现浇连续梁满堂支架计算分析

郭万林

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程概况

某互通立交桥梁上部结构组合为7×25+4×30.5+27×25+（3×30+23.662）+4×25 m，其中第38～41跨上跨雷湖快线，斜交角度为64°，采用（3×30+23.662）m现浇连续箱梁，箱梁截面形式为单箱双室，底板宽7.92 m，顶板宽12.5 m，梁高1.6 m。

2 支架方案

现浇连续箱梁采用满堂支架法，满堂支架采用φ48、δ≥3.5 mm的碗扣式钢管架拼装搭设[1]。跨越雷湖快线现浇梁施工时需预留通车门洞，门洞支架采用I45a纵向工字钢+I40b横向双拼工字钢+D530钢管桩+C25混凝土条形基础。箱梁模板采用竹胶板。

支架布置见图1～图3。

图1 现浇支架立面布置图（单位：mm）

图2 现浇支架侧面布置图（单位：mm）

图3 门洞支架侧面布置图（单位：mm）

3 荷载计算

3.1 梁体荷载

本联连续梁为变截面连续箱梁，取跨中一般断面及支点断面进行计算，计算断面见图4、图5。

图4 跨中计算断面（单位：mm）

图5 支点计算断面（单位：mm）

由图4、图5可知，底板下碗扣支架承受顶板+底板混凝土荷载，及顶板+底板区的模板及施工活载；腹板下碗扣支架承受腹板区混凝土荷载，及腹板区的模板及施工活载；翼板下碗扣支架承受翼板区混凝土荷载，及翼板区的模板及施工活载。

混凝土容重取26.5 kN/m3，根据截面各位置的竖向投影高度，绘制得箱梁混凝土压力荷载分布图，见图 6、图 7。

图6 跨中计算断面混凝土荷载分布（单位：kN/m2）

图7 支点断面计算混凝土荷载分布（单位：kN/m2）

3.2 风荷载

由《建筑结构荷载规范》，《铁路混凝土梁支架法现浇技术规程》：

项目所在地基本风压ω0=0.8 kN/m2；

风荷载体形系数μs=0.8；

风压高度变化系数μz=1.0；

风荷载标准值 ωk=0.7μsμzω0=0.7×0.8×1.0×0.8=0.45 kN/m2.

3.3 荷载效应组合

根据《路桥施工计算手册》，荷载效应组合计算公式为[2]：

荷载组合Ⅰ（验算强度、稳定性）：QS1=γ0×[1.2×(QZ+QG)+1.4×(QN+QS+QD)]，

荷载组合Ⅱ（验算刚度）：QS2=1.0×QZ+1.0×QG，式中：γ0为结构重要性系数，取1.1；QZ为混凝土自重；QG为模板自重，取0.5 kN/m2；QN为人员及机具荷载，取2.5 kN/m2；QS为浇筑混凝土时冲击荷载，取2.0 kN/m2；QD为浇筑混凝土时振捣荷载，取2.0 kN/m2.

根据荷载效应组合计算公式，求得底板、腹板及翼板区域内组合荷载值为：

支点附近底板区域：QS1=1.1×[1.2×(23.06+0.5×2)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=41.77 kN/m2，

QS2=1.0×23.06+1.0×0.5×2=24.06 kN/m2；

跨中底板区域：QS1=1.1×[1.2×(12.46+0.5×2)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=27.78 kN/m2，

QS2=1.0×12.46+1.0×0.5×2=13.46 kN/m2；

腹板区域：QS1=1.1×[1.2×(42.4+0.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=66.64 kN/m2，

QS2=1.0×42.4+1.0×0.5=42.9 kN/m2；

翼板区域：QS1=1.1×[1.2×(11.93+0.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]=26.42 kN/m2，

QS2=1.0×11.93+1.0×0.5=12.43 kN/m2.

4 碗扣支架验算

4.1 不组合风荷载时的承载力验算

4.1.1 支点断面

碗扣支架在腹板、翼板、底板下横桥向布置间距分别为0.3 m、0.6 m和0.9 m，支点断面附件立杆纵桥向间距0.6 m，则有：

腹板下立杆轴力：N2=QS1×0.3×0.6=66.64×0.3×0.6=12.0 kN；

底板下立杆轴力：N3=QS1×0.6×0.6=41.77×0.6×0.6=15.0 kN；

翼板下立杆轴力：N1=QS1×0.9×0.6=26.42×0.9×0.6=14.3 kN.

由《铁路混凝土梁支架法现浇技术规程》可知，横杆步距为1.2 m时，立杆容许承载力[3]：[N]=30 kN.

取横杆步距1.2 m，故最大轴力N=15.0 kN＜[N]=30 kN，支架立杆承载力满足。

4.1.2 跨中断面

跨中断面立杆纵桥向间距均为0.9 m，则有：腹板下立杆轴力：N2=QS1×0.3×0.9=66.64×0.3×0.9=18.0 kN；

底板下立杆轴力：N3=QS1×0.6×0.9=27.78×0.6×0.9=15.0 kN；

翼板下立杆轴力：N1=QS1×0.9×0.9=26.42×0.9×0.9=21.4 kN.

取横杆步距1.2 m，故最大轴力N=21.4 kN＜[N]=30 kN，立杆承载力满足。

4.2 组合风荷载的强度及稳定验算

风荷载产生的立杆弯矩，按《铁路混凝土梁支架法现浇技术规程》计算。

Lx=900 mm，L0=650+650+1200=2500 mm.

立杆截面积 ：A=489.3 mm2；抗弯惯矩 ：W=5.078×103cm3；

立杆计算长度 ：L=1200 mm；长细比 ：λ=1200/15.78=76.

查《铁路混凝土梁支架法现浇技术规程》附表F：ψ=0.807.

结论：组合风荷载情况下，碗扣支架立杆强度及稳定性满足要求。

4.3 基础验算

对碗扣支架地基承载力进行检算，应满足《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》（TB 10110—2011）的相关要求。

式中：N为立杆传至基础顶面的轴力设计值，kN；γ混凝土为混凝土重度，取 25 kN/m3；fa为修正后地基承载力特征值，kPa；σd为立杆基础底面地基平均压应力，kPa；A 为立杆基础底面积，m2。

立杆基础采用100×100 mm的木块垫于底托下方，并支撑于C25混凝土基础上，混凝土基础厚度200 mm，压力传递按刚性角45°传递，垫层材料视为脆性材料。

根据计算，跨中截面腹板下立杆反力最大，基底平均应力为：

在混凝土层下方换填1.0 m石渣压实，保证地基承载力特征值不低于141.3 kPa。

5 门洞支架验算

5.1 模型建立

门洞长度为30.0 m，纵断面布置两跨，单跨计算跨径8000/sin64°≈8901 mm。采用MIDAS/CIVIL有限元程序建立门洞支架整体模型，对支架结构进行校核。模型共计3692个节点，3765个单元，见图8。

图8 门洞支架有限元模型

5.2 强度计算

对支架模型进行加载后，可得如下计算结果，见表1。

表1 强度计算结果 MPa

根据表1强度计算结果，最大弯曲应力177.51 MPa＜fy=215 MPa，最大剪应力42.4 MPa＜fv=125 MPa，满足要求。

5.3 变形计算

计算得荷载组合Ⅱ下，支架整体位移如图9。

图9 支架整体竖向位移（单位：mm）

中腹板处竖向位移最大，计算得：

Δ=16.6 mm＜L/400=8000/sin64°/400=22.3 mm，跨中挠度计算值满足要求。

5.4 稳定性验算

钢管直径530 mm，壁厚8 mm：

查《钢结构设计规范》附表C，B类截面轴心受压稳定系数[4]：ψ=0.963；

最大轴力：N=663.7 kN，

组合风荷载后，横桥向弯矩最大：M=25.0 kN·m，

结论：φ530螺旋管的强度及稳定性满足要求。

5.5 基础验算

钢管桩下设C25混凝土条形基础，长17 m，宽1 m，厚 1 m。

根据荷载组合，计算得出边排螺旋管最大总反力：P1=2527.5 kN，中排螺旋管最大总反力：P2=2639.1 kN。

地基承载力特征值不小于：fak=2639.1/17+26.5×1=181.7 kPa.

基础均置于既有雷湖快线路面，应保证路面承载力不小于承载力特征值，否则应加大基础宽度。

6 结语

通过对跨线桥连续梁现浇方案进行计算分析，其强度、变形、稳定性均满足施工安全需求，地基适当处理后可满足基础承载力要求，方案可以实施。支架安全性在现浇梁施工中意义重大，必须进行系统计算和分析，满足要求后方可实施，以防发生安全事故。