现浇箱梁盘扣式满堂支架设计与计算

陈志海

（中铁十八局集团市政工程有限公司 天津 300222）

1 引言

桥梁现浇箱梁施工中，模板支撑体系往往作为整个现浇箱梁施工过程中的危险性较大的一个工程部分，其结构的安全性关系到整个桥梁建设的质量和安全。桥梁现浇过程中的垮塌主要是模板支撑体系的垮塌，因其规模大、范围广、高度高，一旦发生事故，就是群死群伤的较大事故或重大事故。因此，保证模板钢管支撑体系施工安全对建设工程顺利完成至关重要。

随着桥梁的超高度、大空间、大跨度、超重度的建设，比较成熟的模板支撑体系，如扣件式、碗扣式以及门式钢管模板支架，均因质量日益下降的问题，已不能满足建设工程的全部需求。此时，盘口支架特点有承载能力大、稳定性好、搭设方便、施工效率高、搭设完成后的架体规范、整齐，美观，在大型桥梁建设工程中逐渐被广泛应用。

2 工程概况

鹰潭市余信贵大道工程东起于K13+000 处，终点位于K17+999.221 处，全长约5km，跨东外环路主线桥为双幅预应力混凝土连续箱梁，位于直线段，桥跨结构布置为第一联（2×30）+第二联（30+40+30）+第三联（2×30）m，桥宽2×13.5m，梁高2.0m，2%横坡，1#～6#墩为独柱花瓶墩，0#、7#台为一字轻型桥台。主梁为单箱双室截面，顶板厚25cm，底板厚22cm，腹板厚45cm；加厚段腹板厚第一、三联65cm，第二联70cm；翼缘板端厚20cm，根部厚50cm。本项目桥梁现浇箱梁采用满堂支架现浇施工。

3 支架搭设方案

根据现浇箱梁施工环境、净空高度、工期、地质、承重荷载、安全、质量及经济等多方面比选，选用新型盘扣式满堂支架体系，支架布置图如图3、图4 所示。

图1 （2×30）m 桥跨30m 跨主梁立面与平面图/cm

图2 主梁跨中箱梁截面/cm

图3 东外环路跨线桥箱梁第一联30m 桥跨满堂支架立面图/cm

图4 箱梁满堂支架横断面图/cm

支架及模板搭设布置：

（1）支架采用Q345B 的60 系列，壁厚3.2mm，单个杆件极限承载力为150kN 的盘扣支架。

（2）立杆布置：横桥向翼缘区域间距1.2m、腹板0.9m、箱室下1.2m；纵桥向台身、墩柱处2m 范围内间距0.9m、箱室段1.2m；水平杆步距1.5m，支架顶层水平杆步距1.0m。支架根据桥梁纵坡及可调底、顶托的调节高度分段布置，段与段之间用直径Φ48mm，壁厚3.0mm 钢管扣件连接牢固。

（3）箱梁底模、外侧模及翼缘板模板均采用15mm 厚优质木胶合板。

（4）主龙骨采用I12.6 型工字钢，纵桥向布置，间距同支架横向间距。

（5）次龙骨采用9cm×9cm 方木横桥向布置，台身、墩柱处实心段满铺方木，箱梁腹板加厚段间距20cm，中间标准段间距25cm，翼缘板30cm。

（6）考虑箱梁外侧美观，边腹板模板不设对拉螺杆加固，边腹板外侧设上中下三排模斜撑脚手管，纵距60cm，上下可根据箱室高度适当调整。内外模均使用带顶托的普通脚手管对撑加固，内腹板可设对拉螺杆，且使用脚手管对撑加固。

（7）采用12mm 木胶合板做内模，次龙骨采用9cm×9cm 方木，间距30cm，竖向布置；用直径Φ48mm，壁厚3.0mm 双钢管或方木做主龙骨，横向布置，上下各一道，倒角部位用脚手管撑牢固。

（8）箱室内顶模支架采用Φ48mm 碗口件或脚手管，横向间距按照箱室宽度布设，间距不大于90cm；纵向间距1.2m，可根据箱内尺寸作适当调整。支架上设直径Φ48mm、壁厚3.0mm 双钢管或方木做主龙骨，横桥向布置，次龙骨纵桥向布置，间距30cm。

（9）剪刀撑布置：支架的纵桥向、横桥向及四周按规范每隔5 跨设置。

（10）模板四周设钢管防护围栏，高度不小于1.2m。

（11）支架采用桥下路面基层作为支撑基础。

4 现浇箱梁支架验算

根据混凝土箱形截面的自重分布、施工人员、机具设备、桥下净空、杆件承载力等合理布设后对满堂支架进行立杆、主龙骨、次龙骨、面板及地基承载力这几方面进行计算，以保证模板支架的强度、刚度、稳定性及基础承载力满足荷载要求。

4.1 计算参数

4.1.1 计算荷载

根据本桥现浇箱梁的结构特点，箱梁支架验算按照东外环跨线桥箱梁高度2.0m 计算支架受力，为了保证架体安全，计算以横梁实心段、底、顶板加厚等最大截面面积分别计算受力情况。在施工过程中将涉及到以下荷载形式：

（1）钢筋混凝土自重取a=26kN/m3；

（2）支撑结构荷载模板：：b1=0.5kN/m2；模板及龙骨：b2=0.5kN/m2；模板及主龙骨：b3=1kN/m2；

（3）施工人员、机具荷载：c=2.5kN/m2；

（4）混凝土倾倒及振捣荷载：d=2kN/m2；

（5）支架自重（5m）：e=0.6kN/m2。

荷载组合系数为恒载取1.2，活载取1.4。

4.1.2 材料特性

现浇箱梁支架所用材料物理特性如表1 所示。

表1 现浇箱梁支架所用材料物理特性

4.2 底模板计算

梁体腹板处模板受力最大，按箱室与横梁交界处加厚段箱室断面，底模木胶合板按15mm 厚考虑，取1m宽作为计算单元，混凝土面积1.64m2，方木中心距取25cm，最大自重荷载为a=26×1.64=42.64kN/m2；

荷载组合：标准值：q1=（a+b1）×1=43.1kN/m；设计值：q2=[1.2×(a+b1)+1.4×(c+d)]×1=58.0kN/m；

底模板按三跨连续梁计算，支撑跨径L=250mm。

强度验算：Mmax=0.1×q2×L2=0.1×58.0×0.25×0.25=0.36kN·m；

σ=Mmax/W=0.36×106/37500=9.7MPa＜fm=13MPa，满足。

挠度验算：取q1，计算跨径按净距16cm 计算，因此，挠度值为：

wmax=0.677×q1×L4/100EI=0.14mm＜L/400=0.4mm，满足。

翼缘板平均厚度0.35m，荷载远小于箱室腹板，方木间距取0.3m。

图5 箱梁1m 宽计算单元图示

4.3 次龙骨计算

次龙骨为9cm×9cm 方木，横桥向布置，横梁实心段间距0.1m 满铺，加厚段取0.2m、中间标准箱段0.25m。按最不利情形考虑，实心段次龙骨最为不利，因此对实心段次龙骨进行计算。梁体实心段按照2.0m 厚混凝土，最大支撑跨径1.2m 计算次龙骨，方木间距0.10m，最大自重荷载为a=26kN/m3×2m=52kN/m2：

荷载组合：标准值：q1=(a+b2)×0.1=5.3kN/m；设计值：q2=[1.2×(a+b2)+1.4×(c+d)]×0.1=6.9kN/m；

按三跨连续梁计算，支撑跨径L=1200mm。

强度验算：Mmax=0.1×q2×L2=0.1×6.9×1.2×1.2=1.0kN·m；

σ=Mmax/W=1.0×106/121500=8.2MPa＜fm=13N/mm2，满足。

剪力验算：Vmax=0.6×q2×L=0.6×6.9×1.2=5.0kN；

τ=3V/2bh=3×5000/(2×90×90)=0.9N/mm2＜1.5N/mm2，满足。

挠度验算：wmax=0.677q1L4/100EI=0.677×6.9×1 2004/100EI=1.5mm＜L/400=3 mm，满足。

4.4 主龙骨计算

从支架布置平面图可看出，桥台位置箱梁实心段下主龙骨有38cm 长，为受荷载最大。为保证安全、简化计算，跨径0.9m 内均按2.0m 厚实心段计算，主龙骨间距1.2m，最大自重荷载为a=26kN/m3×2m=52kN/m2；

荷载组合：标准值：q1=(a+b3)×1.2=63.6kN/m；设计值：q2=[1.2×(a+b3)+1.4×(c+d)]×1.2=83.9kN/m。

按三跨连续梁计算，支撑跨径L=900mm：

强度验算：Mmax=0.1×q2×L2=0.1×83.9×0.9×0.9=6.8kN·m；

σ=Mmax/W=6.8×106/72700=93.5MPa＜fm=205MPa，满足。

剪力验算：Vmax=0.6×q2×L=0.6×83.9×0.9=45.3kN；

工字钢主要剪力分布在腹板上，可假设剪力由整个腹板承受，则

τ=Vmax/A=45.3×103/103.2/5=87.8MPa≤fv=125MPa，满足。

挠度验算：wmax=0.677q1L4/100EI=0.677×63.6×9004/100EI=0.31mm＜L/400=2.25mm，满足要求。

4.5 支架立杆稳定性计算

从主龙骨受力及支架布置图可看出，边腹板立杆受力最大，横距0.9m、纵距1.2m，最大自重荷载为a=26kN/m3×1.45 m2/0.9m=41.9kN/m2。

（1）不组合风荷载时立杆稳定性计算

立杆轴向力标准组合值：N=(1.2(a+b3+e)×0.9×1.2=56.4kN；

单杆设计轴力：N=(1.2(a+b3+e)+1.4(c+d))×0.9×1.2=63.2kN；

立杆计算长度l0确定:按照l0=ηhl0=h′+2Kα，两个公式分别计算：η水平杆步距1.5m 取1.2；h取1.5m；α取最大值0.65m；K取0.7；h′顶层水平杆步距取1.0m，经计算取最大值1.91m。

立杆长细比计算：λ=l0/i=191/2.01=95，查规范附录D 表，φ=0.512；

立杆稳定性计算：N/φA=63.2/(0.512×5.71)=216N/mm2，满足要求。

（2）组合风荷载时立杆稳定性计算

作用在支架上的风荷载标准值ωk按ωk=μzμsω0公式计算。查表，μz取1.0；ω0取0.3。

μs支架风荷载体型系数，将支架视为桁架，按相关规范规定计算。

支撑架的挡风系数ψ=1.2An/(l a×h)=1.2×0.2/（1.2×1.5）=0.13；

式中：An为一步一跨范围内挡风面积An=(l a+h)×d=0.16；

la立杆间距1.2m，h步距1.5m，d立杆外径6cm，0.325 每平斜撑长度。

单排架无遮拦体形系数：µst=1.2ψ=1.2×0.16=0.19；

多排支撑架体形系数：µs=µst×（1 -η14）/(1 -η)=1.5；

则ωk=μzμsω0=1×1.5×0.3=0.45kN/m2；

立杆荷载标准值(按8m 高计）：Nωκ=PwkH2/B=0.45×1.2×8×8/14.1=2.5kN；

考虑风荷载作用，立杆轴向力设计值：

N=(1.2 (a+b3+e)+0.9×1.4(c+d+Nωκ))×0.9×1.2=65 .9 kN；

立杆段弯矩设计值：Mw=0.9×1.4Mwk=0.9×1.4×Wklah2/10=0.15kN·m；

4.6 地基承载力计算

立杆底部基础承载力：Pk=Nk/Ag

式中Ag—可调底座板对应的基础底面积(按照45°计算)，按25cm 厚混凝土计算，则

Ag=0.64×0.64=0.41m2；

Nk—立杆的轴向力标准组合值，由上述计算可知Nk=56.4kN；

则Pk=56.4/0.41=137.7kN/m2；地基承载力应大于150KPa 满足要求，基础硬化前加强检测。

5 结语

本文通过跨东外环路主线桥现浇箱梁工程，根据现浇箱梁施工环境、净空高度、工期、地质、承重荷载、安全、质量及经济等多方面比选，选用新型盘扣式满堂支架体系进行支架设计。箱梁现浇支架按一次浇筑成型设计，根据混凝土自重荷载分布、施工荷载、桥下净空、杆件承载力等合理布设。最后，对盘扣式满堂支架进行立杆、主龙骨、次龙骨、面板及地基承载力这几方面进行检算，保证整个模板支架从设计、搭设、桥梁施工全过程中具有足够的强度、刚度、稳定性及基础承载力，可为类似工程提供借鉴。