大跨径箱型梁就地浇筑法的支架受力结构分析与计算原理

杨永欣

（河北省石家庄市藁城区公路管理站,石家庄 052160）

大跨径箱型梁就地浇筑法的支架受力结构分析与计算原理

杨永欣

（河北省石家庄市藁城区公路管理站,石家庄 052160）

通过大跨径箱型梁就地浇筑法的工程实践，分析钢管支架的受力特点及施工应用常见问题，研究钢管支架的材料选择、计算原理、安全可靠度等理论性问题，得出了大跨径箱型梁就地浇筑施工的支架安装计算方法，关系到安全生产、质量控制及经济效益问题，有利于工程实践中更好地应用。

箱型梁;就地浇筑法;支架受力结构分析;计算原理

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.002

1 引言

在高速公路工程建设中，大跨径预应力钢筋混凝土箱型梁设计应用较为广泛，尤其在分体立交或互通立交工程中该结构型式最为显著，基于安全施工、质量控制与经济效益等综合因素的考虑，支架的安装必须通过严谨的力学原理进行计算分析。从多年的工程实践分析来看，由于支架坍塌而造成的安全事故不胜枚举，则对生命财产和经济损失不可估量，故提出大跨径箱型梁就地浇筑施工的支架受力分析与计算原理，利于施工指导与应用。

2 钢管支架的受力分析[1～4]

安装后的钢管支架具有三维（XYZ）几何不变的力学支撑体系，承载着巨大的结构荷载与施工荷载，与之产生轴向压力p、弯矩M及剪力Q，力学要点在于：

1）竖向钢管是传递全部竖向和水平荷载的重要构件，当不组合风荷载时，可简化为轴心受压构件，当组合风荷载时，则为压弯构件，因荷载传递的压力p产生侧向弯矩M同时关系到长细比（λ=L/i）的稳定与约束。

2）横向及纵向钢管因承受着荷载传递的作用均属于受弯构件产生弯矩。

3）纵向与横向钢管水平管杆件依靠金属扣件连接，将施工荷载、脚手板自重传递给立杆，立杆又将水平力传递到下面建筑物上，扣件与钢管之间的摩擦力可传递竖向力与水平力，因此应对扣件抗滑摩擦力进行验算。

3 箱型梁就地浇筑法施工碗扣支架设计（见图1）

图1 碗扣支架设计图（单位：cm）

1）模板采用3000mm×2000mm×50mm大块冲压式钢模板，支架采用外径48mm×3.5mm碗扣式无缝钢管支架，地基采用满堂红厚度为15cm的C15混凝土铺筑，用以进行地基加固处理以抵抗不均匀沉降变形。

2）支架材料的质量要求：扣件与底座的力学性能（见表1）。

表1 扣件与底座的力学性能数据表

3）受压、受拉构件的容许长细比规定值（见表2）。

表2 受压、受拉构件的容许长细比规定值

注：计算λ时，立杆的计算长度按L0=kμh计算；k=1.0时，L0= 1.27h，h为立杆布距。

4）钢管截面特征数据（见表3）。

表3 钢管截面特征数据

5）立杆及横杆承载力性能（见表4）。

表4 立杆及横杆承载力性能参考数据表

4 脚手架纵向、横向水平杆极限状态条件下的承载能力计算

1）计算纵向、横向水平杆的内力与挠度时；纵向水平杆可按三跨连续梁原理计算，对荷载分布进行最不利布置，最大弯矩取跨中弯矩和支座弯矩的较大值。

跨度取纵距La，横向水平杆按简支梁计算，计算跨度为：双排架取Lb；单排架取（Lb+120）mm。

2）抗弯强度变形值计算

σ=Mmax/W≤［σ］,且Mmax=ql2/8

3）轴心受拉、受压构件的强度计算

σ=N/Aen≤f（受压状态）

σ=N/An≤f（受拉状态）

4）挠度验算

v=5qLb4/384EI≤［v］

以上公式中，σ，［σ］分别为构件在弯拉条件下的抵抗应力及允许应力,N/mm2;Mmax为经计算得知的杆件承受的最大弯矩，N·m；W为钢管或不同型钢的截面模量；q为作用在杆件上的均布荷载,kN/m；l为梁支点之间的距离,m;Lb为双排架条件下的立杆计算跨度,m;N为材料横截面轴心压力,kN;Aen,An分别为构件的有效净截面积与净截面积,mm2；V,［v］分别为构件挠度验算值及挠度允许值;E为回弹模量,N/mm2,I为杆件惯性矩。

5）立杆地基设计承载力Rs计算：

RS=1.15Rb

式中，Rb为原始地基承载力标准值，kPa。

支架搭设前先对基础进行回填、平整与压实，以地基承载力达到200kPa条件，然后使用10cm厚度的C20混凝土做垫层，根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ166—2008）规定，当地基为岩石或混凝土时，可不进行计算，使用混凝土地基承载力满足施工要求即可。

5 算例

解：计算过程如下：

1）抗弯强度验算

作用在水平杆线荷载标准值：

qb=（3.0+0.35）kN/m2×0.9=4.815kN/m2

作用在水平杆线荷载设计值：

qs=1.4×3.0kN/m2+1.2×0.63=4.96kN/m2

最大弯矩：

Mmax=ql2/8=4.96×0.92/8=0.502kN·m

2）计算钢管的抗弯刚度

3）作用在横杆上产生挠度验算：

v=5qLb4/384EI=5×4.815×9004/384×2.06×105×12.19×104

=1.579×1013/9.643×1012=1.638mm≤［v］=10mm

4）验算立杆长细比λ

因立杆横距为0.9m,故立杆长度应为L0=kμh=1.0×1.27× 0.9×102=1cm。且λ=L0/i=114.3/1.58=72.34＜［λ］=210，经查表2得知满足规定。

5）立杆地基承载力RS计算:

RS=1.15Rb

式中，Rb为原始地基承载力标准值,kPa。

计算方法：将所有荷载∑N除以每个立杆的节点数，再换算所需要的地基承载力RS（计算过程略）。

6 结论

目前，碗扣钢管支架的施工运用非常广泛，涉及经济、安全与质量等关键技术问题。因此，在施工组织设计工作中，必须经过运用材料力学、结构力学原理进行仔细验算后方可采纳使用，该技术理论关系到力学知识面广而不复杂，具有典型的力学要点及规律，是支撑交通土建工程建设技术水平的安全应用问题。

【1】张俊义.桥梁施工百问[M].北京：人民交通出版社，2011.

【2】北京土木建筑协会.建筑施工脚手架构造与计算[M].北京:中国电力出版社，2011.

【3】汪整容,朱国梁.简明施工计算手册[K].北京：中国建筑工业出版社, 2005.

【4】沈伦序.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1984.

TheStentMechanicalStructureAnalysisandCalculation Principle of theLong-span Box BeaminSitu Method

YANGYong-xin
（RoadstationofGaoChengAreainShijia-zhuang Cityof Hebei Province，Shijiazhuang 052160,China）

Through the long-span box beam in situ method of engineering practice,it analysis the stress of the steel pipe support characteristics and the common problems in construction application,and studies the steel pipe support material selection,calculation principle,safe reliability theoretical problems,it works out the Long-span box beam bracket installation calculation methods of in situ construction,anditis relatedtothesafetyinproduction,qualitycontrolandeconomicproblem,whichismorehelpful fortheapplicationof engineeringpractice.

boxbeam;insitumethod;stentmechanicalstructureanalysis;calculationprinciple

TU378.2

A

1007-9467（2016）06-0029-03

2015-12-30

杨永欣（1972～），女，河北石家庄人，工程师，从事桥梁路面维护研究，（电子信箱）940168391@qq.com。