叙述现浇桥梁支架强度和稳定性的计算

苏添伦

(贵州省都匀公路工程处)

1 工程概况

位于G321国道广成线上的得胜桥为两跨钢筋混凝土空心板箱梁桥，箱梁采用多孔空心板梁全宽7.5 m，梁高1.15 m，净跨为16 m，桥面宽8.5 m，桥高20 m，施工方法采用现浇。

2 支架布置及搭设要求

贝雷钢管桩组合支架在C20混凝土基础上搭设，钢管桩底部与扩大基础顶面A3钢板采用满焊。为了增加贝雷钢管桩组合支架的整体稳定性，沿纵向用5 cm角钢设置横向剪刀撑。支架搭设按照现浇空心板梁贝雷钢管桩组合支架总体施工方案进行。支架搭设时，应先浇注扩大基础混凝土并预埋A3钢板地脚螺栓孔，待扩大基础混凝土达到一定强度后再进行地脚螺栓和A3钢板安装、钢管桩定位焊接及贝雷架搭设，钢管桩顶面设置A3钢板，在A3钢板上设置两根I20a型钢作为拆除贝雷架的临时支撑平台。用5 cm角钢沿纵向与I20a型钢焊接焊接，用于限制贝雷梁横向位移。安装钢管桩之前应对扩大基础顶面高程进行实测，再根据实测高程和空心板梁纵向及横向坡度计算每根钢管桩的下料长度。支架拆除时，先解除调平木楔子，拆除底模、加劲方木、纵向、横向调坡方木和I20a工字钢，最后拆除贝雷、I20a型钢和钢管桩支架。现浇空心板梁贝雷钢管桩组合支架两侧设护栏、安全网。外模采用17 mm厚优质胶合板，模板间接缝采用泡沫止浆橡胶条塞缝，安装模板时应确保板缝紧贴，防止出现漏浆，模板下必须设置通长方木，确保外模平整度及刚度。

3 现浇桥梁支架荷载计算

3.1 荷载计算

(1)混凝土重量

按照空心板梁对应的面积，将空心板分为翼板、底板两部分，按照空心板的A-A、B-B、C-C断面分别进行支架强度和稳定性验算，见表1。

表1 各断面每延米钢筋混凝土重量G1值

(2)模板重量

G2=6×0.037=0.222 kN/m2(底模17 mm厚，底模下方木板20 mm厚)，在空心板纵向长度每延米范围内各断面每延米模板面积S值如表2。

表2 各断面每延米模板面积S值

(3)方木重量

①加劲方木重量:0.12×0.12×6=0.086 kN/m;

②调平木楔子重量:2×0.12×0.12×0.25×6=0.044 kN/个。

(4)贝雷支架

根据生产厂家提供的1.5×3.0型贝雷片重量为270 kg/片，加上支撑架、贝雷销子后按350 kg/片计算。

3.2 横梁I20a工字钢受力验算

回转半径:i=8.16 cm、惯性矩:I=2 369 cm4、截面抵抗弯矩:W=236.9 cm3，E=2.1×105MPa，A3钢轴向容许应力【σ】=140 MPa，A3钢弯曲容许应力【σ】=145 MPa，A3钢容许剪应力【Q】=85 MPa

(1)底板部分各种荷载计算

现浇空心板梁变截面段由A-A断面渐变为C-C断面，仅验算C-C截面最不利荷载:

混凝土重量G1=2.85×0.85×26=62.985 kN

模板重量G2=2.85×0.222=0.633 kN

方木和木楔重量G3=7×0.086+7×0.044=0.91 kN施工荷载G4=2.5×2.85=7.125 kN

倾倒和振倒混凝土荷载:G5=6.0×2.85=17.1 kN

(2)强度验算

当施工荷载均布时，可近似按2跨等跨连续梁计算，即:

L=2.85 m，q1=［1.2(G1+G2+G3)+1.4(G4+G5)］/L=39.07 kN/m，Mmax=0.070q1L2=22.2 kN/m

当施工荷载集中于跨中时，按2等跨连续梁计算设计荷载:q2=［1.2(G1+G2+G3)+1.4 G5］/L=35.57 kN/m，集中设计荷载P=1.4×7.125=9.98 kN，Mmax=0.070q2L2+0.156PL=24.66 kN/m。可见，施工荷载集中于跨中时弯距最大σ=Mmax/Wx=24.66×103/236.9=104.09 MPa＜【σ】=145 MPa，强度满足设计要求。

(3)剪力验算

当施工荷载均布时，可近似按2跨等跨连续梁计算，即:L=2.85 m，Q1=0.625q1L=69.59 kN，当施工荷载集中于跨中时，按2等跨连续梁计算设计荷载:Q2=0.625q2L+0.688P=70.23 kN可见，当施工荷载集中于跨中时剪力最大，所以:Qmax=70.23 kN ＜【Qmax】=85 kN，剪力满足设计要求。

(4)刚度验算

f=0.521q2L4/(100EI)+0.911PL3/(100EI)=0.028 mm＜［f0］=(L/400)=7.125 mm，刚度满足规范要求。

3.3 底模板及加劲方木设计与验算

(1)荷载计算

底模受力验算以C-C断面(最不利荷载)计算，底模采用1.7 cm厚竹胶板，竹胶板下铺2 cm厚杉木板，底板加劲方木断面采用12×12 cm、横向间距50 cm。

模板自重:a=0.222 kN/m2;钢筋混凝土自重:b=22.1 kN/m2;

施工荷载:c=2.5 kN/m2(集中荷载P=2.5 kN);

倾倒和振倒混凝土荷载:d=6.0 kN/m2。

(2)底模板强度验算

当施工荷载均布时，可近似按4跨等跨连续梁计算，即取L=0.5 m，q1=［1.2(a+b)+1.4(c+d)］×0.5/L=38.686 kN/m，Mmax=0.077q1L2=2.979 kN/m，当施工荷载集中于跨中时，按4等跨连续梁计算设计荷载:q2=［1.2(a+b)+1.4d］×0.5/L=35.186 kN/m，集中设计荷载P=1.4×2.5×0.5=1.75 kN，Mmax=0.077q2L2+0.169PL=0.825 kN/m。可见，施工荷载集中于跨中时弯距最大σ=Mmax/Wx=0.825×103/(1×0.0372/6)=3.6 MPa＜［σ］=15 MPa，强度满足设计要求。

(3)底模板刚度验算

按 L=1 m 计算，E=10 000 MPa，I=1.0 ×0.037 3/12=4.22×10-6m4q3=1.0×(a+b)=22.322 kN/Mf=q3L4/(128EI)=0.4 mm＜［f0］ =(0.5/400)=1.25 mm，刚度满足规范要求。

(4)底模板加劲方木受力验算

混凝土重量G1=0.85×0.5×26=11.05 kN/m2，模板重量G2=0.5×0.222=0.111 kN/m2，加劲方木重量:G3=0.12×0.12×6=0.086 kN/m;施工荷载 G4=2.5 kN/m2，倾倒和振倒混凝土荷载:G5=6.0 kN/m2

L=1.0 m，q=［1.2(G1+G2+G3)+1.4 G5］×0.5/L=10.948 kN/m，集中设计荷载 P=1.4×2.5×0.5=1.75 kN，当施工荷载均布时，可近似按4跨等跨连续梁计算，即:

①剪应力

当施工荷载集中于跨中时剪力最大，按4等跨连续梁计算设计荷载:Qmax=-0.607qL-0.661P=7.802 kN可见，当施工荷载集中于跨中时剪力最大τmax=3Qmax/2A=(3×780 2)/(2×0.12×0.12)=0.8 MPa＜【τ】=1.4 MPa，剪应力满足设计要求。

②弯曲应力

当施工荷载集中于跨中时弯距最大，按4等跨连续梁计算设计荷载:

Mmax=0.077qL2+0.169PL=0.359 kN/m，σmax=Mmax/W=359/(1/6×0.12×0.122)=1.2 MPa＜【σ】=13 MPa，弯曲应力满足设计要求;

③最大变形

fmax=5QmaxL4/384EI=(5×780 2×1.04)/(384×10×103×0.12×0.123/12)=0.58 mm ＜【f】=L/400=2.5 mm，刚度满足规范要求。

3.4 贝雷支架受力验算

查贝雷梁相关规范得双排单层贝雷梁容许内力为:

【Mmax】=1 576 kN · m，【Qmax】=490 kN，W=7 156 cm3

荷载计算如下:

混凝土自重:G1=14.75×2.85×12=504.45 kN

竹胶板自重:G2=2.85×12×0.222=7.59 kN

方木自重:G3=12×7×0.086=7.224 kN

木楔子重量:G4=0.044×13×7=4.004 kN

施工荷载G5=2.5×3×2.85=21.375 kN

倾倒和振倒混凝土荷载:G6=6.0×3×2.85=51.3 kN

I20a工字钢自重:G7=13×2.85×0.2791=10.34 kN

贝雷梁可近似按4跨等跨连续梁计算，即:L=12.0 m，q=［1.2(G1+G2+G3+G4+G7)+1.4G6］/L=59.35 kN/m

集中设计荷载P=1.4×2.5×3×2.85=29.925 kN

(注:集中荷载作用范围按3 m计算)

(1)强度计算

当施工荷载集中于跨中时弯距最大，按4等跨连续梁计算设计荷载:

Mmax=0.077qL2+0.169PL=718.761 kN·m ＜【Mmax】=1 576 kN·m，强度满足设计要求。

σmax=Mmax/W=718 761/7 156=100.44 MPa＜【σ】=145 MPa，强度满足设计要求。

(2)剪力计算

当施工荷载集中于跨中时剪力最大，按4等跨连续梁计算设计荷载:Qmax=-0.607qL-0.661P=-452.086 kN＜【Qmax】=490 kN，符合规范要求。

(3)挠度计算

查贝雷梁相关规范得:I=500 994 cm4

f=0.632qL4/(100EI)+1.097PL3/(100EI)=0.079 mm＜［f0］=L/400=30 mm，刚度满足规范要求。

4 支架预压检测方案

4.1 布点初测

加载前需对支架基础顶、支架底和底模顶进行标高布点测量，观测点布置在地面以及模板底的方木上，以四分之一跨度为纵距，三分之一梁底宽度为横距分别设置观测点。测量点设在支点、梁跨的1/6、1/3、1/2、2/3和5/6处，横向均设3点位。

4.2 加载卸载顺序

为加快施工进度，同时保证预压效果，不考虑进行整联等载预压，实行分跨超载预压。按照梁体荷载的120%逐跨进行加载，预压荷载分期加到支架顶部，加载卸载顺序为:按预压荷载总重的0→50%→75%→100%→50%→25%→0进行分期加载及分期卸载，并测得各级荷载下的测点的变形值。

4.3 沉降观测

预压观测48 h(观测时间以沉降稳定为准)，加载完成后每2 h观测一次，连续两次观测沉降量不超过3 mm，即为趋于稳定，改为每6 h观测一次，沉降稳定48 h后，经监理工程师同意后，即可进行卸载。第一次卸载后停4～6 h，观测2次。第二次卸载后24 h内进行4次观侧，观测时要注意地基变化。

［1］ 任永明.现浇预应力桥梁支架的稳定性计算［J］.甘肃科技，2006，(3):43-44.

［2］ 白志超.高速公路现浇桥梁支架及门洞验算初步探讨［J］.山西建筑，2010，(8):20-21.

［3］ 朱新华.沧德特大桥跨石黄高速公路连续梁施工支架计算分析研究［J］.广东建筑，2010，(8):10-11.