现浇箱梁模板钢管支架的验算及施工

张祖斌

1 工程概况

莆田市城港大道跨木兰溪大桥箱梁引桥上部结构为现浇预应力混凝土连续箱梁共4联;箱梁布置为30 m+40 m+30 m(预应力混凝土连续箱梁)。混凝土等级为C50,每一联混凝土数量1 535 m3;钢筋每一联共339 207 kg。

2 满堂支架的布置与验算

本桥现浇箱梁段处于木兰溪边岸,采用换填地基搭设满堂支架的方法进行施工(见图1)。支架材料为普通钢管脚手架。

2.1 地基处理

地基处理前,在箱梁全范围内将表层杂土、泥坑及松软土层全部清除,采用石渣填筑80 cm作为垫层,并用16 t以上振动压路机压实。在碾压完成后,若有局部地方出现弹簧现象,应重新挖除进行换填处理。压实完成后,在垫层顶上浇筑15 cm厚C20混凝土作为支架基层。

2.2 满堂支架设置

支架采用碗扣式钢管架,为便于标高的调整,箱梁底立杆顶采用可调顶托,翼缘板底立杆采用搭接,立杆搭接处采用三个扣件。满堂支架主要由立杆、水平杆、剪刀撑组成,本方案中的钢管架采用φ 48×3.0 mm的钢管材料搭设而成,钢管顶采用可调U形托撑。U形托座上纵向(或横向)设置15 cm×15 cm方木作为楞木,支撑底模模板,底板模板采用竹胶合板。

根据现场的地形条件,碗扣式满堂支架架设高度最高为10 m,碗托件支架立杆设置为:在箱梁底14.25 m范围内横纵按60 cm×60 cm布置,步距120 cm,两侧翼缘4.5 m范围内按60 cm×100 cm布置,步距120 cm。

2.3 满堂支架验算

2.3.1 荷载计算(按支架最高跨计算)

1)箱梁底混凝土荷载:

G=[1 535/100×30-103(翼缘板部分)]×26=9 295 kN。

偏安全考虑,安全系数取K=1.2,假设全部重量作用于底模上,则底模每平方米承受的荷载为:

F1=9 295×1.2/(14.25×30)=26 kN/m2。

2)施工荷载:取 F2=2.5 kN/m2(已考虑安全系数)。

3)振捣混凝土产生荷载:取F3=2.0 kN/m2(已考虑安全系数)。

4)模板荷载:取 F4=3 kN/m2(已考虑安全系数)。总荷载为:F1+F2+F3+F4=33.5 kN/m2。

2.3.2 纵向楞木验算(按箱梁底计算)

箱梁底宽14.25 m,按支架搭设的方案,支架纵向共设24排楞木,计算荷载时假设所有重量共 14 321 kN(33.5×14.25×30)均由24排方木平均受力,则每排方木的均布荷载为19.89 kN/m。

15×15方木拟采用落叶松,查路桥施工计算手册P176,落叶松最大抗弯应力[σ]=14.5 MPa,弹性模量 E=11×103MPa。

方木按跨径L=0.6 m作两跨连续梁计算,计算如下:

截面抵抗矩:W=bh2/6=150×1502/6=5.625×105mm3。

截面惯性矩:Ⅰ=bh3/12=150×1503/12=4.219×107mm4。

作用在横梁上的均布荷载为:q=19.89 kN/m。

跨中最大弯矩:M=qL2/8=19.89×0.6×0.6/8=0.895 kN·m。

1)弯拉应力验算:σ=M/W=8.95×105/5.625×105=1.591 MPa＜[σ]=14.5 MPa。

2)挠度验算:f=5qL4/384EⅠ=(5×19.89×6004)/(384×11×103×4.219×107)=0.072 mm＜L/400=600/400=1.5 mm。

经验算,纵向方木满足受力要求。

2.3.3 立杆受力验算(按箱梁底计算)

根据支架的搭设方案,箱梁底共需搭设立杆1 188根,计算荷载时假设所有重量共14 573 kN由以上立杆平均受力,则每根杆需受力N=14 573/1 188=12.27 kN。考虑不利因素的影响,步距按2.4 m进行验算。

立杆长细比:λ=L/i=2 400/15.95=150.5。

由长细比可查得轴心受压构件的纵向弯曲系数φ=0.302。

立杆截面积:A=242π-212π=424 mm2。

查《路桥施工计算手册》第185页,钢材设计强度 f=205 MPa。

[N]=φ×A×f=0.302×424×205=26 249.8 N=26.25 kN＞N=12.27 kN。

经验算,支架承载力满足要求。

3 满堂支架预压

3.1 支架预压

为了检查支架的承载能力,减小和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量,在支设底模模板后对支撑体系进行预压。预压采用水箱,最大荷载为设计荷载的1.2倍。加载重量分三次逐渐进行,每次加载时,需对支架进行观测,如果发现异常情况,应立即停止加载,待查明原因后方可继续进行。

3.2 预压观测

观测的方法是采用水准仪进行观测,观测按每一跨分五个横断面(分别为每跨的端点,跨中,L/4处),每个断面布 3个点进行观测,在预压前对底模的标高观测一次,在预压的过程中每天观测3次,时间分别为早、中、晚,观测至沉降符合设计要求为止(连续三天累计沉降量不大于5 mm)。将预压荷载卸载后再对底模标高观测一次,从以上的观测资料中计算出支架的弹性变形及地基的下沉。

4 支架和模板拆除

箱梁侧模在混凝土强度达到规范要求后便可拆除,模板拆除以后注意洒水养护。底模和支架必须在预应力钢绞束张拉结束,管道压浆强度达到设计规范要求后,方可拆除。底模拆除时要同步、对称进行。

5 施工时注意事项

1)施工时必须严格按施工方案进行。2)搭设支架使用的材料规格和型号必须符合安全要求。3)作业平台有足够的面积,支架必须达到稳定、坚固,保证在各种荷载和气候条件下不产生变形、倾斜和摇晃。4)搭设结构符合规定,支架杆件连接处要固定牢靠。5)作业层脚手板要铺满、铺稳,绑扎牢固,无探头板。6)必须有完善的安全防护措施,支架外侧设置防护栏,安全挡板以及安全网等。7)高空作业必须系好安全带。8)拆除脚手架时,禁止无关人员进入危险区域。拆除应按顺序由上而下,一步一清,不准上下同时作业。拆除脚手架大横杆、剪刀撑,应先拆中间扣,再拆两头扣,由中间操作人员往下顺杆子。拆下的材料应向下传递用绳吊下,禁止往下投扔。9)拆除脚手架人员进入作业区后,要系好安全带,安全带必须高挂低用。10)拆除脚手架要统一指挥,上下应动作协调。11)实施过程中需加强施工现场钢管、扣件等产品质量检测验收,进场的钢管、扣件需具有产品生产许可证、质量合格检测证明、厂家标识;在搭设过程中,用扭力扳手测定螺栓扭力矩,扭力矩不小于 40 N·m,不大于 65 N·m。12)立杆、水平杆、剪刀撑斜杆接头应错开在不同的框格中设置,两根相邻立杆的接头不应设置在同步内,同步内隔一根立杆的两个相隔接头高度方向错开的距离不小于50 cm;各接头中心至主接头的距离不大于步距的1/3。

[1] JGJ 130-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程[S].