深圳市轨道交通6号线门架墩钢管支架承载力验算与施工

唐华瑞　耿文燕

摘 要：门架墩是深圳市轨道交通6号线6101标四工区高架墩柱中常见的一种形式。本文主要介绍门架墩的结构构造、材料的选用、门式墩支架承载力验算及B型门式墩施工方案，这对解决目前工程实践中类似的问题提供了借鉴经验。

关键词：轨道交通;门架墩;支架;承载力

中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0087-03

Check Calculation and Construction of Bearing Capacity of Steel

Tube Bracket of no. 6 Subway Line in Shenzhen

TANG Huarui GENG Wenyan

（Zhengzhou Railway Vocational & Technical College， Zhengzhou Henan 451460）

Abstract： The portal frame pier is a common form in the elevated pier column of no.6101 no.4 engineering area of shenzhen rail transit line. This paper mainly introduced the structural construction of the portal frame pier， the selection of materials， the check calculation of the bearing capacity of portal pier bracket and the construction scheme of b-type portal pier， which provided reference experience for solving similar problems in current engineering practice.

Keywords： rail transit;foor frame pier;support;bearing capacity

1 深圳市軌道交通6号线概述

深圳市轨道交通6号线6101标四工区施工范围为长圳站（含）～观光站（见图1），共一站一区间一出入线。起讫里程为：YCK33+804.95～YDK36+387.718，全长2 581m。其中高架桥墩柱分为：标准墩35座、门式墩7座、Y形墩29座、异型墩4座和车站花瓶墩11座。接下来主要介绍门架墩模板支撑体系的施工工艺[1]。

2 门架墩结构构造

门架墩结构形式都比较相似，支撑结构体系基本相同，利用模板支撑平台施工完墩身部分后，上部盖梁及支撑梁搭设螺旋管支架进行支撑。具体结构形式如图2、图3和图4所示。

上述三类门式墩墩身钢筋采用双排钢管脚手架作为操作人员绑扎钢筋的平台，双排钢管脚手架支撑在承台上，围绕墩柱搭设并相互连接成整体，钢筋绑扎完成后拆除双排脚手架，拼装墩柱模板，上一层墩柱模板拼装采用下一层模板上的操作平台作为工人操作落脚点，模板拼装完成后在墩身模板上设4根缆风绳[2]。其中C型门式墩上部盖梁尺寸为：22m×2.6m×2.4m，结构尺寸最大，见图5。

3 材料选用与支架搭设

门式墩上部支撑横梁采用螺旋管支架法进行施工。

3.1 基础加固

沿横桥向打设两道1.0m×1.0m C20砼基础，同时在混凝土基础内预埋钢板及螺栓作为下步连接用。

3.2 钢管支撑选用

钢管支撑选用Φ508螺旋管，共设置8根，沿墩柱两侧布置，间距为7.7m。支撑底部钢板与地基预埋螺栓锚固，钢管之间采用14#槽钢剪刀撑焊接[3]。

3.3 横向主梁选用

主梁单侧采用2根I45a工字钢，两根工字钢接头位置必须设置于钢管支撑上，同时与支撑进行焊接，保证其牢固性。

3.4 纵向分配梁选用

纵向分配梁采用双I14工字钢，双工字钢满焊焊接，分配梁架间距为60cm/道。

3.5 梁上支架

因桥墩上部支撑横梁为不规则形状，因此必须使用碗扣式脚手架进行调整支撑。支架规格采用Φ48mm钢管碗扣式脚手架，支架步距为60cm，纵桥向间距为30cm，横桥向间距为60cm，顶托上采用10cm×15cm方木作为分配梁。碗扣支架中纵向剪刀撑：支架四周及腹板下各设置一道;横向剪刀撑：每4.5m设置一道;水平剪刀撑：顶、底层各设置一道，中间每4.8m设置一道。顶托座伸出肢长度控制在50cm以内[4]。

4 门式墩支架简算

门式墩支架简算的主要内容有地基承载力、立杆的稳定性、支架顶部方木分配梁的稳定性计算及钢管的稳定性、钢管上方纵横梁的稳定性计算。取盖梁最不利部位进行验算，支架受力最不利部位为盖梁跨中，沿盖梁宽度1.0m计算。

4.1 荷载计算

钢筋砼按2 600kg/m3计算，则砼自重为：

[2.4×2.6×1×2  600×9.8=159.0kN]               （1）

箱梁自重每平方米所产生的荷载[P1]（全部按底板承受计算）为：

[159.0÷（1×2.4）=66.25kPa]                   （2）

模板体系荷载按规范规定：[P2]=0.75kPa;砼施工倾倒荷载按规范规定：[P3]=4.0kPa;砼施工振捣荷载按规范规定：[P4]=2.0kPa;施工机具人员荷载按规范规定：[P5]=2.5kPa。

4.2 立杆的计算

立杆钢管外径[D]=48mm，内径[d]=41mm，壁厚[q]=3.5mm，截面积[A]=489.3×10-6m2，截面惯性矩[I]=121 867mm4，[W]=5 078mm3，自由长度：[l0]=1 200mm（步距600mm+2倍顶托处自由长度300mm），[【α】]=170MPa。单杆承受压力：

[N=1.2×P1+P2+1.4×P3+P4+P5×0.6m×0.3m=16.61kN] （3）

回旋半径：

[r=IA=0.016m]                            （4）

长细比：

[λ=l0/r=75]                                  （5）

查表得：[φ]=0.71，允许压应力：

[【α】×φ=12.07×107Pa]                        （6）

[σ=N/A=3.39×107Pa<【α】×φ]                   （7）

4.3 橫跨结构采用[n]根I32a工字钢

扣件支架下部分配横梁采用2根对扣I14工字钢做分配梁，分配梁跨度为3.92m，横向间距为0.3m，因此每米含3根横梁。横梁上荷载为均布荷载，其最不利状态为跨中位置。分配梁长3.92m，计算简图如图6所示。

①均布荷载[q]为：

[q=1.2×P1+P2+1.4×P3+P4+P5×0.3m=27.7kN/m]     （8）

②最大弯矩[Mmax]为：

[Mmax=ql2/8=2.77×104×3.922/8=5.32×104]       （9）

[σ= Mmax/Wx=5.32×104/1 085×10-6=49.03MPa<[σw]=140MPa]          （10）

式中，[σ]为弯曲应力，[Mmax]为最大弯矩，[Wx]为截面抵抗距。

③最大挠度[fmax]为：

[fmax=5ql4/384EI=0.13mm<3.92/1 500=2.6mm]  （11）

式中，[fmax]为最大挠度，[E]为工字钢弹性模量，I为截面惯性距。

④[Qmax=ql/2]                                                           （12）

[τ= Qmax/S = ql/2S=2.77×104×3.92/21.516×2×10-4=25.2MPa<[τ]=85MPa] （13）

满足要求。

4.4 每侧立柱

每侧立柱（Φ508mm、壁厚10mm）各4根，按中间2根承受作用力检算。

钢筋砼荷载按照宽7.7m计算，则

[N1=7.7×2.6×2.4×2.6/2×9.8=612kN]             （14）

模板荷载[N2]=24.88kN;工字钢荷载[N4]=25×3.92×16.89×9.8/1 000=16.22kN;人及机具活载[N5]=100kN。

则模板支架立杆的轴向力设计值：

[N=1.2×612+24.88+16.22+1.4×100=923.7kN]            （15）

则轴心受压件的稳定系数Φ=0.5，[f]是钢材的抗压强度设计值，为205MPa，实际的[f]值为：

[f=N/ΦA=923.7/0.5×153.9=12MPa<205MPa]              （16）

满足上述要求。

4.5 立柱顶部采用2根I45a工字钢

立柱顶部采用2根I45a工字钢做分配梁，按中间6.7m内侧间距长度计算，计算简图如图7所示。

①均布荷载[q]为：

[q=612×103/（7.7×2）=3.97×104N/m]            （17）

②最大弯矩和弯矩应力分布：

[Mmax=ql2/8=3.97×104×6.72/8=22.3×104]  （18）

[σ= Mmax/Wx=22.3×104/1 430×10-6=156MPa<[σwP]=205 MPa]       （19）

式中，[σ]为弯曲应力，[Mmax]为最大弯矩，[Wx]为截面抵抗距。

③最大挠度：

[fmax=5ql4/384EI=1.28mm<6.7/1 500=4.5mm]             （20）

式中，[fmax]为最大挠度，[E]为工字钢弹性模量，[I]为截面惯性距。

④[Qmax=ql/2]                                                             （21）

[τ= Qmax/S= ql/2S=3.97×104×6.7/（204.8×10-4）=13.0MPa<[τ]=85MPa]    （22）

满足要求。

5 承载力验算

钢立柱单根轴向力为923.7kN，取内部两根受力总值为1 847.4kN，下部基础尺寸为1.0m×15.4m。因此，地基承载力最小值为120kPa。当地基承载力小于120kPa时，进行换填处理。

6 B型门式墩施工方案

B型门式墩施工时需先施工下部横梁，施工完成后即开始架梁施工，待架梁完成后再施工上部横梁。架设简支梁类型为U型梁，如图8所示。

架梁完成后，因U型梁的结构不利于脚手架的搭设，所以现场无法采用直接利用下部横梁结构作为基础的支架搭设方式施工。因在架梁过程中，可将梁体临时变换放置位置，在上部施工后采用横移方法将U梁横移至左、右设计线路位置上进行安装。由此可继续利用原有支撑体系，进行加高布置，以此作为上部横梁的施工支架。

参考文献：

[1]张传飞.高大模板钢管支撑体系在工程中的应用[J].建材与装饰，2017（38）：48-49.

[2]张春凤.碗扣式模板支架体系稳定承载力分析[D].合肥：合肥工业大学，2017.

[3]陈敏.半刚性节点连接对门式钢管模板支架受力性能的影响[D].长沙：中南大學，2012.

[4]周康喆.碗扣式钢管模板支架承载力试验与分析[D].天津：天津大学，2010.