现浇箱梁施工常用支架类型及其安全性验算

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力可按临时结构予以提高；（3）支架的挠度需要验算，并小于其容许值；（4）支架的预拱度计算包括梁自重产生的挠度、支架受荷后产生的弹性变形和非弹性变形、支架基础的沉降量等；（5）支架卸架设备的选用及受力验算。3.支架选型及安全性验算实例本文两个验算实例来自作者曾工作过的海翔大道二期道路工程B标工程（主体工程竣工于2009年11月）和南安（金淘）至厦门高速公路厦门段TB1合同段工程（目前正在施工中）。3.1支柱式支架-碗扣式满堂支架选型及安全性验算实例3.1.1WDJ碗扣式支架简介WDJ碗扣式支架是建设部提出的建筑业10项推广应用新技术之一，并且福建省建设厅也发文要求在全省建设施工行业推广。碗扣式支架的主要优点：安全可靠，碗扣式接头传力可靠，搭设时不用拧螺栓，不受人为因素影响。立杆连接为同轴心承插，各杆件轴心交与一点。用作模板支架时，顶部插入可调托座，架体受力以轴心受压为主，因而承载力高，不易发生失稳垮塌；功效高，易管理。横杆与立杆连接工人采用铁锤敲击辅助完成，速度快，功效高，尤其在桥梁现浇支架中使用，可做到省时、省力、安全、可靠。支架材料采用WDJ碗扣式多功能脚手架，使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调顶托，进行支架搭设。3.1.2WDJ碗扣式支架构造要求对于满堂支架来说，构造措施是保证支撑结构整体稳定性的重要条件，是保证设计计算准确性的前提，尤其是对于高度较高，施工场址风力较大的地方。作者曾于海边（场地粗糙度为B类，基本风压0.70kN/m2，平均风力3-4级，最大达8-9级）搭设的碗扣式满堂支架最高高度离地可达20m。严格按设计尺寸搭设支架，并按支撑高度选择组配立杆、可调托撑及可调底座。立杆间距和横杆步距不得大于设计要求，并设置纵横扫地杆。支架拐角为直角时，宜采用横杆直接组架；拐角为非直角时，可采用钢管扣件组架。支架剪刀撑、斜撑等斜杆，采用钢管扣件，斜杆安装时要符合以下规定：在支架四周拐角处设置专用斜杆或四面设置八字斜杆；斜杆应每步与立杆扣接，扣接点距碗扣节点的距离宜小于等于150mm；当出现不能与立杆扣接的情况时亦可采用与横杆扣接，扣接点应牢固；斜杆水平倾角宜在45°～60°之间；每个扣接的拧紧力矩都要控制在45～60N.m，钢管不能选用长期使用变形的。对进入现场的碗扣式构配件，使用前应对质量进行复验。确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差满足《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》的要求。支架搭设排列整齐顺直，并且要及时设好纵横水平拉杆、剪刀撑等。必要时设置缆风绳等加固措施。3.1.3WDJ碗扣式支架验算实例主线桥右幅第二联第九跨场地为蔬菜等经济作物用地，表面约50cm厚左右素填土，经清表后其下部为亚粘土或粗砂层，土质良好，承载能力较高，地基承载力特征值可达200kPa，场地清表压实后拟采用碗扣式满堂支架。其支架搭设横桥向截面示意图如下：图2支架搭设横桥向示意图图3支架搭设顺桥向示意图1.满堂支架的荷载采用及荷载效应组合验算时荷载采用主要有：模板支撑架自重标准值Q1:根据模板设计图纸确定。新浇混凝土自重标准值Q2：对本结构依据26.0kN/m3进行计算振捣混凝土产生荷载标准值Q3:取2.0kN/m2模板支撑架的施工荷载标准值Q4：1.0kN/m2依据JGJ166-2008，采用的荷载效应组合如下：序号计算项目荷载组合1立杆稳定计算①永久荷载+可变荷载②永久荷载+0.9（可变荷载+风荷载）2连墙件承载力计算风荷载+3.0kN3斜杠强度喝连接扣件（抗滑强度）计算风荷载表1验算荷载效应组合2.钢管立柱安全性验算碗扣式脚手架钢管外径F=48mm，壁厚t=3.5mm，截面积A=4.89cm2，截面惯性矩I=12.19cm4，截面模量W=5.08cm3，i=1.58cm。Q235钢材强度设计值205N/mm2,E=2.05×105N/mm2。验算立杆强度时，采用180cm高箱梁进行验算时，结合箱梁自重纵横向变化及支架立杆平面分布各种可能性情况，各个位置下立杆承受的箱梁自重荷载如下：横断面立杆间距（cm）最大自重面荷载（KN/m2）箱梁自重竖向力（KN）箱梁端部（翼缘板）60×6046.80（0.4）41.60（0.2）16.22（实心处）60×9046.8025.27箱梁腹板加宽段（翼缘板）90×6013.007.02（边腹板）60×6040.1521.68（空腔处）90×6023.4012.64（中腹板）60×6046.8016.85箱梁标准断面(翼缘板)90×909.908.02(边腹板)60×9034.0618.39(空腔处)90×9013.010.53(中腹板)60×9046.8（0.5）23.4（0.1）23.166表2箱梁各部位自重统计综合考虑各立杆承受箱梁自重荷载及受荷面积，箱梁端部实心处立杆所承受的荷载可能最大。以此计算最大承载力。单肢立杆最大轴向力：按12m长度考虑立杆及横杆自重：单肢立杆按1.2m步距计算稳定性。长细比查表，其稳定性系数单肢立杆承载力为单肢立杆承载力及稳定性满足要求。3.斜杠内力计算及扣件抗滑能力计算模板支撑架高度大于8m并有风荷载作用，应对斜杠内力进行计算。支架底部未设安全网，采用简化计算，其简化受力模型如右图。本支架所在地区地面粗糙度为B类，支架底部未设安全网，仅模板处风荷载需要验算。支架顶部（按支架高12m计算），基本风压水平风荷载标准值：图4斜杠内力验算简图图4斜杠内力验算简图箱梁顶部（按箱梁高1.8m计算），基本风压取大值进行计算（每四排一剪刀撑），则由风荷载分配的斜杠轴向力可能情况:或依据规范，扣件抗滑强度QC=8kN，可知扣件抗滑能力满足要求。斜杠承载力:由此查表，单肢斜杆承载力为斜杆承载力满足要求。4.迎风立杆拉压力验算支架下部无密目安全网，且由以上计算可知，风荷载引起的立杆轴向力变化极小，所以此项无需验算。5.满堂支架整体抗倾覆验算当支架和模板形成，钢筋和砼未施工时，抗倾覆能力最差，按此情况进行验算。依据《公路桥涵技术施工规范实施手册》要求，支架在自重和风荷载作用下，倾覆稳定系数不得小于1.3综合分析箱梁宽度、箱梁高度及支架情况，抗倾覆能力最差的为主线桥右幅第二联。为了验算方便，取跨中截面1.8m验算抗倾覆能力（不计方木模板自重）。支架材料如下：顶托：36；立杆：456m纵向横杆：18×12×1.8=388.8m横向横杆：2×12×12＝288m钢管总重计算钢管总重：456×5.5＋（388.8＋288）×3.9＝5147.52kg顶托、底托总重不计。抗倾覆力：N＝5147.52×9.8＝50.445kN稳定力矩计算：稳定力矩＝y×Ni＝6.0×50.445＝302.67kN·m倾覆力矩计算支架顶部（按支架高12m计算），基本风压水平风荷载标准值水平力为：W＝0.69×1.5×1.8＝1.863kN倾覆力矩＝1.863×（12＋0.75）＝23.75KO=稳定力矩/倾覆力矩＝y×Ni/ΣMW＝302.67/23.75=12.744>1.3满足要求。3.2梁-柱式支架-钢管柱贝雷桁架选型及安全性验算实例互通立交B匝道第4跨拟采用钢管柱贝雷桁架。箱梁截面形式规则，且所在场地皆为菜地或农田，经清除表土后，换填压实粉质粘土后，其地基承载能力较好，但箱梁距地面高度较高，均大于12m，且坡度及倾斜度较大（最大为4%），对于支架的侧向稳定性要求较高，所以采用钢管柱贝雷桁架。图5B匝道第4跨型跨横桥向支架搭设示意图图6B匝道第4跨纵桥向支架搭设示意图1.国产321桁架梁安全性验算桁架梁采用国产321桁架现场拼接，拼接完整后采用25t吊车吊至指定位置，并调整桁架梁的竖直线。端部采用支撑架（连接片）连接，并设置下平联及上平联。(1).强度验算采用单排单层（SS）允许值验算。桁架梁搭在工字钢横梁之上，将其视为简支梁。每两片桁架梁端部采用支撑架连接，将其视为共同承受荷载。偏安全的不予考虑上部结构的横向分配作用，其荷载统计如下图：图7桁架梁荷载统计1区承受自重荷载标准值：2区承受自重荷载标准值：3区承受自重荷载标准值：1区承受荷载设计值：2区承受荷载设计值：3区承受荷载设计值：桁架简支梁上集中荷载间距60cm（即10cm×15cm×400cm方木排布间距）,且:集中荷载均等，可将其视为均布荷载计算。则：1区最大弯矩：支座反力：2区最大弯矩：支座反力：3区最大弯矩：支座反力：得：最大弯矩最大剪力Vmax=350.325÷2=175.16kN查国产321桁架受力性能，单排单层允许，。Vmax<[V]且实际结构中存在横向分配作用，将使最大弯矩及剪力进一步减小。强度验算符合要求。(2).刚度验算依据规范JGJ162-2008要求，挠度验算时仅考虑永久荷载标准值。采用最大自重荷载标准值验证弹性挠度。国产321桁架等代矩形梁断面如右图：等代等截面矩形梁图8等效矩形梁截面图8等效矩形梁截面边腹板下有四片桁架梁，间距为60cm，间距较小，考虑横向分配作用，将其挠度视为相同，即由相同荷载引起。则此时考虑引起挠度的线荷载为：由弯矩引起最大挠度为：考虑剪切变形所引起挠度：则：挠度验算满足要求。(3).桁架梁预拱度设置桁架梁由销接处错孔所引起的非弹性挠度采用经验公式计算：则：采用二次抛物线法进行预拱度设置：图9纵桥向预拱度设置示意图2.工字钢横梁安全性验算横梁采用Ⅰ36a置于钢管柱上。桁架梁置于工字钢之上，工字钢承受荷载可视为集中荷载。（1）强度验算现场使用的工字钢为热轧型普通工字钢。查询Ⅰ36a热轧型普通工字钢参数如下：抗拉、抗压和抗弯，抗剪桁架梁作用在工字钢上的力视为集中力，可得受力模型如下：图10工字钢横梁受力简图受力分析，并作其弯矩图和剪力图：图11工字钢横梁弯矩图（单位：kN•m）图12工字钢横梁剪力图（单位：kN）算得支座反力：R1=R4=128.95kNR2=R3=588.51kN用最大弯矩：Mmax=132.8kN•m，最大剪Fmax=350.31kN验算强度。满足正截面应力要求满足抗弯强度要求满足剪应力要求盖梁无支承加劲肋，需进行局部压应力验算，由以上受力分析中可知其最大局部压应力处为中间支座处。跨中局部压应力验算桁架梁受力宽度a=100mm.满足局部压应力要求根据第四强度理论，在复杂应力作用下，需验算危险点折算应力，即中间支座位置折算应力。危险点折算应力符合要求换算应力符合要求（2）刚度验算由以上弯矩图中可知，该梁跨中最大弯矩Mmax=77.38kN•m。刚度验算满足要求（3）稳定性验算由以上弯矩图中可知，跨中最大弯矩Mmax=77.38kN.由此验算整体稳定性。其自由长度为3m，查钢结构设计规范GB50017-2003推荐表可知，按公式计算：则，整体稳定性满足要求型钢无需验算局部稳定性。3.钢管柱安全性验算现场钢管柱采用500×6mm普通Q235钢管。考虑现场施工时钢管柱两端实际支承情况，其计算长度为使计算方便，取进行验算。计算钢管柱特性如下：考虑钢管柱自重及连接槽钢等自重，钢管柱压力最大设计值：正截面应力满足要求满足刚度要求该构件属于b类截面，查钢结构设计规范GB50017-2003,其稳定系数则：整体稳定性满足要求。4.支架整体抗倾覆验算当支架和模板形成，钢筋和砼未施工时，抗倾覆能力最差，按此情况进行验算。依据《公路桥涵技术施工规范实施手册》要求，支架在自重和风荷载作用下，倾覆稳定系数不得小于1.30。该部分箱梁断面形式及宽度经相同，则可知其高度最高跨，抗倾覆能力最差，该跨为B匝道第4跨，按箱梁净高20m计算。为了验算方便，取搭设简支跨15m验算抗倾覆能力。支架材料统计：钢管柱：8每根长16mⅠ36a工字钢：2根[14a槽钢总长：2×[9+（13×3）×4]=330m国产321桁架：60片总重计算钢管总重：8×16×73.097＝9356.416kg[14a槽钢总重：330×14.5=4785kg工字钢重：24×59.9=1437.6kg国产321桁架重：270×60=16200kg抗倾覆力：N＝31779×10＝317.79kN稳定力矩计算：稳定力矩＝y×Ni＝4.5×317.79＝1430.055kN·m倾覆力矩计算支架顶部（按支架高20m计算），（正反面相加）风振系数基本风压水平风荷载标准值水平力为：W＝1.7×15×1.8＝45.9kN倾覆力矩＝45.9×19＝872.1KO=稳定力矩/倾覆力矩＝y×Ni/ΣMW＝1430.055/872.1=1.63>1.3满足要求。4.对于临时支撑结构的回顾与展望就地施工法是一种较为古老的施工方法，其支架的形式也伴随着经济的发展，科学技术的进步而在不断的演变、推陈出新，从最早的垒土造桥一直到现在常用的钢木混合结构。随着近年来国家在基建项目的投入的加大，现浇混凝土连续梁桥越来越多的在高速公路和市政工程中的运用，原位施工法也越来越多的被采用，而其支架的类型越在慢慢的增多，例如99年后开始推广目前被普遍采用的WDJ碗扣式多功能脚手架。我们相信在不久的将来随着新材料新工艺的出现，科学技术的发展，肯定会有施工更为方便，结构更为安全，经济更为合理的新型支架的