王兴双

摘要 文章主要介绍了太行山高速邢台段LJ01标白台峪分离立交桥现浇箱梁盘扣式支架施工，对盘扣式支架进行了结构验算，通过分离立交现浇箱梁施工，验证盘扣式支架结构安全性能，盘扣式支撑体系应用于该标段所有现浇跨线桥箱梁施工，对该工程按期通车起到了重要作用。

关键词 跨线分离立交桥箱梁;现浇;盘扣式支架;技术应用

中图分类号 U445.471 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）02-0117-03

0 引言

当前科学技术日新月异，高速公路工程建设水平不断提高，为打造太行品质工程，对现浇箱梁以往施工工艺进行总结与提炼，应用盘扣式支架体系推进高速公路工程建设标准化、科学化，既加快施工速度又确保了施工安全。

1 现浇箱梁概况

太行山高速公路邢台段一标白台峪分离立交桥梁中心桩号为K9+747.417，平面位于直线上，采用（30+40+30）m跨径形式，上部为预应力混凝土连续箱梁，单箱多室，（30+40+30）m跨径，采用箱梁顶板调整横坡，中腹板处梁高2.16 m，边腹板处梁高2.1 m，悬臂1.75 m。桥台桩径为1.8 m;双柱墩直径为160 cm。

2 支架体系选择

箱梁形式为单箱多室，经方案比选，采用盘扣式现浇支架进行现浇箱梁的施工，支架具有以下特点：

（1）采用低合金高强度钢，承载能力高，考虑安全系数，单肢设计承载力可达40 kN以上。

（2）竖向拉杆，水平拉杆和斜拉杆使支撑架具有了很好的稳定性。材料用量少，安装快捷、简便，效率高。

（3）熱镀锌防腐处理，坚固耐用，周转次数高，节约成本。支撑架的立杆采用直径φ60，壁厚为3.2 mm的Q345B钢;横杆采用管径为φ48 mm，管壁厚为3.2 mm的Q345B钢;斜拉杆件采用管径为φ42 mm，管壁厚为2.5 mm的Q235钢，均经过热镀锌处理[1]。

3 现浇箱梁盘扣式现浇支架计算

3.1 支架设计验算

（1）钢筋混凝土容重按26 kN/m³计算，则各断面结构断面尺寸不一致，故各断面混凝土荷载如下：端横隔梁（2.16 m）为56.16 kN/m2，中横隔梁（2.16 m）荷载为56.16 kN/m2;跨中截面（0.5 m）为13 kN/m2;为了支架结构统一且满足承载力、稳定性要求，将荷载归类，端、中横隔梁按照56.16 kN/m2计算;跨中截面为13 kN/m2。

（2）模板自重（含内模、侧模及支架）以混凝土自重的5%计，则：端、中横隔梁按照2.808 kN/m2计算;跨中截面为0.65 kN/m2;

（3）施工人员、施工料具堆放、运输荷载：2.5  kN/m2。

（4）倾倒混凝土时产生的冲击荷载：3.0  kN/m2。

（5）振捣混凝土产生的荷载：3.5  kN/m2。

3.2 端横梁、中横梁段下方支架验算

3.2.1 底模强度、刚度验算

底模采用δ=15 mm的竹胶板，直接搁置于间距I=30 cm的（10×10）cm纵向方木上（计算间距40 cm），按多跨连续梁考虑，取单位长度（1.0 m）板宽进行计算（见图1）。

竹胶板（δ=15  mm）截面参数及材料力学性能指标：

W==1 000×152/6=3.75×104 mm3

I==1 000×153/12=2.81×105 mm4

式中：h：板厚度，b：单位计算宽度，W：截面矩，I：惯性矩。

（1）强度计算：

荷载组合：

q=1.2×（56.16+2.808）+1.4×（2.5+3.0+3.5）=83.36 kN/m。

Mmax===0.75 kN·m

σmax===20 MPa<[σ]=70 MPa

式中：q：荷载设计值，M：弯矩值，l：截面惯性矩，W：抵抗矩（截面矩），σ：容许弯曲应力。

故合格。

（2）刚度计算：

荷载组合：

q=1.2×（56.16+2.808+2.5+3.0+3.5）=81.56 kN/m

ω= =81.56×2004/（150×6×103×2.81×105）

=0.516 mm<[ω]=250/400=0.625

式中：ω： 最大挠度，E：弹性模量，I：抵抗惯性矩。

故合格。

3.2.2 次龙骨（纵向方木）强度、刚度验算

纵向方木搁置于间距60 cm的10#槽钢上，纵向方木规格为（100×100）mm，纵向方木亦按多跨连续梁计算。

纵向方木（100×100）mm截面参数及材料力学性能指标：

W==100×1002/6=1.667×105 mm3

I==100×1003/12=8.333×106 mm4

（1）强度计算：

荷载组合：

q=[1.2×（56.16+2.808）+1.4×（2.5+3.0+3.5）]×0.2

=16.672 kN/m

Mmax===0.6 kN·m

σmax===3.6 MPa<[σ]=9 MPa

故合格。

（2）刚度计算：

荷载组合：

q=1.2×（56.16+2.808+2.5+3.0+3.5）×0.20=16.312  kN/m

ω= =16.312×8004/（150×10×103×8.33×106）

=0.53 mm<[ω]=2

故合格。

3.2.3 主龙骨（横向槽钢）强度、刚度验算

横向槽钢搁置于盘扣架的顶托上，中横隔梁下立杆纵、横向间距为60 cm。横向10#槽钢按多跨连续梁计算，计算跨径为60 cm。

箱底：P=21.75×0.6=13.05 kN

纵向方木自重：g=6×0.1×0.1=0.06 kN/m

力学模式（见图2）：

横向10#槽钢截面参数及材料力学性能指标：W=39.4 cm3;I=198.3 cm4。A=12.74 cm2，D=10.00 kg/m。

式中：A：截面面积，D：理论重量，l：截面惯性矩，W：抵抗矩（截面矩）。

（1）强度计算：

荷载组合：q=[1.2×（56.16+2.808）+1.4×（2.5+3.0+

3.5）]×0.6=50.016  kN/m

Mmax===1.8 kN·m

σmax===45.685 MPa<[σ]=175 MPa

故合格。

（2）刚度计算：

按最大支座反力布载模式计算：

集中荷载：

P=13.05×4-1.4×（2.5+3.0+3.5）×0.6=44.64  kN

ω==45.685×1 000×6003/（48×2.1×105

×198.3×103）+5×0.06×6004/（384×2.1×105×198.3×103）

=0.49 mm<[ω]=600/400=1.5 mm

故合格。

3.2.4 支架立杆稳定性计算

箱梁中横梁下支架为（60×60）cm设置，根据网格划分，每根立杆为四个网格共用，对每个网格的承载为1/4，每根立杆的承载面积为：0.6×0.6×4×1/4=0.36 m2。

每根立杆所承受的竖向力按其所支撑面积内的荷载计算，忽略横向方木自重不计，则纵向方木传递的集中力（均以跨度0.6 m计算）：

P=（56.16+2.7+2.5+3.0+3.5）×0.6×0.6=24.43 kN

梁底到原地面最大高度为11.37 m，按12 m计算，盘扣及横杆钢管的重量为：（1×10×0.059 4+10×0.6×0.039 6）=0.832 kN。

并考虑普通钢管的扣件、支架顶托及内模支架的重量取1.2系数，故每杆承受支架自重可计为0.832×1.2=

0.998 kN，平均立杆重量为0. 998/10=0.1 kN/m。为安全起见，以下计算可取单根立杆自重0.25 kN/m，其自重为：g=10×0.25=2.5 kN，单根立杆所承受的最大竖向力为：N

=23.83+2.5=26.33 kN。

（1）强度验算：

σa=N/A=26.33×1 000/424=62.099 MPa<[σ]=175 MPa

合格。

（2）立杆承载力计算：

支架立柱采用Ф48×3.0 mm钢管，立柱底、顶部纵横向水平杆步距为0.6 m，中间部分步距1.2 m，施工中横杆最大步距为1.2 m。

钢管截面面积：A=424 mm2，钢管截面的惯性半径： =15.9。

钢管的柔度：λ ==1×（1 200+300×2）/15.9=113

式中：μ：桿件长度系数，i：钢管截面的惯性半径。

查表可知，钢管稳定系数φ=0.541。

钢管承载力为：

σ ==26 330/（0.541×424）=114.78 MPa< [σ]

=175 MPa

计算结果说明支架是安全稳定的。

3.3 钢管立柱计算

在天桥第二跨下设置车辆通行的门洞，门洞高4.5 m、宽8 m，采用45号工字钢为横梁跨过，在横梁上采用槽钢与上部支架连接，在横梁支点下采用80×80 cm（宽、高）C25混凝土作为钢管支架基础。下面对立柱进行验算：

（1）强度计算：

立柱需承受荷载：N=（22.5×12+27.7×12）/4=150.6  kN

单根钢管支柱Ф813 mm×10 mm，其承受的允许压力为：

[N]=3.14×813×10×210/1 000=5 360.9 kN>150.6  kN

（2）稳定性验算：

钢管的回转半径为：i===0.284 m

长细比：λ===30.8

式中：μ：杆件长度系数，取μ=1.0，i：杆件几何长

度，取i =876 cm，D：钢管外径，d：钢管内径。

查《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）[2]表C-2，Φ=0.946。

计算压杆的应力（忽略钢管自重）：

σ ===63.1 MPa<[σ]=224.8 MPa

故稳定性满足规范要求。

（3）a、h号临时墩地基承载力验算：

地基承受荷载：σ=（22.5×12+27.7×12+（1+2）×1.5

×27.5×2.5×10/2）/（27.5×3/2）=52.1 kPa<180 kPa

地基承载力滿足要求。

4 盘扣式现浇支架施工

支架搭设及底膜安装完毕后，然后对支架进行预压。调整支架标高后安装模板，底模、外模、内模均采用1.5 cm厚竹胶板。

4.1 支架地基处理

该桥支架地基为石方开挖段压实路基整平后，采用压路机压实，浇筑20 cm厚C20混凝土垫层。

4.2 盘扣式现浇支架安装

立杆纵距60 cm，横距60 cm/120 cm;水平杆布设层数根据支架搭设高度合理设置，第一层到地面距离基础20 cm，中间层排距为1.5 m，顶层排距0.5 m，其上为顶撑，高度约30 cm。

每两根相邻的立杆均用斜杆连接固定;顶撑上U型槽内为I14横向工字钢，排距1.5 m;工字钢上顺桥向铺10×10 cm方木，间距20 cm。

5 盘扣式现浇支架预压调整及预拱度确定

5.1 预压

支架预压材料采用砂袋土，一是消除支架（支墩）及地基的非弹性变形，二是得到支架（支墩）的弹性变形值作为施工预留拱度的依据，三是测出地基沉降，为采用同类型的桥梁施工提供经验数据。加载时按照50%、80%、100%、110%的预压荷载分四级加载，每级加载完成后，应先停止下一级加载，并每间隔12 h对支架沉降量进行一次监测，当支架顶部监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，可进行下一级加载[3]。

5.2 支架调整

根据沉降值并结合预拱度计算，重新校正支架和模板标高。架体预压前，支架（底模）按照计算标高调整，确保支架各杆件均匀受力。预压后架体在预压荷载作用下基本消除了地基塑性变形和支架竖向各杆件的间隙即非弹性变形，并通过预压得出支架弹性变形值。

5.3 支架预拱度的确定

支架预压沉降趋于稳定后可进行卸载，卸载时必须对称，逐级进行。每卸载一级，需对不同的观测点进行高程测量，然后通过预压前后同一点高程差值、支架的弹性变形量及梁的挠度等得出底模的预拱度之和，通过U型托座调整底模高程。

6 结束语

该文通过比选确定支架形式，采用新型盘扣式支架体系并根据箱梁截面尺寸大小及分布的荷载进行支架的承载力计算，确保强度、刚度及稳定性满足要求，支架严格按照专项方案进行搭设，施工完成后组织相关技术人员、安全管理人员联合进行验收并挂牌，盘扣式支架比传统的钢管脚手架刚度更好，搭设更简单、快捷，在保障现浇箱梁桥施工安全中起到了关键作用，盘扣式支架体系通过实践在太行山高速公路邢台段得到了推广应用。

参考文献

[1]建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程：JGJ 231—2010[S].北京：中国建筑出版社，2010.

[2]钢结构设计规范：GB 50017—2003[S].北京：中国计划出版社，2003.

[3]公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.