现浇连续箱梁支架设计与验算分析

・ 145 ・现浇连续箱梁支架设计与验算分析★袁丽敏(中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州730030 )摘 要：以某特大桥现浇连续箱梁施工工程为例，结合现浇连续箱梁施工经验及地勘水文资料，对支架进行设计，并用MiPvs Civil 软件建立模型进行验算。结果表明：运用计算模型进行受力验算，结果证实了设计的合理性及支架结构的可靠性，可为同一类型

支架结构设计提供设计依据和实践经验。关键词：现浇箱梁，支架，设计，受力验算中图分类号:U443.913 文献标识码：A 文章编号：929-6825( 2001108-699-63支架结构作为桥梁建设的支撑体系，是由初期的脚手

2.1.1设计说明支架的受力体系是采用7根规格为©630 X 10 mm的

钢管柱搭建而成的,立柱中心到桥墩中心沿纵向测得的距

架进一步发展而来［1］，其形式多样，并在各建设领域得到了

广泛应用［0］,BonU［3］曾进行了支架结构模型试验，并对支

架结构稳定性进行了分析;Homes与Hindsoo［］运用等尺模

离为9.00叫横向立柱中心至桥墩中心纵向距离4. 00叫 位于墩柱横向两侧的钢管柱呈不对称分布，钢管柱在小里 程方向横向间距为：3.60 m+2.44 m +0.40 m+ 5. 20 m,在

型，探究了载荷与支架结构间的影响关系；Chan［3 ］在弹性力 学的基础上创建了一种新的脚手架设计方法；英国学者

GoOWa［8•2 ］考虑了支架节点半刚性对结构稳定性的影响，并

进行了模型试验；王东等d2 ］利用有限元模型分析了模板 支架的可靠度。本文以某铁路特大桥现浇连续箱梁施工工

大里程方向的钢管柱横向间距为：2. 00 m+3. 50 m +

1.08 m+ 3.20叫立柱的纵向间隔为：4.00 m+ 4. 00 m。立

柱间互相拉结环抱形成整体，采用22号/16号型钢保证拉

程为背景,以该桥的关键性工程悬灌段0号块施工为例，借 结稳固。钢管柱与墩柱之间通过I-32V工字钢连接。三块

取现浇连续箱梁施工经验,结合地勘资料和水文资料,对支

1-56工字钢拼合起来被用作钢管柱柱顶部的横梁。横梁

上纵梁是用I -32y工字钢焊接而成，将工字钢安放在桥墩

架结构进行设计、验算并指导现场施工。1工程概况及研究路线9工程概况。该铁路特大桥55号~ 58号墩为三跨一

联的双线连续梁，中跨跨径为44叫边跨跨径均为44 m。

墩顶，在翼缘板下单拼间距为0. 0 m的I -32a工字钢，腹板 下双榀I -32a工字钢间距为0 .8叫底板下单拼I -32a工

字钢间距为0.4叫钢管柱与分配梁之间及分配梁与分配

为变高度变截面的单箱单室直腹板梁体。梁最大宽为

梁之间确保连接牢固。0号段梁块施工时采用桁架式钢模 作为侧面模板,10 mm厚的竹胶板即可作为底部模板。

12.6叫底面最窄宽度为6. 9 m。顶板最薄38. 9 an,最厚 63.5 cm。腹板厚度在48 cm-98 cm间变化，底板厚度按直

线线性规律由跨中的44 cm变化为根部的80 cm。全联共

2.1.2设计参数9荷载分项系数如表1所示。表1荷载分项系数荷载类别系数恒载1.0设4个横隔板,分别位于支点与中支点处。边支点处横隔 板厚0.75 m,中支点处横隔板厚1.96m。横隔板设有供检 查人员检修作业的孔洞。活载1.42)相关荷载参数如表2所示。表2相关荷载参数荷载类别施工人员2)研究路线。本文对支架的研究技术路线图见图1。「文献资料查阅及分析研究I 以现浇连续箱梁支架为技 术背景:确定支架施工方法

I结构C算

I支架结构E力分析

参数q = 1.9 iN/m5g=4.0 iN/m5活载材料施工机具q=2.0 iN/m5q=2.0 iN/m5Y=26.0 yN/m5恒载模板|钢管柱一贝L梁数值模型|梁体混凝土容重2.2荷载工况与组合I理论计算受力情况I

I

|模型计算结果处理||将荷载简化为单根分配梁的线荷载以方便计算，分配

梁间的间距选为图纸设计时的距离。将截面分为三部分进 行计算，如图 2 所示。［理论提取计算结果

I对本工程支架结构的总结

［结论按照基本组合进行工况组合计算，将恒载的1.0倍与

图1研究技术路线图活载的1.4倍加和即得到了连续梁的荷载基本组合。9翼缘板部分：2支架设计与验算v.支架自重:按照程序自带设定得到。b连续梁自重：假定施工采用的混凝土平均容重为2.1 支架设计收稿日期：2921-91-66 ★:中铁二十一局集团有限公司科技研究开发计划项目ZU9-18-9 ) 作者简介:袁丽敏(1785-)，女，硕士，工程师-106 -26.4 3/1^ ；第44卷第8期2 0 2 1年4月山 西建筑1.2 n36.72 =44.0 MPo < 125 MPo,故工字钢抗剪强度满

足要求。贝则(0.2 +0. 4 )/2 n0.C0 n 26. 4 二 9. 36 kN/m。① ② ③ ② ①2 3 42 型钢横梁分析软件模拟结果可知,钢管立柱支点处弯曲应力与

剪应力均达到最大值，弯曲应力最大值为99.42 MPo,剪应

力最大值为34.35 MPo。安全系数的取值同前，则有:1.2 n99.42 = 119. 344 MPo < 25 MPo, 1. 2 n 34. 35 = 41.0 MPo <195 MPo,故横梁抗弯强度与抗拉强度均满足要求。图2截面分块图(单位:\")挠度关系到桥梁的正常使用极限状态。对于受弯结构

c浇筑混凝土所用模板自重:包括内模底模在内共

来说，弹性挠度不得超过计算跨径的5400 (mm)。在本例 中，横梁最大位移为/=4.66 mm < 比]二3 600/400 = 9.00 mm,

245kNhm2 ;则 2.5 n 0.80 二 2. 4 kN/m。d.各种施工荷载:取95+4+2二4.5 kN/m2 ；则 4. 8 n0. 80 二 6. 4 kN/m；所以荷载组合为G二1.2 n (9. 36 +2.0) +1.4 n

6.0 二 22. 032 kN/m。2)腹板部分：o•支架自重:按照程序自带设定得到。b. 连续梁自重：假定施工采用的混凝土平均容重为

26. 4 3/1^ ；则 5.4 n 0.5 n 25. 4 =74.20 kN/m。c. 浇筑混凝土所用模板自重:包括内模底模在内共2.5 kN/m2。则 2.5 n0. 5 =1.25 kN/m。d. 各种施工荷载:取1•5+4+2=7.5 kN/m2 ；贝0 4. 5 n0. 50 =3.74 kN/m；所以荷载组合为 G =1-0 n (70.20 + 1.25 / + 1.4 n

3.75 =96.24 kN/m。3)顶板和底板部分：o•支架自重:按照程序自带设定得到。b.连续梁自重：假定施工采用的混凝土平均容重为

26. 4 3/1^ ；贝叮(1.1 n0.8 +0.8 +3.8 n0. 8 +4.3 n0. 8)/5.5] n

0.6 n 26. 4 =21.585 kN/m。c浇筑混凝土所用模板自重:包括内模底模在内共2. 5 kN/m2 ；则 2. 5 n 0. 6 = 1.54 kN/m。d.各种施工荷载:取1.5+4+2=4.5 kN/m2 ；则 4.5 n0.60 =4.54 kN/m；所以荷载组合为 G =1.2 n (21. 545 + 1.54) + 1.2 n

4.54 =34.002 kN/m。2.3支架验算将2.0结果中的荷载组合翼缘板部分&、腹板部分

G1、顶板及底板部分G3分别以线荷载形式加载至模型相应

位置，运行便可得到如下结果。2.3.4 分配梁及双拼工字钢软件模拟显示，不论弯曲应力还是剪切应力，最大值都 出现于腹板下方。弯曲应力最大值为54.94 MPo,剪切应 力最大值为36.72 MPo。为留有安全余量，取1.0作为安全

系数校核应力是否超过钢材的屈服强度，1.2n54.94 =

195.528 MPo <25 MPo,故工字钢抗弯强度满足要求；故型钢横梁刚度满足要求。型钢横梁受力满足要求。2 3 3 钢管立柱钢管立柱承受的三拼工字钢传递而来的反力达到420.00 k轴向应力计算：则有：0 = 238-8. 3〉9 2,超过安全系数，可以满

a 2j.oo足钢管立柱强度要求。立柱在进行稳定性分析时，将恒载的1.0倍与活载的

34倍进行荷载组合，研究该模型的一阶模态，可得到立柱

线弹性屈曲第一阶屈曲稳定系数为4. 10 >3.0,立柱屈曲

稳定满足要求。故钢管立柱稳定性满足要求。2.4 临时固结构造验算2 ．4 ．1 布置形式临时固结形式之所以采用体内固结，是因为桥墩横向

截面刚度足以抵抗悬臂倾覆力矩。在墩顶设置的两个用于 临时固结的C54混凝土条形基础支座尺寸为:宽44 cm、长

672 cm、高约6。cm,顶面位置不低于永久支座，且顶面高差

在-2 mm以内。每侧48根，总计96根直径为32 mm的精

轧螺纹钢被安装在墩顶临时支座内靠近边缘处，它们的位 置对应于箱梁腹板。精轧螺纹钢上下设置螺母，上下端各

伸入墩身不小于-cm。2 4 42 钢筋根数设计验算预埋精轧螺纹钢截面面积A =804. 4 mm2,标准强度设

计值为厶=366 MPo,则单根力大小为804. 4 n 10-4 n366 =

2.5 kN,软件模拟给出的最大拉力为2 819.08 kN,墩梁

锚固钢筋所提供的拉力需大于最大拉力，故需设置①32精 轧螺纹钢数量为：2 812.08 -2.5 =9.6根。《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》规定[1],临

时固结体系需提供至少3 5倍的抗倾覆力，则9.6n1.5 =

10.54,故①32精轧螺纹钢筋每侧设置数量至少取5根，总

共至少取32根。2 4 3 钢筋锚固长度验算《混凝土结构设计规范》要求[9],普通受拉钢筋的锚固

应符合如下的要求：几=a (1)第47卷第8期2 9 2 1 年 4 月袁丽敏:现浇连续箱梁支架设计与验算分析-127 ・其中，/，为基本锚固长度‘mm;/为抗拉强度设计值, 将以上数据代入式(2),有：MPs；为混凝土轴心抗拉强度设计值,MPa；d为锚固钢筋

的直径,mm；a为锚固钢筋的外形系数，取0. 14。本工程使用的C50混凝土 ,, = 1. 56 MPa；①32精轧螺

/ 二gaW = 1 • 10 X595.3 mm =938.7 < 1 000 mm。

所以,锚固长度符合要求。2.4.4支座抗压强度验算混凝土支座采用C50混凝土，其抗压强度容许值为

纹钢，抗拉强度设计值人=3 MPa[13]，将以上数据代入式

(1)，有：13.4 MPa。按照45°刚性扩大角计算。e f,, 2 9 340 59 2i, = a 子d =0. 14 X — X 32 = 555.8 mm。 \"ft 3 由式(2)可以得出受拉钢筋锚固区最小长度，且不应

轴心受压构件的强度按式(3)计算：小于200 mm。其中Q,为混凝土的压应力，MPa；N为计算轴向压力，

w=w (2)N;人为横截面混凝土面积,mm2;川，为受压钢筋截面面积,

其中，/为受拉钢筋最小锚固长度;g为修正系数，取

mm2 为钢筋抗拉强度标准值与混凝土抗压强度极限值

之比，经计算取11.0o此时混凝土的压应力：1010。a32 106.10 X103=9.14 MPa<(4 720 X 440 - 2 411 x22 - 804.0 X 9) +110 X (2 411 x22 + 804.0 X 9)= 9.4 MPa。混凝土支座受力在允许值内,因此，该混凝土支座符合

要求。ing falseworPi J], Poceedinos of the Icstitutiou of Civil Encideep,1980,69(1) ：29-220.[5]

根据以上计算结果，对该工程支架结构施工有如下

建议：为了避免支架结构的整体横向位移，需要将立柱埋至

S. L Chan,Z. H Zhou,W• F Chou,et ai. Stanility Analy­

sis of SemiPpid Steel Scaffoldini J]. EnoineePno Stoc-

tuos,1995,9(8) ：568-574.[4] Godley,M. H Rand,R. G ReaU Sway stiffness of scaffold安全深度,并增加构件之间的连接，由于立柱较高,受风荷

载、水平荷载影响较大，支柱之间纵横联也较多，因此施工 中应尽量减少施工不当所产生的水平力，严格施工顺序;施

Strncturas。J]. Tha Stocturai Enoineers； 1987,75 (1):

4-19.[7] Godley,M. H Rand,R. G Reai. Analysis of larpa popPe-工过程中应尽量保持横向对称荷载，尤其是在支立侧模过

程中，以防止较大偏载使结构失稳。tap access scaffold stoctures [ J ]. Stocturo & Build- inos,2201,144(1) ：31-40.[]刘 静.直插式双自锁型多功能钢管脚手架稳定承 载力研究[D].长沙：湖南大学,2208.[]肖毅，王东，廖忠勇，等.扣件式钢管脚手架可靠

度分析[J].科学技术与工程,2211,11 (13) ：4255-

3结语通过对现浇连续箱梁支架结构的设计及相关性能的验

算，并验算了支架结构的应力和应变，保证了支架结构在施 工过程中的稳定性和安全性。在现浇连续箱梁的整个施工

过程中，支架结构及构件的变形和应力均未超过规范规定

的限值,保证了整个现浇工程施工的顺利进行。4291.参考文献：[1]

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cast-in-place cantinuous box girder canstruction support*Yuan Limin(China Railway 21s方 Bureau Group No. 2 Engineering Co. , Ltd. , Lanzhou 734034, China)Abstruct: In this papas, tanino tha cast-id-6Wce coutinnoos box ciOyI• coosUnchoo project of a supas larpa bPdcy as an exampla,

combiner with tha coosUnchoo expePerce of cast-id-6Wce coutinnoos boa airnys and aeoloaical and hydroloaical data, tha suppoU is desiaier, anC tha moOel is ysUnWsher by Midas Civil soOuaro for chechino caWhWPoo. Tha results show that： usino tha caWh- WPoo moOel to chech tha stress ； tha chechino results coolrm tha rehaniCta of tha suppoU stocturo anC tha oPooaPta of tha 1x6 sipc, which can provida theootical basis anC pocticai experience far tha desipc of tha sama typa of suppoU stocturo.Key wordt: cast-in-61ace boa aipys, bochat, desipc, stress chechino calcnlatioo