現(xiàn)澆箱梁施工方案滿(mǎn)堂支架設(shè)計(jì)驗(yàn)算方法的探討

侯孝振

(安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230022)

0 前 言

公路橋梁中現(xiàn)澆箱梁是最為常用的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)澆箱梁施工方法中有支架法、懸澆法等，其中滿(mǎn)堂支架支模施工方案是現(xiàn)澆箱梁施工中較為常見(jiàn)的一種施工方法[1]。滿(mǎn)堂支架法施工具有靈活、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，然而鑒于模板支架操作面上施工人員較多，安全性極為重要，支架的承載力及穩(wěn)定性直接影響著施工安全及箱梁的質(zhì)量[2-4]。如何較為準(zhǔn)確進(jìn)行支架受力分析是十分必要的。當(dāng)前項(xiàng)目部現(xiàn)澆箱梁滿(mǎn)堂支架施工專(zhuān)項(xiàng)方案驗(yàn)算方法主要有兩種常用計(jì)算方法：①M(fèi)IDAS Civil有限元計(jì)算；②理論解析計(jì)算。本文通過(guò)某項(xiàng)目滿(mǎn)堂支架兩種方法驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比，總結(jié)一定經(jīng)驗(yàn)，為類(lèi)似工程施工方案設(shè)計(jì)驗(yàn)算提供一定參考。

1 工程概況

某匝道橋共四聯(lián)：7×20 m+(30+42+30)m+4×20 m+3×20 m；上部結(jié)構(gòu)主橋采用預(yù)應(yīng)力(后張)連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，引橋采用普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁。本次計(jì)算取箱梁搭設(shè)支架最高10.5 m的42 m跨現(xiàn)澆箱梁跨施工方案復(fù)核驗(yàn)算。箱梁底寬14 m，高2.4 m，懸臂長(zhǎng)2 m，端部厚0.2 m，根部加厚至0.5 cm，腹板厚0.75/1.0 m，頂板厚度均為0.25 m，底板厚0.22 m。

2 支架布置設(shè)計(jì)

采用承插型盤(pán)扣式滿(mǎn)堂支架施工，具體布置為：支架立桿采用Φ60×3.2 mm鋼管，材質(zhì)為Q345B；橫桿、斜撐及水平斜桿均采用Φ48×2.5 mm鋼管，材質(zhì)均為Q235B；豎直斜桿采用Φ48×2.5 mm鋼管，鋼材材質(zhì)均為Q195；附加斜撐采用Φ48×3.5 mm，材質(zhì)為Q235B。橫桿豎向步距為1.5 m/1.0 m/0.5 m，立桿縱橋向間距為0.6 m/0.9 m；橫橋向間距為0.6 m/0.9 m/1.2 m；所有模板均為15 mm厚優(yōu)質(zhì)竹膠板，模板下方布置：橫橋向12 cm×12 cm的方木，方木下為縱向(間距同立桿間距)普通10號(hào)槽鋼；支架布置見(jiàn)圖1?；A(chǔ)采用22 cm厚C20素混凝土，基底持力層為經(jīng)地基處理后滿(mǎn)足承載力及正常使用要求土層。

圖1 支架布置示意圖

3 荷載取值

根據(jù)本工程概況及箱梁施工特點(diǎn)，支架驗(yàn)算主要考慮如下荷載：①體系自重q1；②新澆混凝土自重q2(鋼筋混凝土容重取γ=26 kN/m3)；③施工荷載(施工人員、機(jī)具、材料等)q3=2.5 kN/m2；④振搗混凝土?xí)r對(duì)水平模板產(chǎn)生的豎向荷載q4=2.0 kN/m2；⑤振搗混凝土?xí)r對(duì)垂直模板產(chǎn)生的水平荷載q5=4.0 kN/m2；⑥傾倒混凝土作用于模板的產(chǎn)生的豎向荷載q6=2.0 kN/m2；⑦q7箱梁分兩次澆筑，第一次澆筑至腹板倒角下方，最大澆筑高度2.4-0.5=1.9 m，本次計(jì)算考慮澆筑速度的不確定，取新澆筑混凝土有效壓頭高度即為最大澆筑高度1.9 m；⑧順橋向風(fēng)載計(jì)算取按照0.35 kN/m2，橫橋向風(fēng)載計(jì)算取0.7 kN/m2；⑨內(nèi)模荷載q9=2.0 kN/m2。

荷載組合參照路橋施工計(jì)算手冊(cè)執(zhí)行，其中荷載分項(xiàng)系數(shù)取值執(zhí)行《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2018)。

4 有限元建模及邊界條件設(shè)置

支架、方木等采用梁?jiǎn)卧M，模板采用板單元模擬，立桿底部約束3個(gè)方向平動(dòng)自由度，立桿頂部與10號(hào)槽鋼、10號(hào)槽鋼與橫向木方、方木與模板均采用彈性連接方式，依據(jù)《建筑施工臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 300—2013)輸入節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。采用MIDAS Civil 2019建立現(xiàn)澆梁支架整體模型，如圖2所示。

圖2 滿(mǎn)堂支架有限元模型

5 支架結(jié)構(gòu)受力分析

根據(jù)荷載條件及材料特性取值，采用MIDAS Civil根據(jù)建立的整體支架模型并輸入相應(yīng)荷載工況分析驗(yàn)算?？紤]翼緣板荷載較小，取主箱梁區(qū)域支架作為分析對(duì)象。

5.1 底模板(t=15 mm)強(qiáng)度驗(yàn)算

由圖3知主箱梁區(qū)域竹膠板最大組合應(yīng)力σmax=1.12 MPa。取有限元計(jì)算組合應(yīng)力相對(duì)應(yīng)最大值位置(即支座實(shí)腹位置)進(jìn)行模板理論解析，方木間距150 mm，混凝土高度2.4 m，采用15 mm厚模板，取1 000 mm寬度，跨度按照150 mm，按簡(jiǎn)之進(jìn)行計(jì)算，模板面荷載設(shè)計(jì)值q=1.3×(2.4×26+0.5)+1.5×6.5=91.5 kN/m2。最大彎矩設(shè)計(jì)值Mmax=0.125ql2=0.257 kN·m；最大彎應(yīng)力設(shè)計(jì)值σmax=Mmax/W=6.86 MPa。

圖3 底模板組合應(yīng)力云圖

5.2 方木強(qiáng)度驗(yàn)算

由圖4知方木最大組合應(yīng)力σmax=1.07 MPa。取有限元計(jì)算組合應(yīng)力相對(duì)應(yīng)最大值位置進(jìn)行理論解析，方木間距150 mm，跨度為600 mm，按三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，方木線(xiàn)荷載設(shè)計(jì)值：q=13.73 kN/m，最大彎矩設(shè)計(jì)值Mmax=0.1ql2=1.11 kN·m，最大彎應(yīng)力設(shè)計(jì)值σmax=Mmax/W=6.67 MPa 。

圖4 方木組合應(yīng)力云圖

5.3 10號(hào)槽鋼分配梁強(qiáng)度驗(yàn)算

由圖5知10號(hào)槽鋼最大組合應(yīng)力σmax=92 MPa。取有限元計(jì)算組合應(yīng)力相對(duì)應(yīng)最大值位置進(jìn)行理論解析，槽鋼間距600 mm，跨度為900 mm，按三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，方木線(xiàn)荷載設(shè)計(jì)值：q=13.73 kN/m，其中方木傳遞槽鋼為集中力，最大彎矩設(shè)計(jì)值Mmax=4.4 kN·m，最大彎應(yīng)力設(shè)計(jì)值σmax=Mmax/W=110.94 MPa 。

圖5 10號(hào)槽鋼分配梁組合應(yīng)力云圖

5.4 立桿強(qiáng)度驗(yàn)算

由圖6知立桿最大壓彎組合應(yīng)力σmax=144.8 MPa。分析取立桿受力最大位置(實(shí)心混凝土區(qū)域)進(jìn)行理論解析，計(jì)算長(zhǎng)度依據(jù)盤(pán)扣式支架安全規(guī)程取lo=1.8 m，立桿穩(wěn)定系數(shù)φ=0.558，不組合風(fēng)荷載軸力設(shè)計(jì)值：Nmax=53.6 kN，穩(wěn)定應(yīng)力設(shè)計(jì)值σ=N/(φA)=168.3 MPa。

圖6 立桿組合應(yīng)力云圖

6 結(jié) 語(yǔ)

1)滿(mǎn)堂支架有限元計(jì)算結(jié)果與解析法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明有限元計(jì)算結(jié)果較理論解析結(jié)果偏小，其中模板、方木兩種算法組合應(yīng)力結(jié)果相差較大，而10號(hào)槽鋼主楞、立桿兩種算法組合應(yīng)力結(jié)果相差較小。

2)兩種計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果存在偏差，分析原因認(rèn)為主要有兩個(gè)方面：①由于MIDAS Civil計(jì)算考慮整體性及模板、方木及10號(hào)工字鋼(或槽鋼)相互連接計(jì)算邊界條件簡(jiǎn)化所致，隨著荷載向下傳遞邊界條件影響減小，故10號(hào)槽鋼和立桿計(jì)算結(jié)果相差較??；②依據(jù)模板施工安全技術(shù)規(guī)范的理論解析按構(gòu)件分開(kāi)計(jì)算，計(jì)算模型簡(jiǎn)化偏保守。

3)鑒于模板支架操作面上施工人員較多，安全性極為重要，為偏安全考慮，特別是對(duì)于MIDAS Civil有限元計(jì)算結(jié)果與容許值接近的方案建議補(bǔ)充理論解析計(jì)算。

4)本文研究為類(lèi)似工程施工方案設(shè)計(jì)驗(yàn)算提供一定參考，后續(xù)針對(duì)存在計(jì)算誤差原因?qū)㈤_(kāi)展進(jìn)一步研究。

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