現(xiàn)澆箱梁施工常用支架類型及其安全性驗算

1、現(xiàn)澆箱梁施工常用支架類型及其安全性驗算Supporting Frame of Cast-in-place Box Girder and Security Checking作者：許方斌2020年9月25 / 30文檔可自由編輯中文摘要摘要：改革開放以來，我國公路建設(shè)事業(yè)迅猛發(fā)展，尤其是高速公路建設(shè)，作為公路建設(shè)重要組成部分的橋梁建設(shè)也得到了相應(yīng)發(fā)展。在臨時支撐結(jié)構(gòu)（支架）上進行箱梁整孔灌注就地施工是橋梁施工中一種重要的施工方法，也是連續(xù)剛構(gòu)橋就地澆注施工中最為常見的。本文主要介紹目前國內(nèi)現(xiàn)澆箱梁就地施工中常用的臨時支撐結(jié)構(gòu)（支架）類型及其特點，并結(jié)合筆者工作經(jīng)歷重點介紹目前施工中最為常用的碗扣式

2、腳手架和鋼管柱貝雷桁架。 同時，提出臨時支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計及安全性驗算中需要注重的方面，并結(jié)合筆者曾工作過的實際工程給出相應(yīng)的設(shè)計實例。圖12 幅，表2 個，參考文獻28篇。關(guān)鍵詞：碗扣式腳手架 貝雷桁架 支撐結(jié)構(gòu) 設(shè)計 施工ABSTRACTABSTRACT: Since the reform and opening policy in 1970s，with the rapid development of highway construction, especially freeway construction, the bridge construction as an important p

3、art of highway construction has also been rapidly developed. Building case girder construction on the temporary support structure is an important bridge construction method, especially in the building of long-span continuous rigid frame bridge. This paper describes the used types of temporary suppor

4、ting structure and their characteristics at present in our country, and combined with the authors work experience to focuses on the most common construction of Scaffoldings with Buckles Bowl and Bailey Truss. Meanwhile, it suggests that some aspects of a temporary support structure design should be

5、noticed, and the example of the corresponding actual project design is given. 12 diagrams,2 tables,28 references are includedKEYWORDS：Scaffoldings with Buckles Bowl Bailey Truss Support structure Design Construction目 錄中文摘要IABSTRACT II1.橋梁施工方法簡述12.就地澆筑法施工臨時支撐結(jié)構(gòu)1 2.1 支架的類型1 2.2 施工中支架的選擇 2 2.3支架設(shè)計的要求3

6、2.4 支架安全驗算要點 33.支架選型及安全性驗算實例 33.1 支柱式支架-碗扣式滿堂支架選型及安全性驗算實例33.1.1 WDJ碗扣式支架簡介33.1.2 WDJ碗扣式支架構(gòu)造要求43.1.3 WDJ碗扣式支架驗算實例43.2 梁-柱式支架-鋼管柱貝雷桁架選型及安全性驗算實例 94.對于臨時支撐結(jié)構(gòu)的回顧與展望 18參考文獻 191.橋梁施工方法簡述橋梁結(jié)構(gòu)由兩大部分組成，即上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。橋梁上部結(jié)構(gòu)的施工方法，自20世紀70年代以后隨著預(yù)應(yīng)力混凝土的廣泛應(yīng)用,已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，并發(fā)生了重大變革。由于橋梁類型增加和跨徑增大、構(gòu)件生產(chǎn)的預(yù)制化、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的進步、機械設(shè)備的發(fā)展等原

7、因，引起了橋梁施工方法的進步與發(fā)展，形成了多種多樣的施工方法，目前主要有就地澆筑法、預(yù)制安裝法、懸臂施工法、轉(zhuǎn)體施工法、頂推施工法、移動模架逐孔施工法等。 有些方法在我國施工人員的長期摸索和實踐中已顯的較為成熟，如就地澆筑法、預(yù)制安裝法等；而有些施工方法對于普通的施工人員還顯的較為陌生，如轉(zhuǎn)體施工法等。對于施工方法的選擇應(yīng)結(jié)合橋型、地形、施工人員的施工水平、材料來源等因素，靈活加以選擇利用。 其中，就地澆筑法是一種較為古老而又比較重要的施工方法，自我國有鋼筋混凝土橋開始就經(jīng)常為施工人員所采用。尤其是目前市政建設(shè)和高速公路施工中越來越普遍采用的現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，基本都是采用原位澆筑法，因為它施

8、工產(chǎn)生的連續(xù)剛構(gòu)橋一體性較其它施工方法好。就地澆筑法是指橋跨結(jié)構(gòu)直接在橋位上進行建筑的一種施工方法，施工時在支架上安裝模板，綁扎和安裝鋼筋骨架，預(yù)留孔道，并在現(xiàn)場澆筑混凝土和施加預(yù)應(yīng)力。因其施工過程比較明確，易于控制，設(shè)計計算也相對比較簡單，是工程技術(shù)人員施工中較為樂意采用的一種施工方法。2.就地澆筑法施工臨時支撐結(jié)構(gòu)就地澆筑混凝土梁橋的上部結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)在橋孔位置搭設(shè)支架，以支撐模板和混凝土以及其它施工荷載，然后在支架上澆筑梁體混凝土，達到強度后拆除混凝土和支架。支架的主要作用就是支撐和定型。就地澆筑施工梁體主筋可不中斷，橋梁整體性好；無需預(yù)制場地，而且不需要大型起吊和運輸設(shè)備，施工平穩(wěn)、可靠

9、；施工過程中無體系轉(zhuǎn)換；預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋可以采用強大預(yù)應(yīng)力體系，使結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡化，方便施工。當(dāng)然，它也具有一些缺點，比如施工過程中需要大量的施工支架，施工工期較長等。2.1 支架的類型 支架按構(gòu)造形式可分為立柱式支架，梁式支架和梁-柱式支架。 支柱式支架（圖1a，b）構(gòu)造簡單，常用于陸地或不通航的河道，或橋墩不高的小跨徑橋梁。其特點是橋跨下滿布支架立柱，模板直接支承在立柱上的方木和型鋼上。支柱式支架典型為目前常用的碗扣式滿堂支架。梁式支架（圖1c,d）則是在兩端設(shè)立柱，上方設(shè)承重梁，模板直接支承在承重梁上。依其跨徑可采用工字鋼、鋼板梁或鋼桁梁作為承重梁，當(dāng)跨徑小于10m時可采用工字梁，跨徑大

10、于20m時采用鋼桁梁。梁可以支承在墩旁支架上，也可支承在橋墩上預(yù)留的托架或在橋墩處臨時設(shè)置的橫梁上。其典型支架為工字鋼門洞式支架。梁柱式支架（圖1e，f）則是當(dāng)梁式支架跨度比較大時，在跨的中間再設(shè)幾個立柱，它可在大跨徑橋上使用，梁支承在多個立柱或臨時墩上而形成多跨連續(xù)支架。目前較為常用的是利用國產(chǎn)321桁架搭設(shè)而成的鋼管柱貝雷桁架。(a) (b)（c） （d）（e） （f）圖1 常用的支架類型2.2 施工中支架的選擇 當(dāng)現(xiàn)澆箱梁施工方法采用原位澆筑法時，需要進行支架的選擇。支架的選擇需要綜合考慮橋址地形地貌，水文地質(zhì)，氣候條件（如當(dāng)?shù)仫L(fēng)速等），經(jīng)濟因素，當(dāng)?shù)乜衫玫牟牧系?，以使其在施工安全的?/p>

11、提下更為經(jīng)濟合理。2.3 支架設(shè)計的要求 （1）支架雖為臨時結(jié)構(gòu)，但它主要在施工過程中承受橋梁的大部分恒荷載，因此從受力和使用性能上要求必須有足夠的強度和剛度，同時支架的基礎(chǔ)應(yīng)可靠，構(gòu)件之間的結(jié)合要緊密，并且要有足夠的縱、橫、斜向的連接桿件，使支架成為空間穩(wěn)定的整體；（2）對河道中的支架要充分考慮洪水和漂流物的影響。支架組拼后，應(yīng)考慮洪水的影響及漂流物對支架安全的威脅；（3）支架在受荷之后將有變形和撓度，在安裝前要進行計算，以便設(shè)置合理的預(yù)拱度，使結(jié)構(gòu)的外形尺寸和標(biāo)高符合設(shè)計要求；（4）支架上要設(shè)置落架設(shè)備，落架時要求對稱、均勻，不應(yīng)使主梁局部落地。（5）構(gòu)造和制作簡單，裝拆方便，要能增加周轉(zhuǎn)

12、次數(shù)。2.4 支架安全驗算要點（1）作用在支架上的荷載有橋跨結(jié)構(gòu)的重力、澆筑設(shè)備的重力（包括振動荷載）、風(fēng)力及施工人員的重力，連同模板和支架自重均由支架承受；（2）支架的各構(gòu)件應(yīng)按其計算圖式進行強度驗算，容許應(yīng)力可按臨時結(jié)構(gòu)予以提高；（3）支架的撓度需要驗算，并小于其容許值；（4）支架的預(yù)拱度計算包括梁自重產(chǎn)生的撓度、支架受荷后產(chǎn)生的彈性變形和非彈性變形、支架基礎(chǔ)的沉降量等；（5）支架卸架設(shè)備的選用及受力驗算。3.支架選型及安全性驗算實例 本文兩個驗算實例來自作者曾工作過的海翔大道二期道路工程B標(biāo)工程（主體工程竣工于2009年11月）和南安（金淘）至廈門高速公路廈門段TB1合同段工程（目前正在

13、施工中）。3.1 支柱式支架-碗扣式滿堂支架選型及安全性驗算實例3.1.1 WDJ碗扣式支架簡介WDJ碗扣式支架是建設(shè)部提出的建筑業(yè)10項推廣應(yīng)用新技術(shù)之一，并且福建省建設(shè)廳也發(fā)文要求在全省建設(shè)施工行業(yè)推廣。碗扣式支架的主要優(yōu)點：安全可靠，碗扣式接頭傳力可靠，搭設(shè)時不用擰螺栓，不受人為因素影響。立桿連接為同軸心承插，各桿件軸心交與一點。用作模板支架時，頂部插入可調(diào)托座，架體受力以軸心受壓為主，因而承載力高，不易發(fā)生失穩(wěn)垮塌；功效高，易管理。橫桿與立桿連接工人采用鐵錘敲擊輔助完成，速度快，功效高，尤其在橋梁現(xiàn)澆支架中使用，可做到省時、省力、安全、可靠。支架材料采用WDJ碗扣式多功能腳手架，使用與

14、立桿配套的橫桿及立桿可調(diào)底座、立桿可調(diào)頂托，進行支架搭設(shè)。3.1.2 WDJ碗扣式支架構(gòu)造要求對于滿堂支架來說，構(gòu)造措施是保證支撐結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要條件，是保證設(shè)計計算準確性的前提，尤其是對于高度較高，施工場址風(fēng)力較大的地方。作者曾于海邊（場地粗糙度為B類，基本風(fēng)壓0.70kN/m2，平均風(fēng)力3-4級，最大達8-9級）搭設(shè)的碗扣式滿堂支架最高高度離地可達20m。嚴格按設(shè)計尺寸搭設(shè)支架，并按支撐高度選擇組配立桿、可調(diào)托撐及可調(diào)底座。立桿間距和橫桿步距不得大于設(shè)計要求，并設(shè)置縱橫掃地桿。支架拐角為直角時，宜采用橫桿直接組架；拐角為非直角時，可采用鋼管扣件組架。支架剪刀撐、斜撐等斜桿，采用鋼管扣件

15、，斜桿安裝時要符合以下規(guī)定：在支架四周拐角處設(shè)置專用斜桿或四面設(shè)置八字斜桿；斜桿應(yīng)每步與立桿扣接，扣接點距碗扣節(jié)點的距離宜小于等于150mm；當(dāng)出現(xiàn)不能與立桿扣接的情況時亦可采用與橫桿扣接，扣接點應(yīng)牢固；斜桿水平傾角宜在4560之間；每個扣接的擰緊力矩都要控制在4560N.m，鋼管不能選用長期使用變形的。對進入現(xiàn)場的碗扣式構(gòu)配件，使用前應(yīng)對質(zhì)量進行復(fù)驗。確保立桿的垂直偏差和橫桿的水平偏差滿足建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范的要求。支架搭設(shè)排列整齊順直，并且要及時設(shè)好縱橫水平拉桿、剪刀撐等。必要時設(shè)置纜風(fēng)繩等加固措施。3.1.3 WDJ碗扣式支架驗算實例主線橋右幅第二聯(lián)第九跨場地為蔬菜等經(jīng)濟作物

16、用地，表面約50cm厚左右素填土，經(jīng)清表后其下部為亞粘土或粗砂層，土質(zhì)良好，承載能力較高，地基承載力特征值可達200kPa，場地清表壓實后擬采用碗扣式滿堂支架。其支架搭設(shè)橫橋向截面示意圖如下：圖2 支架搭設(shè)橫橋向示意圖圖3 支架搭設(shè)順橋向示意圖1.滿堂支架的荷載采用及荷載效應(yīng)組合驗算時荷載采用主要有：模板支撐架自重標(biāo)準值Q1:根據(jù)模板設(shè)計圖紙確定。新澆混凝土自重標(biāo)準值Q2：對本結(jié)構(gòu)依據(jù)26.0 kN/m3進行計算振搗混凝土產(chǎn)生荷載標(biāo)準值Q3:取2.0 kN/m2模板支撐架的施工荷載標(biāo)準值Q4：1.0 kN/m2依據(jù)JGJ166-2008，采用的荷載效應(yīng)組合如下：序號計算項目荷載組合1立桿穩(wěn)定計

17、算永久荷載+可變荷載永久荷載+0.9（可變荷載+風(fēng)荷載）2連墻件承載力計算風(fēng)荷載+3.0kN3斜杠強度喝連接扣件（抗滑強度）計算風(fēng)荷載表1 驗算荷載效應(yīng)組合2.鋼管立柱安全性驗算 碗扣式腳手架鋼管外徑F=48mm，壁厚t=3.5mm，截面積A=4.89cm2，截面慣性矩I=12.19cm4，截面模量W=5.08cm3，i=1.58cm 。Q235鋼材強度設(shè)計值205 N/mm2,E=2.05105 N/mm2 。 驗算立桿強度時，采用180cm高箱梁進行驗算時，結(jié)合箱梁自重縱橫向變化及支架立桿平面分布各種可能性情況，各個位置下立桿承受的箱梁自重荷載如下：橫斷面立桿間距（cm）最大自重面荷載（K

18、N/m2）箱梁自重豎向力（KN）箱梁端部（翼緣板）606046.80（0.4）41.60（0.2）16.22（實心處）609046.8025.27箱梁腹板加寬段（翼緣板）906013.007.02（邊腹板）606040.1521.68（空腔處）906023.4012.64（中腹板）606046.8016.85箱梁標(biāo)準斷面(翼緣板)90909.908.02(邊腹板)609034.0618.39(空腔處)909013.010.53(中腹板)609046.8（0.5）23.4（0.1）23.166表2 箱梁各部位自重統(tǒng)計綜合考慮各立桿承受箱梁自重荷載及受荷面積，箱梁端部實心處立桿所承受的荷載可能最大

19、。以此計算最大承載力。單肢立桿最大軸向力：按12m長度考慮立桿及橫桿自重：單肢立桿按1.2m步距計算穩(wěn)定性。 長細比查表，其穩(wěn)定性系數(shù)單肢立桿承載力為 單肢立桿承載力及穩(wěn)定性滿足要求。3.斜杠內(nèi)力計算及扣件抗滑能力計算模板支撐架高度大于8m并有風(fēng)荷載作用，應(yīng)對斜杠內(nèi)力進行計算。支架底部未設(shè)安全網(wǎng)，采用簡化計算，其簡化受力模型如右圖。本支架所在地區(qū)地面粗糙度為B類，支架底部未設(shè)安全網(wǎng)，僅模板處風(fēng)荷載需要驗算。支架頂部（按支架高12m計算），基本風(fēng)壓 水平風(fēng)荷載標(biāo)準值：圖4 斜杠內(nèi)力驗算簡圖 箱梁頂部（按箱梁高1.8m計算），基本風(fēng)壓 取大值進行計算（每四排一剪刀撐），則 由風(fēng)荷載分配的斜杠軸向力

20、可能情況: 或依據(jù)規(guī)范，扣件抗滑強度QC=8 kN，可知扣件抗滑能力滿足要求。斜杠承載力: 由此查表，單肢斜桿承載力為 斜桿承載力滿足要求。4.迎風(fēng)立桿拉壓力驗算 支架下部無密目安全網(wǎng)，且由以上計算可知，風(fēng)荷載引起的立桿軸向力變化極小，所以此項無需驗算。5.滿堂支架整體抗傾覆驗算當(dāng)支架和模板形成，鋼筋和砼未施工時，抗傾覆能力最差，按此情況進行驗算。依據(jù)公路橋涵技術(shù)施工規(guī)范實施手冊要求，支架在自重和風(fēng)荷載作用下，傾覆穩(wěn)定系數(shù)不得小于1.3綜合分析箱梁寬度、箱梁高度及支架情況，抗傾覆能力最差的為主線橋右幅第二聯(lián)。為了驗算方便，取跨中截面1.8m驗算抗傾覆能力（不計方木模板自重）。（1） 支架材料如

21、下：頂托：36；立桿：456m縱向橫桿：18121.8=388.8m橫向橫桿：21212288m（2） 鋼管總重計算鋼管總重： 4565.5（388.8288）3.95147.52 kg頂托、底托總重不計?？箖A覆力：N5147.529.850.445kN（3） 穩(wěn)定力矩計算： 穩(wěn)定力矩yNi6.050.445302.67 kNm（4） 傾覆力矩計算支架頂部（按支架高12m計算），基本風(fēng)壓 水平風(fēng)荷載標(biāo)準值 水平力為：W0.691.51.81.863 kN傾覆力矩1.863（120.75）23.75 （5） KO=穩(wěn)定力矩/傾覆力矩yNi/MW302.67/23.75=12.7441.3滿足要求

22、。3.2 梁-柱式支架-鋼管柱貝雷桁架選型及安全性驗算實例互通立交B匝道第4跨擬采用鋼管柱貝雷桁架。箱梁截面形式規(guī)則，且所在場地皆為菜地或農(nóng)田，經(jīng)清除表土后，換填壓實粉質(zhì)粘土后，其地基承載能力較好，但箱梁距地面高度較高，均大于12m，且坡度及傾斜度較大（最大為4%），對于支架的側(cè)向穩(wěn)定性要求較高，所以采用鋼管柱貝雷桁架。圖5 B匝道第4跨型跨橫橋向支架搭設(shè)示意圖圖6 B匝道第4跨縱橋向支架搭設(shè)示意圖1.國產(chǎn)321桁架梁安全性驗算桁架梁采用國產(chǎn)321桁架現(xiàn)場拼接，拼接完整后采用25t吊車吊至指定位置，并調(diào)整桁架梁的豎直線。端部采用支撐架（連接片）連接，并設(shè)置下平聯(lián)及上平聯(lián)。 (1).強度驗算采用

23、單排單層（SS）允許值驗算。桁架梁搭在工字鋼橫梁之上，將其視為簡支梁。每兩片桁架梁端部采用支撐架連接，將其視為共同承受荷載。偏安全的不予考慮上部結(jié)構(gòu)的橫向分配作用，其荷載統(tǒng)計如下圖：圖7 桁架梁荷載統(tǒng)計1區(qū)承受自重荷載標(biāo)準值：2區(qū)承受自重荷載標(biāo)準值：3區(qū)承受自重荷載標(biāo)準值：1區(qū)承受荷載設(shè)計值：2區(qū)承受荷載設(shè)計值：3區(qū)承受荷載設(shè)計值：桁架簡支梁上集中荷載間距60cm（即10cm15cm400cm方木排布間距）,且: 集中荷載均等，可將其視為均布荷載計算。則：1區(qū)最大彎矩：支座反力：2區(qū)最大彎矩：支座反力：3區(qū)最大彎矩：支座反力：得：最大彎矩 最大剪力 Vmax = 350.3252=175.16

24、 kN查國產(chǎn)321桁架受力性能，單排單層允許，。 Vmax1.3滿足要求。4.對于臨時支撐結(jié)構(gòu)的回顧與展望就地施工法是一種較為古老的施工方法，其支架的形式也伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步而在不斷的演變、推陳出新，從最早的壘土造橋一直到現(xiàn)在常用的鋼木混合結(jié)構(gòu)。隨著近年來國家在基建項目的投入的加大，現(xiàn)澆混凝土連續(xù)梁橋越來越多的在高速公路和市政工程中的運用，原位施工法也越來越多的被采用，而其支架的類型越在慢慢的增多，例如99年后開始推廣目前被普遍采用的WDJ碗扣式多功能腳手架。 我們相信在不久的將來隨著新材料新工藝的出現(xiàn)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肯定會有施工更為方便，結(jié)構(gòu)更為安全，經(jīng)濟更為合理的新型支架的出現(xiàn)。參考文獻1 曾勃，扣件式鋼管支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)位論文，北京交通大學(xué)，20092 馬亮，橋梁上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場澆筑施工，北京，人民交通出版社，20103 謝洪波，公路現(xiàn)澆混凝土橋梁碗扣式鋼管支模架設(shè)計與分析學(xué)位論文，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，20104 衛(wèi)申蔚，橋梁工程施工技術(shù)，北京，人民交通出版社，20085 陳偉，李明等，橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計，北京，中國鐵道出版社，20026 周水興、何兆益、鄒毅松等，路橋施工計算手冊，北京，人民交通出版社