现浇梁钢结构支架设计和结构计算

现浇梁钢结构支架设计和结构计算郑晓光 （郑西项目部）【内容摘要】 随着科技发展和社会进步，连续梁采用愈来愈广泛，在现浇连续梁施工中，支架多为现场施工技术人员进行设计和计算。本文以郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥罗纹河连续梁采用支架法施工现浇连续梁为背景，阐述了（32+48+32）m 连续箱梁施工时支架方案的设计和结构计算，为工程技术人员施工类似工程提供参考。【关键词】 现浇梁 支架 设计 计算1 概述本文以郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥罗纹河连续梁支架选择、计算为例进行了阐述。郑州至西安铁路客运专线渭南渭河特大桥东起新华山车站，西至新临潼车站，全长79.6km。连续梁梁体截面形式为等截面、箱梁斜腹板、单箱室，腹板、顶板、底板局部向内侧加厚。桥面宽度：防撞墙内侧净宽9.4m，桥上人行道栏杆内侧净宽13.2m，桥面板宽13.4m，桥梁建筑总宽度13.8m。梁全场113.3m，跨度为31.9+48+31.9m，梁高3.25m。设计最高时速350km/h，最小半径7000m，双线线间距5.0m。防震烈度8度及以下。梁体混凝土强度等级为 C50，防撞墙、遮板、电缆槽等混凝土强度等级为 C40。预应力钢筋采用 17-15.2-1860-GB/T5224-2003 预应力钢绞线，采用自锚式拉丝体系锚具，管道形成孔采用塑料波纹管。预应力钢筋采用 17-15.2-1860-GB/T5224-2003 预应力钢绞线，采用自锚式拉丝体系锚具，管道形成采用金属波纹管成孔。纵向预应力束的抗拉极限强度标准值为 1860MPa，弹性模量为 195000MPa，预应力束类型为 12-75。一联连续梁在顶板纵向有 40 束、腹板有 16 束、底板有 20 束钢绞线，共计 76 束钢绞线，并设有备用束。顶板钢绞线控制应力 1300 MPa，锚下张拉力 2184KN；腹板钢绞线控制应力 1370 MPa，张拉控制应力 2301.6KN；底板钢绞线控制应力 1300 MPa，张拉控制力 2184KN。2 边跨（32m）支架方案选择及结构计算设计要求该连续梁为支架法施工的现浇梁。22.1 支架方案选择根据现场世纪情况和进行技术经济比较，采用碗扣式脚手架。2.2 支架设计及结构计算2.2.1 支架设计梁体宽 13.4m，腹板宽 5.4m，翼缘板宽 3.25m，支架平面布置：在腹板范围内脚手架纵横间距 0.6m0.6m，在腹肋板处加密，间距0.3m0.6m；翼缘板处间距 0.6m0.9m；靠近支座处梁体截面加大，在桥墩 3m 内杆件加密，间距 0.3m0.3m。支架竖向布置：脚手架上安设顶托，顶托上纵向铺 10 号工字钢，横向铺 1010cm，间距 30cm，脚手架底座直接安放在混凝土基础上。支架高度 8m 左右，水平横杆步距首层及顶层为 60cm，其余为 120cm。具体见图 01，02。图 01优 质 竹 胶 板 底 模方 木 25工 字 钢罗 纹 河 连 续 梁 边 跨 支 架 横 断 面 图中心线3图 022.2.2 结构计算2.2.2.1 腹板 5.4m 范围处杆件检算按步距为 1200mm 时，立杆允许荷载为 30kN/根。在腹板处，杆件布置间距 0.3m0.6m，每处 5 排，2 处共计 10 排；在底板处杆件布置间距 0.6m0.6m，计 5 排；在桥墩处纵向间距加密。详细见图01、02。#墩 #墩净跨中心线连 续 梁罗 纹 河 连 续 梁 边 跨 支 架 立 面 图（ 墩 ） （ 墩 ）4（1）荷载计算： 连续梁混凝土每延米均布荷载（ 混2.6t/m3）：(c+d)2 段（见荷载断面布置图 03）：（7.74+3.45）222.38t/m=223.8KN/m模板支架及施工荷载取：5.0t/m=50KN/m图 03每延米 荷载合计：273.8KN/m图 04（2）取 3 延长米计算（见图 04）荷载：273.8KN/m3m= 821.4KN/m杆件数量：15 根5 排75 根单杆承载力：821.4KN/m75 根10.95 KN/根安全系数：30kN/根10.95 KN/根2.741.3 可碗 扣 脚 架 检 算 简 图 碗 寇 支 架梁 体连 续 梁 荷 载 图52.2.2.2 翼缘板范围处杆件检算按步距为 1200mm 时，立杆允许荷载为 30kN/根。在翼缘板处，杆件布置间距 0.9m0.6m，每边 5 排，共计 10 排，在桥墩处纵向间距加密。（1）单侧荷载计算： 连续梁混凝土每延米均布荷载：(a+b)段（见荷载断面布置图）：0.81+2.443.25t/m=32.5KN/m模板支架及施工荷载取：2.5t/m=25KN/m每延米荷载合计：57.5KN/m（2）取 3 延长米计算荷载：57.5KN/m3m= 172.5KN/m杆件承载力：5 根5 排25 根单杆承载力：172.5KN/m25 根6.9 KN/根安全系数：30kN/根6.9 KN/根4.351.3 可布置可采用 0.9m0.9m。2.2.2.3 WDJ 碗扣式脚手架单杆稳定性检算取腹板 5.4m 范围处杆件检算。（1）支架稳定性检算支架水平横杆步距 1.2m，立杆钢管外径 D48mm，内经 d=41mm，壁厚 q3.5mm，截面积 A489.3mm2，I121867 mm4，W5078 mm3，自由长度 l01200mm， =170MPa。单杆承受压力 N10.95 KN/根单杆杆件轴心压力取 N1.1N12 KN/根回旋半径 rI/A=1/4(D2+d2)=15.78按两端固接，长度计算系数取 0.65，长细比 l0/ r=0.65120015.78=49.46查表得 0.825（建筑施工计算手册 ）允许压应力=0.825170140.25MPaN/A=12KN489.3 mm2=24.5 MPa140.25MPa 可（2）抗倾覆稳定性检算脚手架在顶、中、底部均设横向连接，并设剪刀撑，将整个支架连成一体。混凝土无论是对称还是从一侧浇筑，偏心受压状况很小（支架宽高比约为 1.2：1） ，故抗倾覆稳定性可以免检。3 中跨支架方案选择及结构计算3.1 支架方案选择中跨跨越罗纹河，无法采用满堂支架施工，采取便梁及支墩结构。根据现有资源，结合现场实际情况并进行技术经济比较，纵梁采用贝雷片，支墩采用贝雷片和钢管接合。3.2 中跨结构设计及结构计算3.2.1 结构设计根据实际情况及结构计算结果反复调整布置形式，确定如下：中跨跨越河道和河堤，共设 4 个临时支墩，中间河道上 2 处，连续梁承台上 2 处。罗纹河处河道内 2 处基础采用单排 C30 砼 1.25m 钻孔灌注桩基础，桩长 16m，每排 5 根，共计 10 根，桩基上设15m2.9m1.5m 承台，河道间桩基施工尽量在枯水季节进行桩基施工。钢结构墩与临时承台预埋钢板焊接连接，支墩之间布设槽钢剪刀撑形成稳固体系。支架采用贝雷片和钢管，中临时支墩采用 1 节贝雷片，高 3m；边临时支墩一侧采用高 6m 的 2 节贝雷片，临时承台上设 7 组 14 片贝雷片；另一侧 50cm 壁厚 5mm 钢管。在每个每组支墩用 16 槽钢连接加固。纵梁采用贝雷片，每跨横向共布设 9 组 18 片贝雷片，腹板 5.4m 范围内设5 组 10 片，跨度 12.705m+15m+12.705m，贝雷片上、下设加强弦杆。连续梁主墩间净距为 44.5m，纵向共设置 14 节贝雷片。贝雷梁每节端部下7加强弦杆用 16 槽钢横向连接，上弦杆用 U 型卡将纵梁与 20a 工字钢连接。具体结构形式见图 5、图 6、图 7。图 05图 06支 墩 顶 高 程 见 表 16#槽 钢20工 字 钢桩 底 标 高 ： 见 表承 台 顶 面 标 高 ： 见 表连 续 梁 中 跨 河 道 内 2#、 3临 时 支 架 断 面 图 截 面钻 孔 桩砼 临 时 承 台贝 雷 片 支 墩4工 字 钢 排贝 雷 片 纵 梁40工 字 钢 40密 铺 12*5方 木脚 手 架10#工 字 钢方 木 30.5优 质 竹 胶 板 底 模箱 梁 暂 定 梁 底 平 均 高 程20工 字 钢 排暂 定 梁 底 平 均 高 程箱 梁 1.5优 质 竹 胶 板 底 模0方 木 30#工 字 钢连 续 梁 中 跨 河 道 内 4临 时 支 架 断 面 图 临 时 砼 承 台 ， 顶 、 底 层 设 钢筋 网 片 。 大 样 大 样承 台 厚 2， 70*钢 板外 径 5壁 厚 钢 管16#槽 钢16#槽 钢 49#墩脚 手 架密 铺 10*2方 木工 字 钢 4贝 雷 片 纵 梁4工 字 钢 排钢 管 支 墩 截 面8图 073.2.2 中跨结构计算3.2.2.1 荷载确定根据结构形式，梁体及支架荷载取：G=36t/m 3.2.2.2 贝雷片纵梁计算、检算（1） 、纵梁贝雷片计算跨度（见连续梁中跨支架布置图05、06、07）:L15.0m（2） 、计算荷载 q36t/m=360KN/m（3） 、贝雷片几何特性（贝雷片安装手册）：单片不加强：W13578.5cm3 I1250497.2 cm4容许弯矩M1788.2KNm 容许剪力1245.2KN单片加强： W27699.1cm3 I2577434.4 cm4。 4801049#。852 1048#。1.5cm。2*0#。1315. 。3010.416m1。0.3。 6cm。 C。15m85cm。 1640160 27.527.534 369.589. 6030259容许弯矩M21687.5KNm 容许剪力2245.2KN（4） 、按强度计算每孔需用贝雷片纵梁数量 按简支梁计算单片加强：N2=(1/8qL2)/MK=9785.71687.51.27.2 片 取 8 片按两边等跨连续梁计算：KM=0.07,KW=0.521单片加强：N2=( KMqL2)/M2K4.0 片 取 4 片（5） 、按剪力计算每孔需用贝雷片纵梁数量N3=(1/2qL)/=1/236015245.211.01 片 取 11 片梁体在腹板 5.4m 范围内的自重占总重 77.4，根据计算结果，按剪力控制 11 片计算，需要在腹板范围内布置 9 片。考虑贝雷片安装和靠近墩处自重增大、结构布置等因素，故贝雷片纵梁每孔设置 18 片（设加强弦杆） ，2 片一组，共设置 9 组。腹板范围内设 5 组（10 片） ，两侧翼缘各设 2 组（共 8 片） 。（6） 、挠度检算容许挠度f=1/400f=5Ql4/384EI E=2.1105Mpa N18f=(5Ql4)/( 384EIN)=(536015.04)(3842.1108577434.410-818)=0.011m=1/1364f=1/400 可3.2.2.3 贝雷片支墩稳定性检算取最不利处（腹板 5.4m 范围内）单片进行局部检算，上下弦杆各由2 根 10 号热 轧槽钢组合而成，槽钢间距 7.8cm， 贝 雷 片 支 墩 稳 定 性 检 算 图 示10A=12.748cm2,Iz-z800.2cm4，Lz-z1.5m; Ix-x396cm4,Lx-x0.75m，故分别计算 z-z、x-x 轴方向。x-x 轴方向计算，回旋半径 r（I/A）（396/（12.7482） ）3.941cm按两端固接，取计算长度系数 0.65， 长细比 l0/ r=0.65753.941=12.37查表得 0.938（建筑施工计算手册 ）允许压应力=0.938170159.46MPaP/A=282.375（12.7482）=110.75 MPa159.46MPa 可 K1.44x-x 轴方向计算，回旋半径 r（I/A）（396/（12.7482） ）3.941cm按两端固接，取计算长度系数 0.65， 长细比 l0/ r=0.65753.941=12.37查表得 0.938（建筑施工计算手册 ）允许压应力=0.938170159.46MPaP/A=282.375（12.7482）=110.75 MPa159.46MPa 可 K1.44113.2.2.4 4#支墩钢管稳支墩定性检算取梁腹板 5.4m 范围计算，跨度取 L=13.0m。钢管直径 D=0.5m，壁厚b=5mm， 170MPa，面积 S（0.520.492）40.00775m2，l06.142m。荷载计算：受均布荷载计算(含砼自重、模板、支架等)得q360KN/m。由于设置 7 根钢管，则每个钢管轴心受压力：P13601371.1735KN回旋半径 r1/4(I/A)=1/4(D2+d2)=0.175m按两端铰接，长度计算系数取 1，长细比 l0/ r=16.1420.175=35.1查表得 0.899（建筑施工计算手册 ）允许压应力=0.899170152.8MPaN/A=735KN0.00775m2=94.84MPa152.8MPa 可 K=1.61注：安全系数取 1.3。4 结论本现浇梁支架方案是多种形式的，本文只叙述了罗纹河连续梁施工的支架设计和计算。支架的设计出了要考虑结构上的安全（技术条件满足） ，还要考虑现场实际条件（外部因素） ，更需要进行技术经济比选（成本控制）