摘 要：目前连续箱梁施工常采用支架法，支架法施工具有结构简单、施工便捷、受场地影响小、易于组装拆卸等特点，其适用性较广，但在实际工程运用中支架结构形式的选取原则，结构杆件受力性能及其安全性能指标都没有明确的方法。本文以工程实际背景为依托，结合某特大连续梁桥的支架设计，运用Midas有限元软件对其进行建模加载计算，并验算支架结构在荷载基本组合作用下每一部分的受力性能，通过分配梁的强度和稳定性验算，短钢管柱的受力验算，型钢横梁的受力验算以及钢管立柱的强度、稳定性计算，进而分析支架中存在的节点与杆件的薄弱区域，以此确保支架设计满足相关规范以及设计的要求。检算结果对于现浇简支箱梁梁桥支架设计具有一定的工程指导意义，更有利于提高施工的安全性，确保工程质量。

关键词：连续梁桥;支架设计：有限元;钢管支撑

中图分类号：U445.3     文献标志码：A

0 引言

近年来城市化进程加快，对于运输能力的要求也日益提升，促使道路桥梁的发展迫在眉睫。桥梁结构从工程建设开始，其施工的安全性及结构的实际工程质量就受到重视。由于连续梁桥的施工较为成熟，在城市桥梁中应用也较为广泛，且连续箱梁结构形式简单，但其施工方法却丰富多样，通常运用的施工方法有预制架设法、支架法、移动模架现浇法。当采用支架法时，支架形式常采用钢管贝雷梁或满堂支架，支架浇筑法形式多样，如碗扣式脚手架、321型贝雷片、盘式脚手架等，都可以作为支撑材料。支架法施工比较灵活，对地形的适应性较强，具体支架类型的选取，需要综合考虑实际的地形地质条件，工程情况等。然而支架法虽然运用广泛，但是在实际的工程中，支架作为主要的承重结构，其结构形式的选取，细部杆件的承载能力，支架结构的安全系数等都没有较为明确的计算说明方法。因此，支架结构形式的选取原则，结构整体承载能力的验算方法，就是亟待解决的问题 。

1 支架构造

1.1 工程概况

某特大连续箱梁梁桥，跨越附近河堤，堤上有立交桥，交叉角度为159°3′，且梁桥跨越现行道路，立交要求19×4.5m，交叉角度为62°51′。采用60+2×100+60m连续梁的两个100m主跨分别跨越临近两条现行道路。施工时采用钻孔桩防护，并加强施工监测，确保施工期间道路的运营安全，并不破坏既有大堤边坡及挡墙。

1.2 支架形式设计

该特大桥100#、101#、102#连续梁主墩0#块采用支架结构形式。将桥墩作为支架一端支点。支架结构为钢管支撑柱，工字钢纵横梁结构。钢管支撑柱，工字钢纵横梁结构形式，构造简单，充分利用承台和钢管立柱的支撑作用，桥梁下部地基承载力较小时，也可不作处理，利于现场的支架搭设与拆除。以100#墩为例进行施工方案说明。

钢管支撑柱采用直径φ=630mm、壁厚δ=10mm钢管置于承台上;横向主梁采用三拼I56b组合梁，纵梁采用I32b工字钢，分配梁采用I12.6工字钢，采用φ48.3*3.6mm钢管支撑在主梁上，间距50cm，I12.6工字钢上采用8*10cm方木满铺，工字钢顶面和方木夹角位置采用楔形块调平，保证I12.6工字钢受力均匀，底模采用1.5cm厚竹胶板。

主墩0#块支架用26根φ630×10mm钢管柱共同组成受力体系，纵向钢管柱中心距墩柱中心4.34m，横向钢管柱中心距墩柱中心纵向距离1.25m，钢管横向间距2.95+2.1+2.5+2.1+2.95m，纵向间距2.16+4.34*2+2.16m。钢管柱间采用20#/16#槽钢互相拉结，环抱形成整体。钢管柱与墩柱之间通过I32b工字钢连接。钢管柱顶部横梁采用三拼I56b工字钢，横梁上纵梁采用I32b工字钢，工字钢搭在墩顶，在腹板下双榀I32b工字钢间距0.5m，底板下单拼I32b工字钢间距0.9m、1.1m，钢管柱与分配梁及分配梁与分配梁之间连接牢固。0#段梁块侧模采用桁架式钢模，底模采用15mm厚竹胶板，底模板次楞采用10×8cm满铺方木，主楞采用I12.6工字钢，间距50cm，底模与纵梁之间设置φ48.3*3.6mm短钢管立柱，间距50cm，短钢管立柱间用同型号钢管通过扣件纵横向连接成整体。

0#块现浇混凝土支架结构形式如下图1、图2所示。

1.3 荷载与工况组合

1.3.1 分配梁加载计算

支架的受力传递过程可以大致看作：钢筋混凝土箱梁和模板的自重以及施工过程中的临时荷载，通过竹胶板底模直接传递给12.6工字钢分配梁，分配梁再以集中荷载的形式传递给型钢横梁，型钢横梁再以支反力的形式传递给钢管立柱，再由钢管立柱传递到基础。

该连续梁桥梁体采用单箱单室结构，根据其截面形状按照翼缘板、腹板、顶板和底板这几部分，将箱梁截面进行分块如图3所示。

1、支架自重（G1）：有限元软件直接加载（取自重系数1.2）;

2、梁体重量（G2）：梁体混凝土容重取26.0kN/m3;

翼緣板：

kN/m

中部底板：

kN/m（厚度取上下底板之和）

腹板：    kN/m

3、模板自重（G3）：取模板重力系数2.5 kN/m2

kN/m

4、各种施工荷载（G4）：取 kN/m2          kN/m

1.3.2 荷载工况

考虑实际的受力情况，采用荷载的基本作用组合=1.2恒载（G2+G3）+1.4活载（G4）

翼缘板：   kN/m

顶板和底板：  kN/m

腹板：      kN/m

2 支架计算

2.1 建立有限元模型

用有限元软件Midas对0#块支架建模，结构整体图如图4所示，加载图如5所示。

2.2 分配梁受力计算

根据有限元仿真计算，支架上部工字钢分配梁12.6工字钢的计算结果数据提取如下图6、图7所示。需要说明的是此处输出的结构杆件断面的弯曲应力为上下缘应力绝对值取大而得。

由Midas计算结果可知，最大弯曲应力和最大剪应力均发生在腹板下方处，大小分别为50.36Mpa，和65.71Mpa。取1.2倍安全系数，则1.2×50.36=60.432MPa<215MPa，1.2×65.71=78.852MPa<125MPa，故分配梁12.6工字钢强度满足要求。

2.3 ?48.3*3.6钢管计算

通过Midas有限元软件仿真计算，?48.3*3.6钢管的组合应力和剪应力计算结果如图8、图9所示。

由以上计算结果可知，最大弯曲应力和最大剪应力均发生在腹板下方处，大小分别为166.72Mpa和11.94Mpa。取1.2倍安全系数，则1.2×166.72=200.06MPa<215MPa，1.2×11.94=114.33MPa<125MPa，故?48.3*3.6钢管强度满足要求。

2.4 32B工字钢计算

通过Midas有限元软件仿真计算，32B和双榀32B工字钢的计算结果数据提取如图10、图11所示。

由以上计算结果可知，最大弯曲应力和最大剪应力均发生在腹板下方处，大小分别为114.27Mpa和38.38Mpa。取1.2倍安全系数，则1.2×114.27=137.124MPa<215MPa，1.2×38.38=46.056MPa<125MPa，故32B和双榀32B工字钢强度满足要求。

2.5 型钢横梁计算

根据Midas有限元仿真计算，型钢横梁的计算结果数据提取如图12所示。

（a）型钢横梁组合应力（单位：MPa） （b）型钢横梁剪应力（单位：MPa）

（c）型钢横梁位移（单位：mm）

由以上计算结果可知，最大弯曲应力和最大剪应力均发生在钢管立柱支点处，大小分别为27.36Mpa和13.39Mpa。取1.2倍安全系数，则1.2×27.36=32.832MPa<215MPa，1.2×13.39=16.068MPa<125MPa，故横梁强度满足要求。

受弯构件弹性挠度不得大于计算跨径的1/400，悬臂端不得大于1/800。横梁最大位移为2.17mm，考虑1.2倍安全系数，1.2×2.17=2.604<2100/400=5.52mm，故型钢横梁刚度满足要求。

故型钢横梁受力验算满足要求。

2.6 钢管立柱受力验算

通过软件计算得出，在荷载基本组合作用下，三拼工字钢传递给钢管立柱的最大反力为493.7kN。

轴向应力计算：

轴向应力

考虑1.2倍的安全系数1.225.32=30.38MPa<[]=215MPa

故钢管立柱强度满足要求。

稳定性验算：

根据有限元软件计算结果，立柱线弹性屈曲第一阶屈曲稳定系数为14.44>6.0（一般取3.0-6.0），立柱屈曲稳定满足要求。

故钢管立柱稳定性满足要求。

3 结束语

支架法施工中，支架的搭接形式较为灵活，现浇时对梁体的支撑点较多，支架对混凝土梁体的沉降有较好的控制作用，梁体线形也能得到良好的控制，工作面较多，受实际的作业环境影响较小，所需要的施工机具少，操作简便，易于施工。经过有限元软件的计算模拟，支架各杆件的刚度、强度以及稳定性均能满足要求。型钢横梁和分配梁的剪应力、弯曲应力和挠度也都在安全范围之内。钢管立柱的强度和稳定性亦满足安全要求。由于钢管立柱较高，施工过程中需要加强杆件之间的横向联系，避免由于高支柱以及风荷载引起支架较大晃动。但是通过以上实际工程支架的设计验算，在箱梁腹板处，易出现应力集中现象且存在较大的挠屈变形。因此，可以考虑在腹板处，加密支架布置，以减小应力集中的影响。

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作者简介：王传伟（1987-），汉族，山东东平人，本科学历，工程师，主要从事高速铁路工程建设。