浅谈蒙自西互通立交桥现浇箱梁碗扣式满堂支架方案立杆部分计算

浅谈蒙自西互通立交桥现浇箱梁碗扣式满堂支架方案立杆部分计算

窦友谋 刘启虎 余洋

云南工程建设总承包股份有限公司 云南昆明 650500

摘要：碗扣式支架应用在我国民用建筑、公路桥梁施工、基建设施等各领域，发展至今已得到成熟的应用。本文想通对满堂支架在各工况条件下结构稳定性计算进行探讨、交流，希望能归纳出一套可靠、高效的支架模数。

关键词：桥梁施工、满堂式碗扣支架、荷载工况、 稳定性验算

一、工程概况

蒙自西互通式立交位于蒙自西侧玉屏村附近。立交为连接蒙自市区车辆上下新安所至鸡街高速公路而设。立交形式为T型立交，共设5个匝道，其中匝C上跨主线，匝D下穿主线，主线桥为3×30米，预应力预制T梁，为跨匝D而设。匝A大桥采用8×20现浇砼连续箱梁，匝C大桥为3×(4×20)+(2×42)+（17.875+18+17.875）+3×20+4×20+3×(3×20)钢筋砼现浇连续箱梁+钢箱梁，除第四联为预制钢箱梁外，其余均为砼现浇连续箱梁，共十一联，长度757.5米。该桥下部结构为双圆柱墩桩基础，肋板式桥台。

综合考虑蒙自西立交匝A第二联4～8跨（4×20m）梁高1.4m、最大跨径为20米、支架高度13m作为现浇箱梁支架搭设最不利条件，以该联箱梁支架承载力计算，作为其余现浇箱梁支架承载力计算体系的编制依据。

匝A大桥，箱梁为直腹板、等梁高为1.4米的混凝土箱梁，箱体结构为单箱双室结构，箱梁顶板宽10.5米、顶板厚0.25m，底板宽6.0m、底板厚0.25m，腹板宽0.55m；翼板宽2.25m。每联箱梁顶面、底板横坡与路线横坡一致。上设8厘米厚现浇混凝土，10厘米沥青混凝土桥面铺装。主要工程数量：匝A大桥现浇箱梁C40砼1136.2m³，钢筋421.7t；匝C大桥现浇箱梁C40砼 5426.3m³，钢筋2067t。

二、现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求

1.材料规格

支架采用φ48×3.5mm碗扣式钢管脚手架，计算时钢管壁厚取3.0mm进行计算。立杆主要用300cm、240cm、180cm、120m四种，横杆采用90cm、60cm二种规格，箱室内顶板采用扣件式钢管脚手架。

2.支架布置

箱梁底板：简支端、连续端钢筋砼实体段布架间距按横桥向60cm、顺桥向60cm，内外腹板、跨中横隔板钢筋砼实体段及箱室空箱段布架间距为横桥向60cm、顺桥向90cm，箱梁翼缘板支架横向间距60cm、顺桥向间距简支端、连续端处箱梁实体段翼缘板处纵向间距60cm，标准段、跨中横隔板翼缘板处支架顺桥向间距90cm，箱室顶板支架横向60cm，纵向90m。

全桥支架水平横杆步距120cm；模板支撑架四周及内部支架从底到顶：纵向每5跨、横向每7跨或8跨连续设置竖向剪刀撑，横桥向纵向剪刀撑间距为4.2m或4.8m，纵桥向横向剪刀撑最小间距为3.00m，一般为4.5m。

支架布设路立面图

支架布设路平面图

三、碗扣式支架方案检算

箱梁顶面宽度10.5m,高度1.4m，梁端实心段每平方米重量为：2.0×26=52KN/㎡(箱梁自重荷载，钢筋砼自重取26KN/m3),腹板位置每平方米重量为：1.4×26=36.4KN/㎡ ，箱室空箱区段每平方米重量为：按顶板根部0.50m最大厚度考虑每平米重量为0.5×26=13 KN/㎡。梁端翼缘板处按最大厚度考虑每平米重量为0.5×26=13 KN/㎡，根据箱梁底板：简支端、连续端钢筋砼实体段布架间距按横桥向60cm、顺桥向60cm，内外腹板、跨中横隔板钢筋砼实体段及箱室空箱段布架间距为横桥向60cm、顺桥向90cm，箱梁翼缘板横向间距60cm、顺桥向间距、简支端、连续端处箱梁实体段翼缘板处支架顺桥纵向间距60cm，标准段、跨中横隔板翼缘板处纵向间距90cm，箱梁支架承载力验算需取受力最大位置，即梁体底板实心段及箱室空箱段顶板根部进行计算。

1.荷载工况

（1）施工的人、机具、材料荷载：P₁=2.5kN/㎡。（查《路桥施工计算手册》P172 表8-1）

（2）砼冲击力及振捣砼时产生的荷载：底板取P₂=2.6kN/㎡、对侧板取4.0kN/m2

（3）梁体钢筋混凝土自重荷载：P₃=26.0kN/m³。

（4）支架、模板自重荷载：P₄=1.5kN/㎡。

简支端、连续端、内外腹板、标准段、跨中横隔板位置满堂式支架检算

箱梁底板连续端、简支端、钢筋混凝土实体段布架间距：横桥向60cm、顺桥向

支架布设路剖面图及风力荷载示意图

60cm，内外腹板、跨中横隔板钢筋砼实体段及箱室空箱段布架间距：横桥向60cm、顺桥向90cm，全桥支架步距1.20m。支架受力验算时,以横桥向60cm间距，顺桥向最大间距90cm为最不利荷载组合计算。

钢筋混凝土自重：P =1.4×26=36.4 KN/㎡，

①施工机具、人、材料荷载：

NQ1=P₁×A=2.5×0.6×0.9=1.35kN

②砼冲击及振捣砼时产生的荷载：

NQ2=P₂×A=2.6×0.6×0.9=1.404kN

③梁体钢筋砼自重荷载：

NG1=P×A=36.4×0.6×0.9=19.66kN

④模板、支架自重荷载：

NG2=P4×A=1.5×0.6×0.9=0.81kN

N=（NQ1+NQ2）×1.4+(NG1+NG2)×1.2

=(1.35+1.404)×1.4+(19.66+0.81)×1.2

=28.42KN

2.稳定性验算：

a、当计算不考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：

其中 N —— 立杆的轴心压力设计值，N = 28.42kN

i —— 计算立杆的截面回转半径，i=15.9mm；

A —— 立杆截面积，A=424mm2；

W —— 立杆截面模量(抵抗矩),W=4.49cm3；

[f] —— Q235A级钢管立杆抗压强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；

a —— 立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度，a=0.30m；

h —— 最大步距，h=1.20m；

l₀ —— 计算长度，取1.200+2×0.300=1.80m；

λ —— 由长细比为，1800/15.9=113.2；

φ —— 轴心受压立杆稳定系数,根据长细比 l0/i 查表得到0.496；

经计算得到σ=28420÷(0.496×424)=135.14N/mm2；

不考虑风荷载时立杆的稳定性计算 σ < [f]=205.00N/mm2,满足要求

b、考虑风荷载时,立杆的稳定性计算公式为：

风荷载设计值产生的立杆段弯矩 MW计算公式

MW=1.4Wklal02/8-Prl0/4

风荷载产生的内外排立杆间横杆的支撑力 Pr计算公式

Pr=5×1.4Wklal0/16

其中 Wk —— 风荷载标准值(kN/m2)；

Wk=0.7zuz×us×w0 = 0.7×1.23×1.30×0.35=0.392kN/m2

l0 —— 立杆计算长度，1.80m；

la —— 立杆纵向间距，0.90m；

uz——风压高度变化系数《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012（以下简称《结构荷载规范》） P31 查表8.2.1，取,1.23。

us——体型系数《结构荷载规范》 P47 查表8.3.1，取,1.3。

W₀—基本风压，《结构荷载规范》 P147 查附表E.5 取0.35kN/m2

风荷载产生的内外排立杆间横杆的支撑力 ：

Pr=5×1.4Wklal0/16=5×1.4×0.392×0.90×1.80/16=0.278kN.m；

风荷载产生的弯矩：

Mw= 1.4Wklal02/8-Prl0/4

=1.4×0.392×0.90×1.80×1.80/8-0.278×1.80/4=0.075kN.m；

单支立杆轴向力：(底板面积6×20=120㎡，共布设碗口钢管10×25=250根，故每平米布设钢管2根）。

Nw=（NQ1+NQ2）×1.4×0.90+(NG1+NG2)×1.2

=(1.35+1.404)×1.4×0.9+(19.66+0.81)×1.2

=28.03KN

立杆压弯承载力(稳定性)计算:

σ=28030÷(0.496×424)+0.9×12000÷4490=133.28N/mm2

考虑风荷载时立杆的稳定性计算σ=133.28< [f]=205.00N/mm2,满足要求

3.稳定性验算抗倾覆验算

由《结构荷载规范》得知垂直于建筑物表面上的风荷载标准值为：

——风荷载标准值（kN/m2）；

——某高度处的风振系数；

——结构物受风荷载体型系数；

——结构物风压高度变化系数；

W₀——结构物所属地区基本风压参数（kN/㎡）。

（1）作用在梁体模板上的风荷载

红河州蒙自市基本风压力选用

W₀=0.35KN/㎡， ，

经查B类地面附着物，高度15m的风压高度变化系数

作用在模板的风荷载标准值计算：

沿纵向取90cm长的模板为检算对象，6～7#墩这一跨距离为20m,作用于模板的风荷载为：

（2）作用在支架上的风荷载：

立杆外直径D=48mm，纵向间距90cm，横向间距60cm，高度1300cm。

立杆纵向间距为90cm，6～7#墩这一跨距离为20m,故作用在支架的风荷载为：

风荷载对体系作用模型示意如下：

风力荷载示意图

（3）支架自重

支架横向20排；支架纵向25排；高度取平均值13m；

TC60型顶托共需要20 25=500个；

立杆需要20 25 13=6500m;

纵向横杆数量：(立杆步距120cm,横杆计13/1.2=12排)

20×10.5×20=4200m

满堂支架横杆数量：(立杆步距120cm,横杆计13/1.2=12排,匝A横向布架宽10.5m)

12×10.5×32=4032m

故：钢管总重（6500+4200+4032）×3.33/1000=49.06t

φ48×3.0mm钢管每米重量3.33kg/m

顶托TC60总重为：500×8.31/1000=4.16t(每个顶托重量8.31kg/个)

（4）倾覆检算

风荷载产生的倾覆力矩为：

支架自重产生的抗倾覆力矩为：

则稳定力矩：

K0=稳定力矩/倾覆力矩=2794.05/1065.83=2.62>1.3

计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求

4.地基承载力验算

地基处理填50cm厚片石(原地基挖至换填深度后，地基渗水、软弹、翻浆严重，地基土质系淤泥时，加深片石换填厚度，以确保地基稳定），上铺15cm厚级配碎石，经压路机碾压密实后浇筑20cm 厚C20砼。本工程地基处理按路基填筑要求整平压实后地基承载力不小于设计地基载载力[fk]=200KPa（参考《建筑施工计算手册》P287表5-26，在地基上铺设15cm厚级配碎石经压路机碾压密实后浇筑20cm厚C20砼对地基进行加强，砼扩散角取40度。支架底托钢板长×宽=10cm×10cm。

地基承载力小于设计地基承力200KPa软弱地段，地基作挖出软弱土层，换

地基承载力计算公式:P=N/A

N—碗扣式钢管支架单立杆承载箱梁的自重、内外模板重量及施工振捣、机具等施工荷载发生时计算选用最大轴向力:

N=（NQ1+NQ2）×1.4+(NG1+NG2)×1.2

=(1.35+1.404)×1.4+(19.66+0.81)×1.2

=28.42KN

A—地基受承载计算面积:

A=（2×20×tan40 +10）×（2×20×tan40 +10）

=43.56×43.56=1897.47cm2

地基承载力P=N/A=28.42/(1897.4710-4)=150KPa<[fk]=200KPa

基础处理示意图

处 理后的地基承载力：

开挖至50cm基底经试验检测，实测地基承载力为220KPa，已经满足要求，但根据实际地质土质为C20混凝土的抗压强度是20MPa，也就是20N/每平方毫米，完全满足施工要求。

该计算方案采用PKPM软件检算，计算结果与方案计算一致，支承结构体系整体稳定性及刚度满足施工要求，施工完成后，地基最大沉降量均小于2mm，方案计算满足安全施工要求，支架模数选用高效、合理。

四、小结

碗扣式满堂支架作为一种应用广泛的施工临时支持形式，选用合理的设计计算方式及计算步骤，详细分析荷载工况、支承体系受力方式，风力荷载及基础荷载能力验算都是设计计算中关键步骤。

同时，现场施工应严格按照施工设计计算执行，严把临时支撑体系验收及定期巡检等重要环节，是保证施工安全及质量的关键。

参考文献：

[1] 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

[2] 《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)

[3]《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2016）

[4]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2011）