某桥梁现浇箱梁支架设计方案探讨

吴钟腾

摘要：合理的施工支架设计，能有效地提高工作进度减少施工安全事故，是保障整个工程质量的基础。本文以某大桥为工程背景，介绍了现浇箱梁支架的设计方案。

关键词：桥梁 现浇箱梁 支架设计

一、工程概况

某大桥桥梁全长为1358m，起止里程为D4+040～D5+398，桥梁中心桩号为D4+719。本桥上部结构均采用后张法预应力混凝土连续箱梁，全幅共有53跨13联，具体孔数及跨径为：（26+2×26.5+26）+2×（4×26）+（4×30）+5×25+8×（4×25）m，下部结构采用双柱墩和三柱墩，钻孔灌注桩基础。本桥现浇箱梁底至地面最大高度为16m，现需设计现浇箱梁支架方案。

二、现浇箱梁支架设计时应考虑的因素及设计步骤

1、设计现浇箱梁支架时应考虑的因素

（1）交通疏导问题：对于人流密集、车辆较多的工程环境，如何在施工期间保障原有道路的交通疏导功能，将是支架设计时首先要考虑的因素。所以在支架设计的初期，首先应进行交通疏导方案的设计，根据工地周边道路的车流、路向、疏导功能等进行调查，并将交通疏导方案送交建设单位和交警部门审批。

（2）材料供应情况：支架设计时，必须充分考虑本企业准备用于搭设支架的各种材料供应情况是否满足施工的需求，避免增加单项工程的成本。

（3）经济效益问题：在施工方案设计时必须考虑如何尽量降低工程成本，才能为企业创造更多的经济效益。所以在支架的设计时一般先考虑使用成本较低的形式，当遇到障碍物或有交通疏导要求的，可适当使用轻型钢支架、军用墩+军用粱或军用墩+贝雷架等形式。 2、现浇箱梁支架的设计步骤

拟定支架结构布置→荷载分析及荷载组合→底模板验算→横向木枋验算→纵向木枋验算→顶托验算→支架立杆验算。

三、支架设计验算

本桥箱梁底至地面最大高度为16m，拟采用￠48×3.5钢管作为全桥支架的基本构件，横向木枋拟采用10×10cm松木单层布置，纵向木枋采用10×15cm松木单层布置，支架顶部直观布置图如下图所示：

1、荷载分析

（1）钢筋混凝土自重

箱梁钢筋混凝土自重属均布荷载，直接作用于底模及侧模，根据设计图可得箱梁各部分自重荷载为：

腹板及横梁处 q1（腹板）=1×1.6×1×26=41.6KN/m2

箱室底板处 q1（底板） =（0.22+0.20）×1×1×26=10.92KN/m2

（2）、竹胶板底模（板厚δ=1.8cm 容重γ=17KN/m3）

q2=1×1×0.018×17KN/m3=0.31KN/m2

（3）横向木枋（10×10cm）

q3=5.0m/m2×0.12×8KN/m3=0.4KN/m2

（4）纵向木枋（10×15cm）

腹板及横梁处 q4（腹板）=3.5m/m2×0.1×0.15×8KN/m3=0.42KN/m2

箱室底板处 q4（底板）=2.5m/m2×0.1×0.15×8KN/m3=0.30KN/m2

（5）支架体系自重

① 单根钢管自重

按16m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），￠48×3.5钢管单位重为4.36kg/m，加配件乘以系数2.0，则立杆自重平均分配到底层的荷载为：

g=16m×4.36kg/m×2×9.8N/1000=1.37KN/根

② 钢管支架体系自重

根据支架设计图，横梁及腹板区平均每平方米布置了4.58根钢管，箱室底板处平均每平方米布置了2.44根钢管，则支架体系自重为：

腹板及横梁处 q5（腹板）=1.37kN/根×4.58根=6.28KN/m2

箱室底板处 q5（底板）=1.37kN/根×2.44根=3.34KN/m2

（6）、施工机具及人员荷载 q6=2.5KN/m2

（7）、倾倒混凝土产生的荷载 q7=2.0KN/m2

（8）、振捣砼产生的荷载 q8=2.0KN/m2

2、荷载组合

（1）验算底模

① 腹板及横梁处底模

q=1.2（q1腹板+q2）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（41.6+0.31）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=59.39KN/m2

② 箱室底模

q=1.2（q1箱室+q2）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（10.92+0.31）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=22.58KN/m2

（2）验算横向木枋

① 腹板及横梁处

q=1.2（q1腹板+q2+q3）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（41.6+0.31+0.4）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=59.87KN/m2

② 箱室底板处

q=1.2（q1底板+q2+q3）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（10.92+0.31+0.4）+1.4（2.5+2.0+2.0）

=23.06KN/m2

（3）验算纵向木枋

以验算横向木枋三跨等距连续梁中的最大支座反力R，作为作用在纵向木枋的最大集中荷载来验算纵向木枋。

（4）验算顶托

① 腹板及横梁处

q=1.2（q1腹板+q2+q3+q4腹板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2×（41.6+0.31+0.4+0.42）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=60.38KN/m2

②箱室底板处

q=1.2（q1底板+q2+q3+q4底板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2×（10.92+0.31+0.4+0.3）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=23.42KN/m2

（5）验算立杆、地基

① 腹板及横梁处

q=1.2（q1腹板+q2+q3+q4腹板+q5腹板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2×（41.6+0.31+0.4+0.42+6.28）+1.4×（2.5+2.0+2.0）=67.91KN/m2

② 箱室

q=1.2（q1底板+q2+q3+q4底板+q5底板）+1.4（q4+q5+q6）

=1.2*（10.92+0.31+0.4+0.3+3.34）+1.4*（2.5+2.0+2.0）=27.42KN/m2

3、底模板验算

底模钉在横向木枋上，直接承受上部施工荷载，取承受最大荷载的腹板处（横梁与腹板处承受的荷载相同）进行验算，截取1m宽的竹胶板简化为跨径为28cm的三等跨连续梁来验算。

（1）1m宽×0.018m厚竹胶板截面特性

I=100×1.83/12=48.6cm4=0.486×10-6m4

W=100×1.82/6=54cm3=5.4×10-5m3

SX=100×1.82/8=40.5cm3=4.05×10-5m3

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=9×103MPa=0.9×103KN/cm2

（2）截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q×L2=0.1×59.39×0.282=0.47KN.m

αw =Mmax/W=0.47/（5.4*10-5）/1000=8.70Mpa<[σw]=12Mpa 满足要求

b、剪切强度验算

Qmax=1.1q×L=1.1×59.39×0.28=16.63KN

τmax=Qmax×SX/（I×b）=16.63×4.05×10-5/（0.486×10-6×1.0×103）

=1.39Mpa<[τ]=1.9Mpa 满足要求

c、挠度验算

fmax=0.689×104×qL4/（EI）=0.689×104×59.39×0.284/（0.9×103×48.6）

=0.06cm<[f]=L/400=0.07cm 满足要求

4、横向木枋验算

横向木枋采用10×10cm松木单层布设，直接承受底模传递下来的荷载，腹板及横梁处采用跨径为0.4m的三等跨连续梁来计算，箱室底板处采用跨径为0.8m的三等跨连续梁来计算（计算方法同上，过程省）。

（1）腹板处横向木枋验算

支点中心间距40cm，顺桥方向中心间距为28cm，则横向木枋的分布荷载为： q=（0.4×0.28×59.87）/0.4=16.76KN/m。

① 10×10cm松木枋截面特性

I=8.33×10-6m4，W=1.67*10-4m3，SX=1.25*10-4m3，[αw]=12Mpa，

[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103kN/cm2

② 截面验算

a、弯曲强度验算：Mmax=0.27KN.m，αw=1.62Mpa<[σw]=12Mpa 满足要求

b、剪切强度验算：Qmax=7.37KN，τmax=1.11Mpa<[τ]=1.9Mpa 满足要求

c、挠度验算：fmax=0.004cm<[f]=L/400=0.10cm 满足要求

（2）箱室处横向木枋验算

支点中心间距80cm，顺桥方向中心间距为28cm，则横向木枋的分布荷载为： q=（0.8×0.28×23.06）/0.8=6.46KN/m。

① 10×10cm松木枋截面特性

I=8.33*10-6m4，W=1.67*10-4m3，SX=1.25*10-4m3 ，

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103kN/cm2

② 截面验算

a、弯曲强度验算：Mmax=0.41KN.m，αw=2.46Mpa<[σw]=12Mpa 满足要求

b、剪切强度验算：Qmax=5.68KN，τmax=0.85Mpa<[τ]=1.9Mpa 满足要求

c、挠度验算：fmax=0.02cm<[f]=L/400=0.2cm 满足要求

5、纵向木枋验算

纵向木枋采用10×15cm松木枋单层布置，直接承受横向木枋传递下来的荷载。腹板及箱室底板处的纵向木枋按跨径为1.0m的三等跨连续梁来计算，横梁处为跨径为0.6m的三等跨连续梁，因横梁与腹板处的验算荷载相同，可免算参考腹板处验算结果。

（1）腹板处纵向木枋验算

腹板处纵向木枋支点中心间距为100cm，横向间距0.4cm，直接承受横向木枋传递下来的集中荷载F，根据腹板处横向木枋三等跨连续梁计算的最大支点剪力Qmax（1.1qL=1.1×16.76×0.40=7.37KN）来验算纵向木枋。

① 10×15cm松木枋截面特性

I=28.13*10-6m4，W=3.75*10-4m3，SX=2.81*10-4m3

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103KN/cm2

② 截面验算

a、弯曲强度验算：Mmax=3.24KN.m，αw=8.64Mpa<[σw]=12Mpa 满足要求

b、剪切强度验算：Qmax=14.74KN，τmax=1.47Mpa<[τ]=1.9Mpa 满足要求

c、挠度验算：近似为线性荷载q=7.37*4/1.0=29.48KN/m，

fmax=0.15cm<[f]=L/400=0.25cm 满足要求

（2）箱室底板处纵向木枋验算

箱室底板处纵向木枋支点中心间距为100cm，横向最大间距0.8cm，直接承受横向木枋传递下来的集中荷载F，根据箱室处横向木枋三等跨连续梁计算的最大支点剪力 Qmax（1.1qL=1.1×6.46×0.80=5.68KN）来验算纵向木枋。

① 10×15cm松木枋截面特性

I=28.13*10-6m4，W=3.75*10-4m3，SX=2.81*10-4m3

[αw]=12Mpa，[τ]=1.9Mpa，E=0.9*103KN/cm2

② 截面验算

a、弯曲强度验算：Mmax=2.50KN.m，αw=6.67Mpa<[σw]=12Mpa 满足要求

b、剪切强度验算：Qmax=11.36KN，τmax=1.13Mpa<[τ]=1.9Mpa 满足要求

c、挠度验算：近似为线性荷载q=5.68*4/1.0=22.72KN/m，

fmax=0.12cm<[f]=L/400=0.25cm 满足要求

6、顶托验算

采用50型、60型可调U型标准顶托，可调高度分别为35cm、45cm；50型允许荷载为58KN，60型允许荷载为49KN。

托顶承受荷载为：

腹板下：P=1.0×0.4×60.38=24.15KN<[P]=49KN 符合要求

箱室下：P=1.0×0.8×23.42=18.74KN<[P]=49KN 符合要求

结论：顶托满足受力要求。

7、立杆验算

（1）立杆轴向荷载计算

采用￠48×3.5钢管作支架，当横杆步距为1.5m时，对接立杆的容许荷载[N容]=30.3KN。

立杆底部承受竖向荷载为：

腹板下：N=1.0×0.4×67.91KN/m2=27.16KN<[N容]=30.3KN 符合要求

箱室下：N=1.0×0.8×27.42KN/m2=21.94KN<[N容]=30.3KN 符合要求

结论：单根立杆承受荷载满足容许荷载要求。

（2）立杆稳定性验算

立杆的计算长度L0=κμh=242.6cm，截面回转半径I=1.58cm，截面积A=4.89cm2，截面模量W=5.08cm3，钢材的抗压设计强度σ=215Mpa，长细比λ=153.5，轴心受压构件的稳定系数φ=0.294。

则立杆的稳定性为：N/（φ*A）=26.77*1000/（0.294*4.89*10-4）/106

=186.20Mpa<[σ容许]=215Mpa

结论：支架立杆的稳定性满足要求。

通过以上数据的分析及验算，可见钢管支架方案在结构设计上能满足受力要求，说明此设计方案可行。

四、结束语

在科技飞速发展的今天，桥梁建设施工方法繁多。当桥梁上部结构采用现浇结构形式，支顶架的应用是必不可少的。各种支架形式有着不同的特点和适用范围，施工中应根据实际情况，因地制宜，灵活选择，合理使用，才能取得最佳的经济效益。

参考文献：

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[2] 陈才意，邬海波.现浇箱梁支架设计问题的探讨[J].科技创新导报，2011（08）.

[3] 赵长杰.现浇箱梁支架的设计及检算[J].科技信息，2010（22）.