高墩现浇箱梁新型支架设计及应用

郑江伟　张尧情

(1.中国中铁五局集团贵州投资建设指挥部，贵州贵阳　550000; 2.西南交通大学土木工程学院，四川成都　610031)

高墩现浇箱梁新型支架设计及应用

郑江伟1张尧情2

(1.中国中铁五局集团贵州投资建设指挥部，贵州贵阳550000; 2.西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)

摘要:以贵阳东站路4标段主线桥工程为例，介绍了大力神高强度碗扣支架进行现浇施工的布置方式，并计算分析了高强碗扣支架的受力情况，通过对比大力神碗扣支架和传统碗扣支架的差异，指出大力神高强碗扣支架具有强度高、架设简单、安全系数高等优点。

关键词:连续梁桥，大力神碗扣支架，荷载，强度

1　工程概况

贵阳东站路4标段主线桥第16联里程为K6 + 812～K6 + 918，其跨径为30 m + 46 m + 30 m。对应下部构造墩位Pm93～Pm96，设计为等高度变宽度预应力混凝土连续梁桥。主梁平面K6 +812～K6 + 866.038位于缓和曲线上，K6 + 866.038～K6 + 918位于R =600的圆曲线上。箱梁的混凝土等级采用C50，因为其跨度不大支座处截面不需要特别加厚高来抵抗负弯矩对梁受力的影响，所以全桥采用2.8 m的等高度梁，梁截面尺寸为跨中处顶板厚度30 cm，底板厚度25 cm，腹板宽度为40 cm，端部顶板厚度60 cm，底板厚度55 cm，腹板厚度100 cm。梁截面形式为单箱七室。并分别在顶板和底板设置1.5%的横坡。第16联设计混凝土4 289 m3，钢筋772 t，预应力筋135 t，支架6.9万m3。主线桥第16联位于路桥重叠区，路基填筑完成后，进行桥梁下部结构施工。路基顶面至箱梁底高度为17.5 m～20.5 m，采用碗扣式支架进行现浇施工。

2　支架布置

高强碗扣支架由传统支架φ48×3.5 mm的Q235钢材制造变为采用φ48.3×3.2 mm的Q345钢材制造，节间距由原来的60 cm可以扩大到180 cm，其布置形式如表1所示，由于节间距的增大，使得连接节点数大幅减少，这不仅使高强碗扣支架在施工上更加快捷高效，也大大降低了连接节点处出现问题的概率，保证了支架的安全性，同时材质性能的提高也使得高强度碗扣支架的承载能力得到较大的提高。其总体布置形式如图1所示。

表1　大力神碗扣支架的布置

承载能力将直接影响整个支架结构的承载性能。根据JGJ 166—2008建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范，单肢立杆轴向力计算公式:

其中，Lx，Ly分别为单肢立杆纵向及横向间距，m; V为Lx，Ly段的混凝土体积，m3; Q1为模板支架自重标准值，取0.75 kN/m2; Q2为新浇混凝土(包括钢筋)标准值，混凝土容重取25 kN/m3，按最大荷载梁位置进行校核; Q3为振捣混凝土时产生的荷载标准值，取2 kN/m2; Q4为施工人员及设备荷载标准值(按均布活荷载取1.0)。

图1　支架总体布置图

3　高强碗扣支架受力分析

3.1立杆轴力计算

碗扣支架立杆因为其截面小刚度弱，通常情况下我们只考虑立杆的轴力而不考虑其弯矩，因此立杆的轴向显得尤为重要，下面将验证不同位置处立杆轴力是否满足要求。

横梁位置立杆轴力:

空箱腹板位置立杆轴力:

因此立杆最大轴力:

横梁位置: F =64.15 +3.616×1.2 =68.49 kN＜84.74 kN，满足要求。

空箱腹板位置: F = 73.62 + 3.616×1.2 = 77.96 kN＜84.74 kN，满足要求。

3.2结构荷载标准值

箱梁混凝土荷载q1:钢筋混凝土单位重25 kN/m3，横梁实心段和腹板处q1= 25×2.8 = 70 kN/m2，空腹段q1= 25×0.55 = 13.75 kN/m2，模板荷载q2=0.5 kN/m2，施工荷载q3=1.0 kN/m2，振捣混凝土产生的荷载q4=2 kN/m2。

横梁、腹板组合荷载: q = ( q1+ q2)×1.2 + ( q3+ q4+ q5)× 1.4 = ( 70 +0.5)×1.2 + ( 1 +2)×1.4 =88.80 kN/m2。

空箱顶板、底板组合荷载: q =( q1+q2)×1.2 +( q3+q4+q5)× 1.4 = ( 13.75 +0.5)×1.2 + ( 1 +2)×1.4 =21.30 kN/m2。

3.3结构强度、刚度验算

大力神碗扣支架的传力顺序为“底模→纵向方木→U型钢→碗扣支架→基础”，假定基础所受荷载等于碗扣杆件自重与其杆件所受上部荷载之和，经过了这种假定，基础上的荷载分布就与支架顶端的荷载分布规律相同，碗扣支架对荷载分布不起作用，为确保结构的强度刚度满足设计要求，根据假定对大力神碗扣支架各受力结构进行验算。大力神支架验算结果如表2所示。

表2　大力神支架受力验算结果

3.4支架立杆稳定性验算

大力神碗扣式支架由φ48.3×3.2 mm钢管制成，圆环面积A =482.8 mm2。1)回转半径:

2)截面抵抗矩:

3)惯性矩:

大力神DURALOK支撑系统中，选用的钢管尺寸为直径48.3 mm，壁厚3.2 mm，材质选用为Q345钢，根据压杆稳定条件:

其中，l = 1.5 + 2×0.35 = 1.85，λ=

4　风荷载检算

经上计算，在静荷载作用下，大力神碗口支架刚度、强度均能满足要求，故下面介绍在风荷载情况下，大力神支架的受力情况，贵州贵阳地区风压w0=0.35 kN/m2，每根立杆的风荷载为:

支架立杆的计算长度为l =1.076 +2×0.35 =1.776 m。

其中，钢管的抗弯截面模量:

大力神碗扣支架受风荷载内力图如图2所示。

图2　大力神碗扣支架内力图

5　地基验算

5.1地基承载力计算

基层填筑完毕后，在表面浇筑20 cm标号C20混凝土，同时为了避免底部支架面积小导致混凝土基层受力集中，故在支架底托下面垫10 cm×15 cm方木，方木采用横桥向布置方式，见图3。

图3　混凝土基层

立杆最大荷载77.96 kN，地基承载力:

因此，基底处理后，地基承载力不得小于258 kPa。

5.2素混凝土抗冲切验算

素混凝土冲切破坏表现为在挠度陡增的时候荷载骤降是一种脆性破坏，经常发生在基础变阶处以及上部结构与基础的接触处，在实际中应尽量避免，现对混凝土基础进行抗冲切验算，如图2可知长度a =150 mm，宽度b =150 mm，板厚h0=200 mm，混凝土强度等级C20，fc=9.6 N/mm2，ft=1.1 N/mm2，按下式验算:

F =77.96 kN≤0.7×βh×ft×η×Um×ho= 215.6 kN，满足要求。

其中，βh为受冲切承载力影响系数，当h≤800 mm时，βh取1.0;当h≥2 000 mm时，βh取0.9，其间按线性内插法取值; ft为混凝土轴心抗拉设计值; h0为冲切破坏时椎体的有效高度; Um为冲切破坏时椎体一侧计算长度。

6　结语

大力神碗扣支架是由云南大力神金属有限公司生产的强度大8.103。

查表得Q345的折减系数值为0.996( GB 50018冷弯薄壁型钢结构技术规范)。于普通碗扣支架的支撑系统，其直径48.3 mm，壁厚为3.2 mm，由Q345材质的钢管制造而成，文章通过贵阳市东站路4标段主线桥第16联连续梁桥的满堂式支架的施工对比分析了高强碗扣支架与传统碗扣支架的差异，得到如下结论:

1)高强度碗扣支架采用Q345材质并且两端的横杆由锻钢制造，使得其承载能力相比于传统支架大大提高;

2)高强度碗扣支架的立杆、横杆可以根据工程实例中具体的需要灵活搭接，具有更强的实用性;

3)节间距更大的特点也使得高强度碗扣支架在材料，工作量和经济上都有可观的缩减，缩短了工期节约了人力物力财力，并且降低了节点出现问题的几率，提高了结构的安全性能;

4)高强度碗扣支架考虑了剪刀撑的特殊构造结构，大大提高了系统的整体稳定性;且杆件没有零散的构件，使得杆件不易丢失。

参考文献:

［1］JTJ 025—8，公路桥涵钢结构及木结构设计规范［S］.

［2］交通部第一公路工程总公司.公路施工手册·桥涵［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范［S］.

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

［5］JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［6］JTJ 215—98，港口工程荷载规范［S］.

Design and application of the high pier cast-in-situ box girder new support

Zheng Jiangwei1Zhang Yaoqing2
( 1.Investment and Construction Headquarters of Guizhou Province，China Railway No.5 Engineering Group Co.，Ltd，Guiyang 550000，China; 2.School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)

Abstract:Taking the main bridge project at No.4 Section in Dongzhan Road of Guiyang as the example，the paper introduces the allocation approach for the cast-in-place construction of Hercules high-strength bowl support，calculates and analyzes the stress of the high-strength bowl support，and points out the support has high strength，simple erection and high safe coefficient by comparing the Hercules bowl support and the traditional bowl support.

Key words:continuous beam bridge，Hercules bowl support，loading，strength

作者简介:郑江伟(1977-)，男，工程师;张尧情(1991-)，男，在读硕士

收稿日期:2015-11-24

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0184-03

中图分类号:U445.35

文献标识码:A