现浇连续梁临时支架力学计算

王福亮

(福建省第一公路工程公司)

1 工程概况

福建省某特大桥，分离成双线布设于原有大道两边分隔带上，左线合计总长3 483.5 m，右幅桥合计总长3 486 m，桥梁上部结构等宽段为跨径22.5 m 和25 m 装配式预应力混凝土连续梁，变宽段为现浇预应力混凝土连续梁，局部跨越构造物采用较大跨径的预应力混凝土连续梁，全桥共有预应力混凝土连续梁31 联。本文以第15 联等高度三跨预应力混凝土连续箱梁为例，介绍了现浇梁支架设计计算过程。

2 支架方案

现浇箱梁支架采用满堂碗扣式脚手架，立杆间距根据连续梁结构重量分布情况确定，支架横桥向立杆布置为:由于梁体底腹板位置混凝土高达2.2 m，重量较大，立杆间距按60 cm 布置;梁体翼缘板重量较轻，立杆按间距90 cm 布置，并在梁端梁体加强处适当加强;其他位置立杆均按间距90 cm 布置。支架纵桥向立杆主要按90 cm 布置，并在梁体底、腹板加强处适当加强。在地基基础处理好并经检查合格后即可搭设钢管支架。

根据施工设计图，基础上在有竖杆的位置划线并作好记号，吊线立起竖杆，拼装扫地杆，扫地杆至钢管底端的距离不大于35 cm。之后拼装顺桥向横杆和横桥向横杆，及时拼装剪刀撑，支架立杆、横杆、剪刀撑采用Φ48 ×3.5 mm 钢管。杆件间以碗扣式连接为主，剪刀撑采用扣件连接。立杆下端设底座支撑于基础面，上端设可调顶托支撑分配梁。搭设一段竖向高度后进行全面检查，符合相关要求后再继续向上拼装。

3 梁各断面自重荷载计算

混凝土容重按γ=25 kN/m3，箱梁断面荷载计算公式为

式中:q 为箱梁断面分布荷载;S 为箱梁断面分段面积;b 为箱梁断面分段宽度;h 为箱梁断面分段宽度范围的平均梁高。箱梁纵横断面分布荷载如图1 所示。

图1 横桥向跨中荷载分布图

4 梁一般截面(跨中)支架结构检算

4.1 荷载计算

(1)固定荷载

①模板及模板支撑架荷载Q1:通过计算模板荷载如下:

a 内模:取q1－1=0.5 kN/m2;

b 侧模:取q1－2=0.5 kN/m2;

c 底模(包括背带木):取q1－3=0.5 kN/m2;

d 碗扣脚手架荷载:通过计算得(含剪刀撑):q1－4=2.0 kN/m2。(按高度20 m 支架计算)

②箱梁混凝土荷载Q2:

横桥向根据箱梁横桥向变化，按分布均布荷载考虑，其布置情况如下:

图2 跨中横桥向荷载分布图

图3 杆件内力图

(2)可变荷载Q3，Q4:

查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》4.2.5条取值:

①施工人员及设备荷载标准值(Q3)按均布荷载取1.0 kN/m2。

②浇筑和振捣混凝土时产生的荷载标准值(Q4)为1.0 kN/m2。

4.2 立杆强度及稳定性验算

(1)立杆强度检算(以本一单元杆为例)

查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》

单肢立杆轴向力计算公式N=1.2(Q1+Q2)×Lx×Ly+1.4(Q3+ Q4)×Lx×Ly

式中:Lx、Ly为单肢立杆纵向及横向间距，其值分别为:0.6 m和0.9 m。

N=1.2(Q1+ Q2)×Lx×Ly+ 1.4Q3×Lx×Ly=1.2(0.5 +0.5 +2 +38.1)×0.6 ×0.9 +1.4 ×(1 +1)×0.6 ×0.9 =28.1 kN

则单根立杆受力:N=28.1 kN ＜［N］=30 kN 满足立杆强度要求，其它杆件略。

(2)立杆稳定性检算

碗扣式满堂支架是组装构件，单根碗扣在承载力允许范围内就不会失稳，以轴心受压的单根立杆进行验算:

按横杆步距h=120 cm 计算;

跨中底板钢管长细比λ =L/i =120/1.58 =75.9 ＜［λ］=230，取λ=76;

竖杆为轴心受压杆件，查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》附录E:Q235A 钢管轴心受压构件的稳定系数为:

立杆竖向可承载力［N］=0.744 ×489 ×205 =74 582.28 N=74.6 kN

计算某单元中腹板R 立杆荷载较大，其N=28.1 kN(见前碗扣立杆强度检算)

由上可知:腹板处:28.1 kN=N≤［N］=74.6 kN 立杆稳定性满足要求。

4.3 支架抗风稳定性验算

支架整体主要承受水平向风荷载作用，下面对梁体及围挡风荷载计算。

根据《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》计算梁体及施工围栏风荷载:

式中:Wk为风荷载标准值(kN/m2);μz为风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定采用1.0;μs为风荷载体型系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定的竖直面取0.8;Wo为基本风压(kN/m2)，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定采用0.55;φ 为挡风系数，满挂密目网取0.8，实体取1。

梁体风荷载Wk梁= 0.7μz·μs·Wo=0.7 ×1.0 ×0.8 ×0.55 =0.31 kN/m2

围挡风荷载Wk围= 0.7μz·μs·Wo·φ=0.7 ×1.0 ×0.8×0.55 ×0.8 =0.25 kN/m2

风荷载转化为节点荷载参考《脚手架结构计算及安全技术》第四节模板支撑架的设计及计算:

S梁=2.2 ×3.6 m2，梁高2.2 m，斜杆纵向间距按3.6 m;

S围=1.2 ×3.6 m2，围挡1.2 m，γ =1.4，可变荷载安全系数。

W1=(0.31×2.2×3.6+0.25×1.2×3.6)×1.4=5.0 kN

杆件受力图见图4。

依据力的平行四边形关系，立杆拉力Wv=120/90 ×W1=6.7 kN

①斜杆强度计算:

斜杆长细比:λ=L/ i =150/1.58 =94.9 ＜［λ］=250，查表得φ0.626

斜杆承载力:

Nx=φ·A·f=0.626 ×489 ×205 =62 753 N =62.8 kN＞Wx= 8.3 kN，合格。

②立杆拉力验算:

立杆结构自重计算:Nv=7 ×39.7 ×2 ×15 +3 ×140.2 ×16 =15.067 kN ＞Wv=6.7 kN，合格。

支架整体抗风稳定性满足施工要求。

5 结 语

碗扣式钢管脚手架施工方便，利于重复使用，能满足不同形式桥梁的施工要求，是一种较好的支撑形式。经实践证明，本文计算结果可以采用，本次车行道桥施工采用的支架具有足够强度、刚度和稳定性，满足施工要求，能保证施工质量。

［1］ 余宗明.脚手架结构计算及安全技术［M］. 北京:中国建筑工业出版社，2002.

［2］ 糜嘉平.建筑模板与脚手架研究及应用［M］. 北京:中国建筑工业出版，2001.

［3］ 交通部第一公路工程公司.公路施工手册一桥涵［M］. 北京:人民交通出版社，2005.