姚斐

（中交一公局第一工程有限公司，内蒙古乌兰察布 012000）

0 引言

钢混组合梁桥采用剪力连接件将钢梁和混凝土板连接成整体，在横截面上两种材料共同受力和变形[1]。将混凝土用于主梁上部受压，钢梁用于下部受拉，充分利用了两种材料的特性。其钢梁在工厂制造完成后运输至现场架设，然后再施工混凝土桥面板，其中有大量的施工工序在工厂完成，保证了施工质量，缩短了施工周期。以上情况符合当前国家绿色施工、装配式施工的要求，是中小跨径桥梁建设的首选[2]。

钢混组合梁施工方法对钢混组合梁的内力和变形状况影响显著[3-6]。当不采用支架和临时墩[7]，施工时钢梁的自重、桥面临时施工荷载及混凝土桥面板的自重仅有钢梁承担，钢筋混凝土桥面板不参与，待混凝土达到设计强度时混凝土板和钢桥完成组合共同承担活载，该类型组合梁称为活载组合梁；当采用临时支架或临时墩施工，钢梁和混凝土的自重施工时全部由支架承担，待施工完成后钢梁和混凝土完成组合，此时拆除临时支架，恒载全部转移到组合梁上，钢梁和混凝土共同承受结构的自重和运营期的活载作用，该类型的组合梁称为恒载组合梁。本文对钢混组合梁翼缘板混凝土浇筑的支架进行分析研究。

1 钢混组合梁及支架概况

本文讨论的钢混组合梁为单箱单室矩形结构，主要由顶板、腹板、底板、腹板加劲肋、底板加劲肋、横肋板、空腹式横梁组成。钢主梁采用等高设计，钢梁高度1.5m 和1.4m，钢梁顶宽12.48m，底宽11.64m，腹板采用直腹板设置。

钢主梁采用Q345qE 槽形钢梁，混凝土桥面板和钢主梁通过剪力钉连接。结构断面由混凝土桥面板及整体成槽形的钢梁组成，槽形钢梁整体上由顶板、腹板、底板、空腹式横梁、实腹式横梁、腹板加劲肋、底板加劲肋组成；顶板板厚16～28mm，宽0.9m；腹板板厚14～22mm；底板板厚14～20mm；腹板上布置T 型竖向腹板加劲肋；底板上布置Ⅰ型纵向加劲肋，通过设置过焊孔穿越空腹式横梁，纵向连续布置；每隔3～4m 布置一道空腹式横梁，空腹式横梁由T 型腹板竖向加劲肋、T 型横向底板加劲肋以及水平和斜向无缝钢管等组成；支点处布置实腹式横梁，实腹式横梁腹板板厚24mm，如图1 所示。桥面板采用整体现浇，悬臂板端厚为22cm，跨中厚为26cm，根部板厚为40cm。

图1 钢箱梁三维示意图

为了不中断交通，对于悬臂板的浇筑制订两种施工方案分别如下：

方案一，翼缘板采用三角架，三角架支撑与钢箱梁上。三角架上搭设楔形方木和模板，箱内采用钢管内支架由上而下结构为：5cm 木板+采用48 型盘扣体系支架（间距横纵90cm，步距1.2m）+10#工字钢+8.5×8.5 方木+1.5cm 竹胶板。

方案二，翼缘板采用落地脚手架，由下而上分别为钢管、工字钢、支架、方木和模板，箱内支架同方案一。

2 有限元模型

为了准确计算支架和钢箱梁的受力状况、变形性能和稳定性，采用三维有限元分析软件Midas Civil 建立两种支架方案的有限元模型[8]。钢梁翼缘板、腹板、底板及加劲肋板均采用板单元模拟，钢梁横梁和支架采用梁单元模拟，选取1 个标准段建立翼缘板和箱内支架的有限元模型，如图2、3 所示。

图2 翼缘板支架有限元模型图

图3 钢箱梁内部支架有限元模型图

计算施工期间荷载主要包括模板、支架等自重、混凝土湿重、施工荷载、风荷载。

2.1 模板、支架等自重

竹胶板容重取6kN/m3，其单位面积自重为g1=6×0.15=0.9kN/m2。

支架：程序自动计算。

2.2 混凝土湿重

混凝土的容重取26kN/m3。悬臂板根部厚度为40cm，端部为22cm，悬臂板保守计算统一按40cm 取值；跨中顶板混凝土厚度为26cm。悬臂板混凝土湿重g2=26×0.4=10.4kN/m2；跨中顶板混凝土湿重为g2=26×0.26=6.76kN/m2。

2.3 施工荷载

施工人员、施工材料堆放荷载取q3=2.5kPa。

振捣混凝土产生的荷载q4=2.0kPa。

2.4 风荷载

作用在模板支撑上的水平风荷载标准值，按下式（1）计算。

式（1）中：wk为风荷载，kPa；uz为风压高度变化系数，取1.0；us为风荷载体型系数，竖直面取0.8；w0为基本风压，取0.35。

式（2）中：

ωk——风荷载标准值为0.196kN/m2；

h——纵横水平拉杆的计算步距为0.6m；

la——立柱迎风面的间距为0.9m；

Mw——立杆由风荷载设计值产生的弯矩；

Mw=0.85×1.4ωklah2/10=0.85×1.4×0.196×0.9×0.6×0.6÷10=0.007kN/m 风荷载影响较小，可忽略不计。

3 计算结果

提取方案一三角架受力，如图4 所示。三脚架上部杆件受拉，下部斜杆受压。最大拉力为49.92kN，最大压力为55.36kN；钢箱梁内撑杆最大拉力为100kN，最大压力为51kN；钢箱梁最大拉应力为253MPa；各部件满足安全性要求。计算其变形知最大变形为10mm。

图4 方案一受力图

计算方案一钢管桩、工字梁、脚手架的强度，如表1 所示，可知各感觉均符合安全要求。

表1 方案1 支架各部件应力结果

计算其支架变形，如图5 所示。支架中部变形最大。最大变形为8.8mm，其跨度的四百分之一（即9000/400=22.5mm），满足安全要求。

图5 支架变形图

为了确保箱内支架支撑于钢箱梁内，以满足钢箱梁结构的安全，对其进行验算。验算结果，如图6所示。

图6 钢箱梁应力图

计算可知：钢箱梁最大von-Mises 应力位于钢箱梁跨中顶板翼缘，最大应力为280MPa，小于Q345 钢材的设计应力310MPa；标准组合下不考虑材料堆放荷载、振捣荷载，钢箱梁最大变形为跨中部位，最大变形为25.03mm，钢箱梁结构安全。对钢管支架验算可知：钢管支架的最大轴向应力为90MPa，小于Q235 结构稳定允许应力215×0.813=175MPa，钢管支架满足强度和稳定性要求。

钢管支架的最大轴向应力为90MPa，小于Q235 结构稳定允许应力215×0.813=175MPa，钢管支架满足强度和稳定性要求。计算其他各部件应力，如表2所示。

表2 方案2 支架各部件应力结果

计算钢箱梁变形状况，如图7 所示。标准组合下不考虑材料堆放荷载、振捣荷载，钢箱梁及支架的整体最大变形为25.92mm，钢箱梁受荷载后变形为25.02mm，支架和模板变形为0.9mm，满足施工要求。

图7 钢箱梁支架作用下的变形

4 结论

对两种支架临时方案计算分析可以得到如下结论：

第一，方案一支架强度满足要求，但是钢箱梁受力和变形较大，如采用方案一需采取必要措施连接钢箱梁顶板，加强钢箱梁横梁抗弯刚度。

第二，方案二各部件强度、刚度、稳定性均满足要求，当需要落地支架，影响交通且需要准确预留支架的变形。

第三，箱内支架使钢箱梁翼缘板受压，最大压应力为280MPa，小于Q345 的设计应力，不会对钢箱梁结构造成破坏；支架作用将引起槽型钢梁跨中产生25.92mm 的变形，该变形可通过预拱度设置。

综上所述，两种方案均能满足施工要求，但需通过施工措施设置相应的预拱度。