连续梁现浇段碗扣式支架计算分析

孔艺达

(重庆市设计院，重庆市400015)

连续梁现浇段碗扣式支架计算分析

孔艺达

(重庆市设计院，重庆市400015)

随着我国城市建设的快速发展，工程施工过程中大量使用了钢管支架，但是模板支撑体系的重要性常被忽略，导致近年来发生多起各类支架失稳倒塌事故，影响极大。对此，针对桥梁施工中碗扣式钢管支架的设计，结合现行规范对某连续箱梁桥模板及其支撑工程进行计算分析。其成果可为类似桥梁支架设计提供参考。

现浇箱梁；碗扣式支架；计算；分析

0　引　言

随着我国基础设施建设的高速发展，城市高架桥的数量越来越多，桥梁施工过程中大量使用了碗扣式钢管支架。但是由于模板支撑体系与整个工程相比只是临时设施，同时所占工程量并不多，其重要性往往被忽略。因此，支架的失稳成为工程施工过程中的一个事故多发点。从2001年至今，我国桥梁施工过程发生多起由于支架和模板失稳造成人员伤亡的特大事故[1]。因此，近几年多位研究人员对于目前主流使用的碗扣式钢管支架进行仔细计算分析和研究[2-7]。同时，针对桥梁施工和碗扣式钢管支架设计，我国出版了《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）[8]和《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规程》(GJ166-2008)[9]。对此，根据现行规范对某连续箱梁桥模板及其支撑工程进行计算分析。

1　工程概况

某桥为5×25 m的预应力混凝土连续箱梁（单箱双室，梁高1.5 m），全长135 m，位于半径180 m的圆曲线上；桥面横向布置为1.5 m（人行道）+9.5 m（车行道）+1.5 m（人行道），全宽12.5 m；设计荷载为公路-Ⅰ级，设计车速60 km/h。大桥立面见图1所示，箱梁标准断面见图2所示。

大桥箱梁分二次浇筑，先浇筑底板、腹板，待混凝土强度达到设计要求后再浇筑顶板及翼缘板。箱梁采用满堂落地式碗扣支架就地浇筑施工，支架系统由下而上依次为：（1）支撑架基础，地基采用C20混凝土厚15 cm，并做好地表排水设施；（2）10 cm×10 cm方木、底托；（3）48碗扣脚手支架、顶托，采用纵横立杆间距60 cm，步距为120 cm的碗扣式满堂支架；（4）分配梁（支撑梁纵桥向采用10 cm×10 cm方木，横桥向采用10 cm×15 cm方木，）、模板（1.5 cm厚的高强度竹胶板）组成。

2　设计荷载及组合

根据施工方案，支架纵横间距和步距相同，因此取最不利的墩顶横隔梁处支架进行计算。根据（JTG/T F50-2011）和该工程实际情况，作用于脚手架和模板支架共有5项荷载，可分为永久荷载(恒荷载)和可变荷载(活荷载)两类。（1）永久荷载包括模板自重、支架自重、支承梁(楞)、内模板自重和新浇筑混凝土重力。（2）可变荷载包括施工人员及施工设备荷载、振捣混凝土时产生的荷载和风荷载。各荷载计算结果见表1所列；风荷载根据（JGJ166-2008）计算得到。

支架及模板支撑架构件强度时，永久荷载的分项系数取1.2；计算结构倾覆稳定时取0.9；可变荷载的分项系数取1.4。计算构件变形(挠度)时的荷载设计值，各类荷载分项系数，均取1.0。在强度验算时，荷载取值=永久荷载+可变荷载；刚度验算时，荷载取值=永久荷载+可变荷载（6）。

3　结构验算

3.1主要结构设计参数

表2给出了钢管P235A钢材的设计强度和弹性模量。表3给出了钢管的截面特性。根据表中数据：

图1　大桥立面图

图2　箱梁标准截面图

表1　荷载计算表　kN/m2

截面面积A=4.89 cm2，

截面惯性矩I=12.19 cm4，

截面回转半径r=1.58 cm，

杆件按两端铰接计算，L0=120 cm，

杆件长细比λ=120/1.58=75.949，

查JGJ 166—2008附录C，可知轴心受压稳定系数φ=0.44。

表2　钢材的强度和弹性模量一览表　N/mm2

表3　钢管截面特性一览表

3.2碗扣式钢管支架立杆强度及稳定性验算

根据立杆的设计允许荷载[10]，当横杆步距为120 cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]= 30 kN，立杆验算见表4所列，立杆最大承受轴力为22.2 kN，计算结果说明不考虑风荷载时，该方案满堂支架强度满足要求。

表4　立杆承载力验算（无风荷载）一览表

考虑风荷载时验算结果见表5所列，立杆截面最大应力为65.8 MPa，小于设计强度205 MPa，说明在考虑风荷载时，该方案满堂支架强度满足要求。

3.3满堂支架整体抗倾覆验算

依据《公路桥涵技术施工技术规范实施手册》第9.2.3要求支架在自重和风荷载作用下时，倾覆稳定系数不得小于1.3，桥梁宽度8.5 m，长125 m，采用60 cm×60 cm×120 cm支架进行抗倾覆验算，验算结果见表6所列，最小抗倾覆系数为4.31，结果说明该方案满堂支架满足抗倾覆要求。

表5　立杆承载力验算（风荷载）一览表

表6　抗倾覆验算一览表

3.4箱梁底模及纵、横桥向方木验算

箱梁底模采用竹胶板，取各种布置情况下最不利位置进行受力分析，取1 m板宽，按计算跨径0.15 m的简支梁进行简化计算。箱梁底模强度和刚度验算结果见表7、表8所列，模板计算最大应力11.6 MPa，最大挠度0.27 mm，计算结果说明底模强度和刚度满足需求。

表7　底模强度验算一览表

表8　底模刚度验算一览表

箱梁底模支撑梁纵桥向采用10 cm×10 cm方木，按计算跨径L=60 cm的简支梁进行受力计算，纵向方木强度和刚度验算见表9、表10所列，纵向方木计算最大应力3.8 MPa，最大挠度0.22 mm，计算结果说明纵向方木强度和刚度满足需求。

表9　纵向方木强度验算一览表

表10　纵向方木刚度验算一览表

箱梁底模支撑梁横桥向采用10 cm×15 cm方木，按计算跨径L=60 cm的简支梁进行受力计算，横向方木强度和刚度验算见表11、表12所列，横向方木计算最大应力4.1 MPa，最大挠度0.16 mm，计算结果说明横向方木强度和刚度满足需求。

表11　横向方木强度验算一览表

表12　横向方木刚度验算一览表

3.5地基承载力验算

立杆下底托为15 cm×15cm钢板，再下为15cm混凝土硬化地面，底托下力按45°角扩散，则混凝土硬化地面底面受力面积扩散到每边长15+15×2=45（cm）。计算模式见图3所示，验算结果见表13所列。

4　结　论

该桥采用纵横间距60 cm，步距120 cm的碗扣式支架，模板采用15 mm竹胶板，纵向支撑梁为宽10 cm×高10 cm方木，横向支撑梁为宽10 cm×高15 cm方木，通过计算分析，该桥碗扣式支架强度和稳定性满足要求，支架整体抗倾覆满足要求；模板、支撑梁的强度和刚度均满足要求；基础强度满足要求。

图3　基础计算模式示意图（单位：cm）

表13　基础验算一览表

此外，为保证施工安全，必须对原有地基进行处理，地基不得有任何软弱土体存在，若有须换填并碾压密实，进行承载力实验，地基承载力宜按200 kPa考虑。支架剪刀撑等构造措施应满足规范要求。

[1]徐文浩.桥梁结构施工支架垮塌事故与分析 [J].铁道建筑技术，2014，(09):127-130.

[2]芦巍.敦格铁路鱼卡立交特大桥连续梁施工支架设计[J].城市道桥与防洪，2015，(10)：115-118.

[3]李海东,陈舜东.桥梁现浇施工碗扣式满堂支架稳定性计算[J].铁道建筑，2014，(11):14-16.

[4]苏卫国,刘剑.现浇箱梁高支模满堂支架的有限元分析[J].华南理工大学学报(自然科学版)，2013,41(2):82-87.

[5]严娜.碗扣式钢管脚手架安全稳定分析与评价[D].西安：长安大学,2012.

[6]谢洪波.公路现浇混凝土桥梁碗扣式钢管支模架设计与分析[D].杭州：浙江大学,2010.

[7]衣振华,王有志.桥梁施工中碗扣式脚手架支撑的计算[J].施工技术,2006,35(7):56-58.

[8]JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S]．

[9]JGJ 166-2008，建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范[S].

[10]周水兴,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.

U445

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1009-7716（2016）04-0080-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.025

2016-01-08

孔艺达（1984-）,女，内蒙古牙克石人，工程师，从事桥梁工程设计工作。