组合支架的计算过程

1、连续边跨现浇段支架设计与稳定性分析 郭春萌 （中铁十四局集团第二工程有限公司 山东泰安 271000）摘 要：该文通过某连续刚构边跨 现浇段螺旋钢管框架式支架的设计，介绍了螺旋钢管框架支架的构造和特点,并进行验算，得到了其承载力和整体稳定安全系数均满足施工要求 。可供同类施工结构设计参考。 关键词:现浇段；钢管支架；承载力计算；稳定分析 1. 工程概况 肖张镇跨大广高速公路特大桥DK162+108.36-DK162+221.56（47#-50#墩）采用(32m+48m+32m) 3孔变截面连续箱梁。该连续梁主、边墩皆为圆端形桥墩，其中主墩身48#、49#墩身高度分别为9m、9.5m，边墩身47

2、#、50#高度分别为12m、11m。连续梁采用挂篮悬臂浇筑施工,合拢顺序为先边跨后中跨。该梁共有31个施工节段，梁高自0#块悬臂，底部线形按二次抛物线变化，其中0#块长度为6m，高度为3.5m，顶宽7.2m,边跨直线段梁长7.85 m,梁高皆为2.5m。2 支架设计方案 根据跨282省道32+48+32悬灌梁施工便道拥挤，满堂支架不能满足其要求的特点，经过技术经济比选，50#墩支柱组合支架方案。支架体系由承台基础 、 螺旋钢管立柱 、螺旋钢管联系杆件、工字钢横梁 、工字钢纵梁及调平钢楔组成。承台施工完成后，使用级配沙砾按20cm层厚分层夯实回填基坑。墩身施工过程中，在连续梁侧墩身表面进行钢套筒

3、预埋（套筒采用边跨防落梁预埋套筒）。墩身施工完成后，按下图进行条形基础施工，基础采用C25砼。纵横基础交叉处设预埋钢板，壁厚12mm，钢板下表面以其中心为圆心，50cm直径分布”U”型锚筋。条形基础内不设钢筋，采取不立模满灌。条形基础施工前，先进行天气情况调查，确保在整个基础施工阶段没有降雨天气，同时从基础开挖至混凝土浇筑完成不得超过一天。距条形基础内外缘1.5m范围内全部使用C20混凝土铺设一层5cm厚防水层。支架主承力柱采用426mm壁厚6mm螺旋焊缝钢管，共计四根，其纵横间距分别为3m、3.5m。四角主承力柱沿高度方向每3.2m设一道水平联系，同时与墩身预埋件进行连接；支架四面每两道水平

4、联系间均设有斜向连接杆。水平联系及斜向连接杆均采用140mm壁厚3.5mm直缝钢管。 注：图中单位为cm。 支架基础平面图 注：图中单位为cm。 A-A 注：图中单位为cm。 现浇段支架侧面图 注：图中单位为cm。 现浇支架立面图 支架主承力柱柱顶焊制钢板，钢板上安放2根I32b工字钢作支架平台横梁。在边墩托盘顶帽上部及支架横梁顶部铺设I32b工字钢作支架分布纵梁，底、腹板下纵梁间距分别为60cm、30cm，桥轴线方向一致，纵梁间采取25螺纹钢焊接连接。标高精调采用钢楔进行。纵梁顶面铺设10cm*10cm方木及厚1.2cm竹胶板作底模；边跨外模为整体型钢模，外侧支架支立于2根I32b工字钢上（

5、详见上图）。3. 支架承载力及稳定性计算3.1工字钢纵梁计算（1） 取箱梁腹板位置进行分析计算 纵梁采取6.8米长32a工字钢，跨径3米，取最大腹板厚度53.6cm,因考虑箱梁顶板底板倒角部分位置变化按60cm考虑，由2根工字钢承受，单根计算宽度30cm,结构混凝土自重：q1=0.6*2.5*26/2=19.5KN/m 32a工字钢自重：q2=0.527KN/m 模板及支撑：q3=2.5KN/，人员，机具行走运输，堆放荷载取2.5KN/，振捣棒振捣荷载为2KN/，所以施工荷载：q4=(2.5+2)*0.3=1.35KN/m因本项目为重型支撑支架,荷载组合中以恒载为控制荷载,故采用恒载系数:1.

6、35；活载系数： 1.2进行计算 。荷载组合 =1.35*（q1+q2+0.3*q3)+1.2*q4=29.67KN/m跨中弯矩：M=33.379Kn*m支点反力:用迈达斯2006建立模型如图可知，中支柱位置为最大应力R1=103.3kn32a工字钢抗弯截面模量W=692，惯性矩 I=11100,弹性模量E=2.06×10N/ 所以 ,工字钢纵梁的跨中上下缘的最大应力为 ：=48.235MPa=160MPa32a工字钢纵梁强度满足要求工字钢纵梁的跨中最大挠度=1.37mm32a工字钢纵梁满足要求。（2） 取箱梁底板位置进行分析计算 纵梁采取3根6.8米长32a工字钢，跨径3米。荷载分

7、析：取底板位置计算，底板+顶板的厚度为85cm,计算宽度为0.75m。混凝土结构自重q1=16.575Kn/m.32a工字钢自重：q2=0.527Kn/m 内模及支撑：q3=2.5KN/ 人员，机具行走运输，堆放荷载取2.5KN/ 振捣棒振捣荷载为2KN/ 施工荷载载：q4=(2.5+2)*0.75=3.375KN/m因本项目为重型支撑支架 ，荷载组合中以恒载为控制荷载 ，故采用恒载系数：1.35；活载系数：1.2进行计算 。荷载组合 =1.35*（q1+q2+0.75*q3)+1.2*q4=28.1KN/m跨中弯矩：M=33.378Kn*m 支点反力:用迈达斯2006建立模型，如图可知，中支

8、柱位置为最大应力R2=98.1kn32a工字钢抗弯截面模量W=692，惯性矩 I=11100,弹性模量E=2.06×10N/ 所 以,工字钢纵梁 的跨中上下缘的最大应力为 ：=60.85MPa=160MPa32a工字钢纵梁强度满足要求工字钢纵梁的跨中最大挠度=1.73mm32a工字钢纵梁满足要求。 (3)取箱梁翼缘板位置进行分析计算箱梁翼缘板处荷载较小,对该处工字钢横梁,可不进行强度和挠度验算,只进行支点处反力计算,为下横梁和钢管立柱受力计算创造条件。每侧翼板下纵梁采取2根3m长32a工字钢，跨径3.5m。荷载分析：取采取单侧翼缘板计算，外侧厚度20cm,和腹板交接处计算宽度为60c

9、m,混凝土结构自重：q1=1.7*（0.2+0.6）/2*26=17.68KN/m2根32a工字钢自重q2=2*0.527=1.054KN/m 模板及支撑：q3=2.5KN/ 人员，机具行走运输，堆放荷载取2.5KN/ 振捣棒振捣荷载为2KN/ 施工荷载载：q4=(2.5+2)*0.85=7.65KN/m因本项目为重型支撑支架 ，荷载组合中以恒载为控制荷载 ，故采用恒载系数：1.35；活载系数：1.2进行计算 。荷载组合 =1.35*（q1+q2+1.7*q3)+1.2*q4=20.1042KN/m反力:用迈达斯2006建立模型，如图可知，中支柱位置为最大应力R1=98.1knR3=70.0K

10、n3.2 工字钢横梁的计算横梁采用7.2米长双肢i32a工字钢，放置在螺旋钢管立柱之上纵梁之下，主要承受由纵梁传 递的压力，其力学参数为：抗弯截面模量W=692*2=1384，惯性矩 I=11100*2=22200,弹性模量E=2.06×10N/ ,R1=44.505Kn R2=56.151Kn R3=30.1563Kn，双肢32a工字钢横梁 自重：q=0.527×2=1.054KN/m 荷载分析：取横梁中1 根工字钢，按3跨连续梁，双工字钢平均分配进行计算,计算跨径为，加最 不利的荷载。用midas2006建立模型，见下图。 由模型可以看出整个现浇段的重量主要通过 横梁传

11、到下方的钢管立柱承受。 具体应力分布见下图，由下图可知其最大压力位于腹板中间处，其最大应力=82.635Mpa=160Mpa,强度满足要求。钢横梁变形图见下图，由图可知最大变形处为跨中位置处，其最大挠度32a工字钢挠度满足要求。33 支架稳定性验算 支架稳定性问题 ，实质来说是钢管立柱稳定问题。钢管立柱属于轴向受压杆件，当细长压杆所 受压力达到临界值时 ，横截面上的应力远远小于 材料的允许应力值时，就会突然变弯，在某薄弱环节处被折断。钢管立柱焊接与基础 预埋螺栓刚性连接，钢管立柱间采用10无缝钢管连接 ，形成稳定的空间框架结构。为增大结构安全系数 ，按最不利情况进行验算 ，即假定一端固定，一端

12、自由长度系数 =2。用Midas2006建模将现浇段的自重及工字钢的自重 ，按结构的形式以节点力的形式分配给各个钢管立柱 。10无缝钢管连接为桁架单元，钢管为梁单元 。经计算其一阶屈曲模态的稳定系数为57，大于规范的规定1.3，所以,左幅5#现浇段 立柱稳定性满足要求 。3.4螺旋钢管立柱强度计算=426*6钢管立柱强度验算采取允许应力法，钢管采取Q235钢板制成，允许应力值，中钢管立柱高度最高，为9.84m,故只验算中立柱即可。立柱采取=460*6螺旋钢管，承受由横梁和斜撑传递的荷载。单根钢管立柱收到的压力N1=（35*4+51.7*4+49*4+1.054*7.2）/2=275.19KN钢

13、管自重：62.14Kg/m*9.8m*10=6.09Kn荷载组合KN A = 79.17cm2 钢管按照轴心受压构件计算，最大应力： 故钢管强度满足要求。3.5 螺旋钢管变形验算 中跨位置最高，立柱最高为9.2，故只验算中跨即可 。=426*6钢管螺旋钢管材质为Q235钢 ：E=206×10Nmm2；A=79.19cm2。螺旋钢管受压轴向变形：L1=NL/EA=(275.19+6.09)*9.8/(2.06*105*79.19)=1.7mm变形很小，满足要求。3.6混凝土基础受力验算支柱通过等边长10cm三角肋与条形基础预埋钢板连接，将条形基础视作刚性基础，按45。受压扩散角，条形基

14、础底面有效承压面积为 A = 2.63 m×1.5 m + 0.56 m ×1 m = 4.505 m2 支架条形基础底面地基单位面积荷载为 K = F/A + G/A0 = 281.28/4.505 + 25/1 = 87.44 KPa < 120 KPa故地基承载力满足要求。4.结语大广跨282省道50号边跨直线段采取螺旋钢管框架式支架体系，确保其强度及稳定性满足规范要求 。选用科学 、合理的地基加固方案，确保现浇段支架基础满足承载力要求 。螺旋钢管框架式支架体系，具有造价低 、工效高、适应不同地形等优点 ，节省了投资 ，实用性较强 ，在确保工程质量的前提下，取得