長度為50～80 cm，跨中截面頂板厚度25 cm，底板厚度22 cm。下部結(jié)構(gòu)中橋臺采用肋板臺，橋墩采用柱式墩，墩臺基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 支架布置及搭設(shè)

為保證下跨道路車輛的安全通行，在跨線橋梁與下跨道路交叉處設(shè)置門式支架1處，門洞寬12 m，高5.5 m。共設(shè)2道門柱，左右各設(shè)置一道。門洞扣除基座寬度后凈寬為9 m，凈高5.5 m。門柱鋼管采用熱軋無縫鋼管，直徑Φ600 mm，壁厚12 mm。鋼管間距縱向2.5 m，每道門柱需6根鋼管。鋼管間采用10#槽鋼進(jìn)行縱向及交叉焊接連接。門柱下部采用1 m×1 m×14 m的C20混凝土基礎(chǔ)。門柱上設(shè)置雙排22a工字鋼橫梁。橫梁上根據(jù)支架橫橋向排距依次布設(shè)56a號工字鋼縱梁，其上鋪放15 cm方木，門架橫斷面圖如圖1 所示。

3 地基處理

橋梁施工區(qū)域地勢平坦，地下水位不高，土質(zhì)較好，但仍需對地基采取一定的處理，以保證其承載力。在原地面上鋪筑50 cm水泥土（6%）及20 cm厚的C20混凝土處理過的路基澆筑條形混凝土系梁，尺寸為1 m×1 m×

14 m，基礎(chǔ)頂面預(yù)埋鋼板80 cm×80 cm×2 cm。地面按雙向2%橫坡進(jìn)行放線施工，以便排水。同時在兩側(cè)施做排水溝，確保橋位范圍內(nèi)無積水現(xiàn)象，滿足現(xiàn)澆箱梁施工要求[1]。

4 支架驗(yàn)算

計算門式支架所需承受的各項(xiàng)荷載，按實(shí)際施工情況將荷載施加在支架模型中，對門式支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

4.1 計算荷載

（1）上部混凝土自重。根據(jù)箱梁不同位置，將上部箱梁截面劃分為S1～4截面，分別進(jìn)行上部混凝土荷載計算。其面積分別為：S1=2.66 m2、S2=1.18 m2、S3=1.66 m2、S4=0.32 m2?；炷寥葜厝?6 kN/m3，則各區(qū)域作用在56a工字鋼的混凝土荷載可以計算得出：

S1區(qū)域N=2.66×0.6/4×26=10.4 kN;

S2區(qū)域N=1.18×1.2/2×26=18.46 kN;

S3區(qū)域N=1.66×0.6/2×26=13 kN;

S4區(qū)域N=0.32×0.6/1×26=4.94 kN。

（2）模板荷載：0.5 kN/m2。

（3）施工人員及施工機(jī)具和施工材料臨時存放荷載：4 kN/m2。

（4）振搗混凝土荷載[2]：2 kN/m2。

根據(jù)規(guī)范，對上述荷載進(jìn)行荷載組合，其中永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取為1.3，可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)取為1.5[3]。

4.2 膠木板驗(yàn)算

底模采用滿鋪15 mm厚膠木板，取1 m板寬驗(yàn)算：

4.2.1 腹板下膠木板

腹板及側(cè)模、底板邊緣起弧處下膠木板跨度為10 cm，按1 m長度計算膠木板的荷載組合情況，其中q1用于強(qiáng)度計算，q2用于變形計算。

q1=[（1.7×26+0.5）×1.3+（2+4）×1.5] ×1=67.11 kN/m

q2=（1.7×26+0.5+2+3）×1=49.7 kN/m

Mmax=0.1q1l2=0.1×67.11×1002=67 110 N·mm

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：

最大彎應(yīng)力σmax=Mmax/W=67 110/37 500=1.79 N/mm2<[σ]

=13 N/mm2

故強(qiáng)度滿足要求。

（2）撓度驗(yàn)算：

最大撓度ωmax=0.677q2l 4/100EI=0.677×49.7×1 004/（100

×7 000×281 200）=0.02 mm<[ω]=100 mm/400=0.25 mm

滿足要求。

4.2.2 箱室下膠木板

箱室下膠木板跨度為25 cm，按1 m長度計算膠木板的荷載組合情況，其中q1用于強(qiáng)度計算，q2用于變形計算。

q1=[（0.47×26+0.5）×1.3+（4+2）×1.5]×1=25.54 kN/m

q2=[0.47×26+0.5+2+3] ×1=17.72 kN/m

Mmax=0.1q1l2+0.1×25.54×2502=159 600 N·mm

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：

最大彎應(yīng)力σmax=Mmax/W=159 600/37 500=4.256 N/mm2

<[σ]=13 N/mm2

故強(qiáng)度滿足要求。

（2）撓度驗(yàn)算：

最大撓度ωmax=0.677q2l 4/100EI=0.677×17.72×2 504 （100

×7 000×281 200）=0.6 mm<[ω]=250 mm/400=0.625 mm

滿足要求。

通過上述驗(yàn)算，膠木板強(qiáng)度、撓度均符合要求。

4.3 縱向工字鋼驗(yàn)算

采用有限元軟件Midas Civil建立模型，所有桿件均采用梁單元。荷載在加載位置按節(jié)點(diǎn)荷載施加，自重通過軟件自動計算。

縱向工字鋼采用56a工字鋼，底板中央及邊緣部位工字鋼間距60 cm，其他部位工字鋼間距120 cm。在模型中對縱向工字鋼的驗(yàn)算結(jié)果如下：

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：

如圖2所示，56a工字鋼最大組合應(yīng)力位于腹板處，最大組合應(yīng)力σmax=175.3 N/mm2 <[σ]=190 N/mm2，56a工字鋼強(qiáng)度滿足要求。

（2）抗剪驗(yàn)算：

如圖3所示，最大剪應(yīng)力位于邊腹板處，最大剪應(yīng)力為：τmax=127.5 N/mm2 <[τ]=190 N/mm2，56a工字鋼抗剪滿足要求。

（3）撓度驗(yàn)算：

如圖4所示，最大撓度位于腹板位置ωmax=18.7 mm<10 000 mm/400=25 mm，56a工字鋼變形滿足要求。

4.4 橫向工字鋼驗(yàn)算

鋼管頂設(shè)置雙排22a工字鋼橫梁，對22a橫向工字鋼進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：

通過有限元計算，22a橫向工字鋼最大彎應(yīng)力σmax=111.3 N/mm2<[σ]=190 N/mm2，強(qiáng)度滿足要求。

（2）抗剪驗(yàn)算：

通過有限元計算，最大剪應(yīng)力τmax=107.7 N/mm2 <[τ]

=190 N/mm2，22a橫向工字鋼滿足要求。

（3）撓度驗(yàn)算：

通過有限元計算，最大撓度ωmax=2.23 mm<2 500 mm/

400=6.25 mm，22a橫向工字鋼變形滿足結(jié)構(gòu)要求。

4.5 立柱驗(yàn)算

門洞支架立柱采用φ600 cm鋼管樁基礎(chǔ)，焊接在混凝土條形系梁預(yù)埋鋼板上，通過模型支反力計算可以得出立柱所受軸力Fmax=679.1 kN。

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算：

σ=F/A=679.1×103/22 167=30.64 N/mm2≤[f]=190 N/mm2

立柱強(qiáng)度滿足要求。

（2）穩(wěn)定性驗(yàn)算：

對立桿的穩(wěn)定性進(jìn)行分析：經(jīng)計算，立柱長細(xì)比λ=

20.79，查規(guī)范附表可得Φ=0.933;σ=F/（ΦA(chǔ)）=679.1×103/（0.933×22 167）=32.84 N/mm2≤[f]=190 N/mm2

立柱穩(wěn)定性滿足要求。

4.6 基礎(chǔ)驗(yàn)算

（1）混凝土基礎(chǔ)抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算：

支反力Fmax=736.6 kN

σ=F/A=736.6×103/1 000 000=0.74 N/mm2≤fc=16.7 N/mm2

基礎(chǔ)抗壓強(qiáng)度滿足要求。

（2）地基承載力驗(yàn)算：

立柱底面平均壓力p=Fmax/（A）=736.6/（1×2.5）=294.64 kPa<fak=300 kPa

門式支架基礎(chǔ)強(qiáng)度及地基承載能力滿足要求。

5 縱向工字鋼的布設(shè)優(yōu)化

該支架中的縱向工字鋼采用56a支撐，承載能力接近限值，安全儲備不足，考慮采用貝雷梁代替56a工字鋼作為縱向支撐構(gòu)件。

根據(jù)門式支架的實(shí)際荷載情況，采用縱向單層雙排不加強(qiáng)貝雷梁桁片，布置間距0.9 m，加強(qiáng)橋梁貝雷梁容許內(nèi)力及幾何特性如表1所示：

貝雷梁取單層三排不加強(qiáng)型貝雷梁進(jìn)行計算，間距為0.9 m，上部承重1.7 m梁高斷面，截面面積為7.61 m2，下部共設(shè)置9組三排單層加強(qiáng)型貝雷梁，考慮最不利的荷載工況，對分配梁進(jìn)行計算分析：

單根貝雷梁上部箱梁自重荷載值為：

q=7.61×26/9=21.984 kN/m

單根貝雷梁上部支架荷載值為：

q=0.15×5+0.5+0.3+1.2×0.9=2.63 kN/m

單根貝雷梁上部模板荷載值為：

q=0.5×0.9=0.45 kN/m

單根貝雷梁上部振搗、人機(jī)荷載值為：

q=（2+4）×0.9=5.4 kN/m

考慮荷載組合系數(shù)，則可得出如下荷載組合：

荷載組合1：

1.3×（21.984+2.63+0.45）+1.5×5.4=40.68 kN/m

荷載組合2：21.984+2.64+0.45+5.4=27.32? kN/m

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。經(jīng)計算，可以得出：

貝雷梁所承受的最大彎矩為：

Mmax=508.5 kN. m≤[M]=1 576.4 kN·m

最大彎應(yīng)力：

σmax=Mmax/W=508 500/7 157.1=71.04 N/mm2<[σ]=190 N/mm2

貝雷梁強(qiáng)度滿足要求。

（2）剪切驗(yàn)算。單片貝雷梁承受的最大剪切力為Vmax=203.4 kN<[V]=490.5 kN，滿足要求。

（3）撓度驗(yàn)算。貝雷梁的位移最大值發(fā)生在門洞跨中，最大變形為fmax=10.2 mm

通過調(diào)整縱向工字鋼的結(jié)構(gòu)形式，縱向支撐梁的應(yīng)力均滿足要求，且構(gòu)件具有足夠的安全儲備，充分保證結(jié)構(gòu)在橋梁現(xiàn)澆施工過程中的安全性與可靠性。同時，采用貝雷梁支架替換56a工字鋼，能夠提高構(gòu)件的重復(fù)利用率，便于安裝拆卸，進(jìn)一步節(jié)省了支架施工的成本。

6 結(jié)論

經(jīng)建模分析驗(yàn)算，門式支架的22a橫向工字梁及立柱均能滿足設(shè)計要求，56a縱向工字梁承載力接近限制值，建議采用貝雷梁桁片代替。

在門式支架的設(shè)計驗(yàn)算過程中，要充分考慮現(xiàn)場實(shí)際條件對支架的限制，考慮不同情況下支架的荷載工況，在支架高度較高時，還需適當(dāng)考慮風(fēng)荷載對支架的影響;對于曲線半徑較小的橋梁，需要考慮橋梁線形導(dǎo)致的荷載偏載[4]。綜合考慮各種因素的相互制約、相互影響，通過計算分析以保證支架的架設(shè)滿足規(guī)范要求，確保施工的安全。在施工過程中要嚴(yán)格控制地基處理以及支架安裝質(zhì)量，在支架預(yù)壓過程中實(shí)時檢測支架沉降量[5]，確保箱梁底縱向線形順直、美觀，橫向也要保證箱梁底面尺寸滿足設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)

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[2]建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 166—2008[S] .北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2008.

[3]建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：GB 50068—2018[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2018.

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[5]建筑施工扣件式鋼管腳手架施工安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 130—2011[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2018.

收稿日期：2022-01-07

作者簡介：曹帆（1995—），女，工學(xué)碩士，助理工程師，研究方向：路橋建設(shè)。