現(xiàn)澆箱梁滿堂支架設計與施工協(xié)同性分析

閆慶堯

(山東高速工程建設集團有限公司，山東 濟南 250021)

在梁板支架現(xiàn)澆施工過程中，支架坍塌事故時有發(fā)生。經(jīng)分析相關支架坍塌事故，發(fā)現(xiàn)預壓時發(fā)生支架坍塌遠多于現(xiàn)澆時。由于一般情況下現(xiàn)澆箱梁腹板處在支架設計時已經(jīng)考慮對其荷載分布進行加密，本文以北京至雄安新區(qū)高速公路河北段SG4合同A匝道第四聯(lián)標準段空腹處支架立桿為例，說明了不同荷載分布的立桿受力情況。

一、現(xiàn)澆箱梁混凝土的荷載分布

1.荷載分析：支架承受的荷載主要包括，永久荷載（箱梁自重、模板及附件重、支架自重）；可變荷載（施工作業(yè)人員、施工設備、混凝土澆注時沖擊荷載和振動荷載）；風荷載及其他荷載。

2.荷載取值：鋼筋混凝土容重取26kN/m3；模板自重：底腹板1kN/m2；施工人員及設備：3kN/m2；傾倒及振搗產(chǎn)生混凝土荷載：2kN/m2。

3.荷載組合：永久荷載分項系數(shù)取1.2，可變荷載分項系數(shù)取1.4，組合值系數(shù)取0.9。

4.荷載計算：標準段空箱位置，混凝土寬1.2m、高0.5m，支架高度按16m計算。由順橋向立桿間距1.2m，橫橋向立桿間距布置為腹板處間距0.9m、空箱處1.2m。混凝土橫斷面面積為0.6m2，體積為0.72m3。

鋼筋及混凝土自重：26kN/m3×0.72m3=18.72kN；模板自重：1.0kN/m2×1.2m×1.2m=1.44kN；施工人員及設備荷載：3kN/m2×1.2m×1.2m=4.32kN；傾倒混凝土及振搗荷載：2kN/m2×1.2m×1.2m=2.88kN；架體自重：0.15kN/m3×1.2m×1.2m×16m=23.04kN；其他可能荷載（風載、雪載、養(yǎng)護荷載）:1kN/m2×1.2m×1.2m=1.44kN。

模板支架立桿軸向力標準值:N=(a+b+c+d+e+f)=40.35kN；單根立桿承受荷載標準值：40.35kN。

模板支架立桿軸向力設計值:

考慮風荷載時,根據(jù)公式立桿軸向力設計值N=1.35∑NG1K+0.7×1.4∑NQK；

NG1K--恒荷載自重標準值產(chǎn)生得軸力（kN）；

∑NQK--施工荷載標準值產(chǎn)生的軸向力總和（kN）；N=1.35×(a+b+e)+0.7×1.4×(c+d+f)=40.35kN；

單根立桿荷載設計值為：40.35kN。

5.風荷載計算

（1）風荷載標準值

風荷載標準值應按下式計算：ωk=0.7μsμzω0。

ω0——基本風壓，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄E查得，保定地區(qū)十年一遇風壓值，ω0=0.3kN/m。

支撐架頂部立桿段風荷載標準值：

ωk=0.7μzμs ω0=0.7×1.0×1.69×0.3=0.3549kN/m

（2）風荷載產(chǎn)生的彎矩設計值

Mw=0.7×1.4×ωklah2/10

wk—風荷載標準值（kN/m2）；la—立桿縱距（m）；h—步距（m）；則彎矩標準值：

6.立桿穩(wěn)定性計算

1.立桿設計參數(shù)

A—立桿凈截面面積（5.71cm2）；W—立桿凈截面抵抗矩（7.7cm2）；[f]—鋼管立桿抗壓強度設計值，[f]=255N/mm2；

計算分析可知φ=0.626

立桿穩(wěn)定性計算當組合風荷載，符合以下公式要求：

鋼管立桿的最大應力計算值σ=125.1N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強度設計值[f]=255N/mm2，滿足要求。

因此，立桿穩(wěn)定性滿足要求。

二、以支架預壓荷載分布的受力計算

現(xiàn)澆箱梁混凝土斷面積為9.672m2，其預壓時一般采用砂袋或水，此時荷載分布一般是在箱梁底板位置上部，其預壓荷載高度平均為9.672/11.247=0.86m

標準段空箱位置，混凝土寬1.2m、高0.86m，其余數(shù)量同上。混凝土橫斷面面積1.032，體積為1.24m3。

（一）荷載計算

1.鋼筋及混凝土自重：26kN/m3×1.24m2=32.2kN其余荷載分布同上。

模板支架立桿軸向力標準值:N=(a+b+c+d+e+f)=45.73kN

單根立桿承受荷載標準值：45.735kN

模板支架立桿軸向力設計值:

考慮風荷載時,根據(jù)公式立桿軸向力設計值

單根立桿荷載設計值為：58.54kN

（二）立桿穩(wěn)定性計算

組合風荷載時，應符合以下公式要求：

鋼管立桿的設計應力計算值σ=176N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強度設計值[f]=255N/mm2，滿足要求。

因此立桿穩(wěn)定性滿足要求。

三、施工階段堆載的受力計算

施工過程中易形成鋼筋等材料的臨時堆積，為此需進行材料堆積的計算分析和管控，假設臨時堆積鋼材高度為0.5m。標準段空箱位置，鋼材堆積寬度1.2m、高0.5m，其余數(shù)量同上。鋼材橫斷面面積0.6m2，體積為0.72m3。

（一）荷載計算

1.鋼材自重：78kN/m3×0.72m3=356.16kN其余荷載分布同上。

模板支架立桿軸向力標準值:

單根立桿承受荷載標準值：69.70kN

模板支架立桿軸向力設計值:

考慮風荷載時,根據(jù)公式立桿軸向力設計值

單根立桿荷載設計值為：69.70kN

（二）立桿穩(wěn)定性計算

組合風荷載時，應符合以下公式要求：

鋼管立桿的設計應力計算值σ=266.5N/mm2大于鋼管立桿的抗壓強度設計值[f]=255N/mm2，不滿足要求。

因此立桿穩(wěn)定性不滿足要求。

四、結(jié)語

根據(jù)以上分析可知，空腹處現(xiàn)澆箱梁混凝土荷載分布與預壓階段和施工過程中堆載產(chǎn)生的荷載差異可能很大，影響支架的穩(wěn)定性。為加強支架設計和施工的安全性和經(jīng)濟合理性，應對不同情況采用不同的控制方式。

針對現(xiàn)澆箱梁截面混凝土自重控制的荷載組合，在支架設計時必須根據(jù)其受力狀況進行分析和設計，確保安全。

針對預壓荷載控制的荷載組合，在支架設計時必須考慮其受力狀況進行分析和設計，確保安全。預壓方案可以考慮支架投入的增加和預壓材料改變的效益對比，一般采用的砂袋預壓和水預壓不能滿足預壓荷載按箱梁混凝土截面荷載分布的要求，會增加箱梁空腹處的荷載分布。這也是許多支架設計中忽略的，是形成支架坍塌的重要因素，建議在支架方案設計審核時加以考慮。

由于施工階段堆載造成的支架荷載增加，應在施工中避免重質(zhì)材料等堆載，將材料堆載控制支架受力設計的范圍內(nèi)，嚴格管控。