鸦岗村道门洞支架设计与应用

郭志远

(广州公路工程集团有限公司， 广东 广州 510075)

现浇箱梁是常见桥梁结构形式，其施工关键控制点是支架搭设。常用支架有满堂支架和贝雷支架2种，贝雷支架结构简单，运输方便，拆卸快速，能克服复杂地形。该文结合广州鸦岗立交简易互通的A匝道桥上跨既有高速公路现浇箱梁支架工程，采用MIDAS/Civil建立数值模型，从工程安全、实用的角度探讨贝雷支架在匝道桥建设中的安全应用。

1 支架体系设计与试验

1.1 试验材料与参数

试验材料包括Q235B钢、TB17阔叶材(截面尺寸10 cm×10 cm)、胶合板(厚度15 mm)、梁(16Mn钢材)，材料参数见表1。

表1 试验材料参数

1.2 MIDAS/Civil数值模拟

A匝道第5联跨鸦岗村门洞支架采用钢管加工字钢形式，采用MIDAS/Civil建模对各构件强度和稳定性进行分析(见图1)。

图1 支架整体模型

1.2.1 强度计算分析

1.2.1.140a工字钢纵梁应力分析

对40a工字钢纵梁和2×I40a工字钢垫梁进行动态应力加载，探究其最大剪应力和最大弯曲应力，模拟结果见图2。

图2 纵梁组合应力云图(单位：MPa)

最大弯曲应力为：

最大剪应力为：

最大组合应力为：

σ=118.5 MPa

应力校核：

支架纵梁的强度符合要求。

1.2.1.22×I40a工字钢垫梁应力分析

对2×I40a工字钢垫梁进行最大弯曲应力和剪应力校核，模拟结果见图3。

图3 垫梁组合应力云图(单位：MPa)

最大弯曲应力为：

σ=123 MPa

最大剪切应力为：

τ=58.2 MPa

最大组合应力为：

σ=124.3 MPa

支架工字钢垫梁的强度符合要求。

1.2.1.3螺旋钢管应力分析

对螺旋钢管进行应力分析，模拟结果见图4。

图4 螺旋钢管应力云图(单位：MPa)

最大组合应力为：

σ=50.8 MPa

支架螺旋钢管的强度符合要求。

1.2.1.4剪刀撑应力分析

剪刀撑采用[14槽钢。对剪刀撑进行应力分析，模拟结果见图5。

图5 剪刀撑应力云图(单位：MPa)

最大组合应力为：

σ=23 MPa

支架剪刀撑的强度符合要求。

1.2.2 螺旋管稳定性计算

螺旋管的轴力和弯矩模拟结果见图6。

图6 螺旋管轴力和弯矩云图

螺旋管直径630 mm，壁厚10 mm，截面积为：

19 468 mm2

惯性矩为：

935 680 750 mm4

截面面积为：

8 573 986.54 mm3

回旋半径为：

长细比为：

根据《钢结构设计规范》，C、B类截面轴心受压稳定系数φ=0.95，应力为：

φ630钢管柱的强度及稳定性满足要求。

1.2.3 变形计算与基础计算

(1) 变形计算。支架最大竖向位移为16.42 mm<8 200/400=20.5 mm(见图7)。

图7 支架竖向位移云图(单位：mm)

(2) 基础计算。两侧螺旋钢管下方设置条形基础，尺寸为宽1.2 m×高1.2 m。标准荷载组合下，两侧螺旋钢管最大单柱反力F=792.9 kN(见图8)。钢管通过底部钢板(长80 cm×宽80 cm×厚1.5 cm)传递给C20条形基础，基础宽1.2 m、高1.2 m，脆性材料按照45°刚性角传递，传递到基础底面尺寸为1.2 m×3.2 m。基底平均应力见式(1)。两侧条形基础安置在既有车道路面上，路面承载力特征值达到700 kPa以上，满足要求。

图8 螺旋管反力云图(单位：N)

(1)

2 现浇支架的应用

应力计算和稳定性校核结果表明支架性能良好。基于上述数值模拟结果，进行支架搭建运用。

现浇箱梁为变宽现浇梁(喇叭形)，为方便支架搭设、调整，顺桥向布置间距为120 cm/60 cm(中横梁下60 cm)，横桥向底箱下方布置间距取120 cm，水平杆步距取150 cm，水平杆顶层步距减少一个盘扣距离。

采用新型盘扣式支架，竖杆采用φ60×3.2 mm Q345钢管，横杆采用φ48×2.5 mm钢管，竖向斜杆采用φ42×2.75 mm钢管，剪刀撑采用φ48×2.5 mm钢管；立杆步距设为1.5 m(局部加密为1或0.5 m)，中横梁位置立杆布置为横、纵桥向1.2 m×0.6 m，其他位置横、纵桥向1.2 m×1.2 m；顺桥向、横桥向竖向斜杆均满格布置；水平剪刀撑步距4.0～6.0 m；承重梁采用I12.6工字钢，横向布置，间距与顺桥向立杆匹配；分配梁采用100 mm×100 mm方木，间距30 cm(空箱部位及翼板部位)或20 cm(腹板及中横梁部位)；模板采用15 mm厚优质胶合板。临边操作平台最外侧立柱高出操作平台1.5 m，纵向向水平安装3 条φ48护栏钢管，护栏上安挂密目防护网及0.5 m提脚板(见图9、图10)。

图9 支架里面示意图

图10 支架横断面示意图

结果证明，增加钢管直径对提高立杆承载力的效果远大于增加钢管壁厚的效果。考虑到中国尚未全面实现机械化施工，很多项目还不得不手工操作，采用60 mm直径的钢管作为支撑架的立杆比较适宜。Q345B高强度低合金钢材的应用，在有效提高立杆承载力的前提下，可减少架体自重。

3 结语

对鸦岗村道门洞支架使用MIDAS/Civil建立数值模型，对纵梁、垫梁、螺旋钢管和剪力撑进行应力强度、稳定性校核，验证支架的安全性和稳定性能良好，能达到设计要求和应用要求。