市政桥梁现浇盖梁支架的优选

贺永乐，田利锋，苏 琦，苏 昭，郭小谋

(1.中铁一局集团 第三工程公司，陕西 宝鸡 721006;2.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

盖梁施工穿心钢棒法与满堂支架法相比具有投资少、架设快、干扰少的优点。本文针对新疆喀什地区资源匮乏、人工费较高、施工时间有限、市政工程干扰大、工期紧的特点，结合一工程实例对这两种施工方法的施工效率、经济效益、适用性进行量化比较，以更好地制定经济可行的施工方案。

1 工程概况

小亚郎大桥跨越喀什市东城区小亚郎水库下游河道，设计采用分离式先简支后连续箱梁结构，单幅桥面宽度为20.5 m。下部结构采用三根墩柱支撑盖梁，盖梁底面距填土围堰顶面约6 m，盖梁构造见图1。

2 穿心钢棒方案

2.1 支架的布置

在墩柱距离柱顶85 cm处预埋一根直径为125 mm的PVC管，作为盖梁支架支撑钢棒的预留孔，钢棒直径为100 mm，在钢棒上架设两根I40b的工字钢，然后以间距30 cm布置15 cm×15 cm的方木(横梁)。盖梁支架平面布置见图2。

图1 盖梁构造(单位:cm)

2.2 有限元模型的建立

对盖梁穿心钢棒法搭设方案，采用有限元软件MIDAS/Civil进行模拟。对盖梁、方木、工字钢分别建立有限元模型。模型均采用空间梁单元来模拟，其中盖梁、工字钢的计算模型均为89个节点、88个单元;方木的计算模型共计13个节点、12个单元。盖梁、方木、工字钢模型效果图见图3。

图2 盖梁支架平面布置(单位:cm)

图3 计算模型示意

2.3 计算结果分析

根据该体系的受力特点，方木与盖梁组成的力学模型可等效为多跨连续梁结构，即方木可等效为支点，确定最大支反力后，即可对该结构体系的所有构件进行验算。荷载基本组合按1.2D(恒载)+1.4L(活载)计算，施工人员及机具荷载取2.5 kN/m2，振捣混凝土荷载为2.0 kN/m2，各构件最不利的刚度、强度、剪力计算结果见表1。

由表1可知:方木的最大位移为3.44 mm，＜L/400=1 944/400=4.86 mm(L为跨度);最大抗弯强度为6.49 MPa，＜11 MPa(松木的容许应力);工字钢的最大位移为10.64 mm，＜L/400=7 250/400=18.125 mm;最大抗弯强度为163.35 MPa，＜215 MPa(Q235钢材的容许应力)。方木、工字钢的最大位移均发生在跨中，最大拉应力分别发生在跨中和中间支点处。钢棒的最大剪应力τ=Fmax/A=413.03×103/7 855=52.58 MPa，＜125 MPa(容许剪应力)，最大剪力发生在中间钢棒支点处。

由以上的分析结果可知，该支架体系各构件的刚度、强度、抗剪强度均满足要求，且安全系数均＞1.2，可见该方案经济可行。

3 满堂支架方案

3.1 支架的布置

满堂钢管(φ48，δ=3.5 mm)支架，采用扣件连接。沿盖梁纵向立杆间距为60 cm;沿盖梁横向立杆间距分别为 30，68，60，68，30 cm;大横杆步距为 60 cm，然后设置剪刀撑。在立杆的顶托上先沿纵向布置15 cm×15 cm的方木(纵梁)，然后以间距为30 cm来布置15 cm×15 cm的方木(横梁)。支架构造见图4。

图4 满堂支架构造(单位:cm)

3.2 有限元模型的建立

采用MIDAS/Civil模拟盖梁的满堂支架搭设方案，考虑到整个支架系统为对称结构，故取最不利盖梁支架结构组进行计算分析。根据实际情况，沿桥横向取模型宽度2.2 m，沿桥纵向取模型宽度8×0.6 m=4.8 m。模型共有664个节点，1 635个单元;盖梁底模采用板单元建模，方木(纵梁和横梁)、钢管立柱均采用梁单元模拟，扣件处采用共节点连接方式，考虑到各节点的变形协调，板单元与梁单元之间的连接为共节点的连接方式。支架MIDAS模型效果图见图5。

3.3 计算结果分析

根据MIDAS有限元的应力计算结果，支架系统的应力值见表2。

表2 支架系统的应力值 MPa

Q235钢的容许屈服强度为215 MPa，松木的容许屈服强度为11 MPa。从表2的计算结果可知，剪刀撑、立杆、方木的最大应力均未超出允许值，强度均满足要求，且安全系数都在1.2倍以上，故该方案经济可行。

图5 支架MIDAS模型

4 方案比较

本桥左右幅共计16片盖梁，计划用4套支架同时进行平行施工，为研究该桥盖梁施工中两种方案的经济性、施工效率，现就一片盖梁的数据作统计对比。

4.1 经济性的对比

以下就两种方案在材料、人工、机械设备使用方面所产生的费用对两者的经济性进行比较，见表3。

表3 两种方案经济性对比

由表3可以看出，一片盖梁的施工，穿心钢棒方案相比满堂支架方案可节约成本86 376.1元;该桥的施工共制作4套支架，若采用穿心钢棒方案可节约成本86 376.1×4=345 504.4元。故穿心钢棒方案相比满堂支架方案具有明显的经济效益。

4.2 施工效率对比

以下就两种方案在支架搭设、支架拆卸时所花费的时间对两者的施工效率进行比较，具体数据见表4。

表4 两种方案的施工用时 d

由表4可以看出:完成一片盖梁的施工，穿心钢棒方案相比满堂支架方案可缩短4 d的时间，其效率是满堂支架方案的5倍。该桥的施工共制作4套支架，若采用穿心钢棒方案可缩短施工工期4×4=16 d，故相比满堂支架方案施工效率大大提高，工期明显缩短。

4.3 适用性对比

两种方案的优缺点对比见表5。

表5 两种方案的适用性对比

由表5可知，穿心钢棒方案相比满堂支架方案具有很强的适用性。由于本桥跨越小亚郎水库，地基承载力不高，洪水期围堰存在被洪水淹没的隐患，若采用满堂支架方案施工，对地基必须作换填压实处理，所以在经济效益和施工效率方面，穿心钢棒方案更佳。

5 结论

本文采用有限元软件MIDAS/Civil验算了穿心钢棒施工方案和满堂支架方案的结构体系合理性。通过对这两种方案在实际施工中的经济性、施工效率及适用性进行定量分析对比后可得，盖梁穿心钢棒方案相比满堂支架方案具有较强的适用性，不仅大大缩短了施工工期，且具有良好的经济效益。本文所采用的分析方法和研究结论对市政桥梁盖梁支架的设计与施工具有一定的借鉴意义。

［1］张俊义.桥梁施工常用数据手册［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］周永兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］叶操，苏卫国.基于MIDAS的箱梁碗扣式满堂支架的计算［J］.低温建筑技术，2011(12):59-61.

［4］陈坚荣.桥梁工程中现浇盖梁支架的设计与施工［J］.公路交通技术，2004(1):52-56.

［5］徐健.对盖梁施工支撑体系的探讨［J］.华东公路，2002(6):17-20.