装配化门洞式膺架体系设计

欧阳石，冯浩雄

装配化门洞式膺架体系设计

欧阳石1，冯浩雄2

(1.中国中铁四局集团第二工程有限公司，江苏苏州215000；2湖南城市学院土木工程学院，湖南益阳413000)

文章介绍了一种应用于现浇梁施工的装配化门洞式膺架体系的设计思路，它实现了基础、立柱钢管与支撑结构、柱顶分配梁、落架装置、承重主梁等膺架主要部件的标准化、模块化和装配化，提高了现浇梁承重支架施工的工效和周转利用率，减少了工程废弃物，节能环保，取得了较好的经济效益和社会效益．

装配化；门洞式；膺架；设计

现浇梁施工承重支架不仅攸关施工安全，也是影响施工成本的决定性要素之一,研究新型现浇梁施工膺架体系对降低施工成本、提高施工安全保障具有积极作用．在杭州市彩虹快速路高架工程建设中，通过对现浇梁施工传统模架进行优化、创新，设计了一种装配化门洞式膺架体系并成功应用，实现了基础、立柱钢管与支撑结构、柱顶分配梁、落架装置、承重主梁等膺架主要部件的标准化、模块化和装配化，取得了良好的经济效益和社会效益．

1 标准化承重主梁

按孔跨布置不同，承重主梁分为一跨式和中支墩式两种形式，如图1所示[1]，施工中根据场地地基承载力、现浇梁的单位长度重量等条件科学选择；承重主梁采用跨越能力大、拼装快捷灵活、市场易购置或租赁的贝雷片桁梁．一跨式膺架适用于地基承载力较弱情况，利用桥梁承台作为基础或地基，以减少地基处理费用，根据现浇梁的单位长度重量大小，其承重主梁可选择单层或双层贝雷片桁梁．中支墩式膺架适用于地基承载力较强情况，除两端利用承台作为基础外，并在桥跨中间增设支墩，以减少跨度，其承重主梁一般采用单层贝雷片桁梁．

图1 承重主梁孔跨布置

2 模块化钢支墩

膺架支墩由钢管立柱、支撑结构、落架装置和柱顶分配梁四部分构成，按装配化施工要求，便于快速组装，各部件均采用螺栓连接．

2.1钢管立柱

考虑运输方便与组装灵活性，钢管立柱设计分为标准节和调整节，如图2所示，标准节长3.0 m，调整节分为1.0 m、0.5 m、0.3 m和0.2 m四种规格，0-0.2 m长的调整量则通过落架装置实现，通过标准节与调整节的灵活组合达到所需高度立柱．钢管节段两端焊接刚性法兰用于立柱装配连接，成环形均匀布置[2]．

图2 装配式膺架钢支墩

2.2支撑结构

支撑结构的主要作用是：减少自由长度，提高立柱稳定性，对于高支墩，还可起到调整立柱荷载分配的作用．支撑体系分为剪刀撑和平联两类，通常采用槽钢或角钢加工制作，与立柱钢管采用螺栓连接，立柱上焊接连接板用于安装支撑体系（如图3所示）．考虑运输与安装便捷，根据常用立柱间距按2.0 m、3.0 m、4.0 m设计支撑杆件，以备不同施工条件灵活应用．

图3 钢支墩支撑结构

2.3落架装置

梁体混凝土浇筑后，膺架中存在竖向承压接触连接的各部件，在承载后接触面摩擦力增大，将无法自由拆除．因此，施工中，对膺架体系必须设置落架装置，在现浇梁达到落架条件后，通过落架装置的竖向收缩(或下落)，使膺架体系与梁体脱离，从而卸除膺架体系中承受并相互传递的梁体重量荷载，减少存在竖向承压接触部件间的摩擦力，使膺架能够顺利拆除．落架装置有活络头和砂筒两种形式，如图4所示．

图4 落架装置

2.3.1 活络头

活络头是地铁车站深基坑支护中常用的一种定型产品，在此对其设计要求不再赘述．活络头的设计承载力通常取对应规格钢管的允许承载力，容许最大伸缩量为270 mm，在用作落架装置时，活络头的高差调整量不应超出设计容许最大伸缩量，否则易失稳．活络头与立柱钢管采用法兰栓接，调整量的空隙采用钢楔块填塞密实，落架时，采用铁锤敲击将钢楔块拆除，在自重作用下支架上部结构即可下落脱离梁体．

2.3.2 砂筒

砂筒由顶心和筒座两部分组成．筒座采用顶面敞口、底部焊有封口钢板的钢管制作而成，封口钢板兼作与立柱连接的法兰盘，采用螺栓与立柱连接．筒座在钢管筒壁上开设1-2个放砂孔，其内灌入经筛分的洁净干燥黄砂．顶心采用顶部焊有封口钢板的钢管并在其内填充密实混凝土制作而成，顶心的钢管外径比筒座钢管的内径小10-20 mm．砂筒组装时顶心插入筒座内的长度不宜少于顶心总长三分之二且不应小于70 mm砂筒设计时，应根据砂的容许承压强度计算确定砂筒顶心直径，并根据筒壁受力计算确定筒座的钢管壁厚[3]．砂筒安装前，应根据支墩设计高度计算明确装配立柱节段组合、砂筒总高度与筒座装砂量，为满足落架需要，筒座内装砂厚度不宜少于100 mm；并且采用千斤顶或压力机按1.2倍立柱设计荷载对砂筒进行预压，以消除梁体浇筑过程砂筒负载的压缩量．

2.4柱顶分配梁

桩顶分配梁采用工字钢或H型钢制作而成．分配梁单节长度设计为钢管立柱间距的整数倍，考虑便于运输与搬运，其常用长度有6.0 m、8.0 m和12.0 m，当分配梁需要接长时，其接头始终位于立柱柱顶位置，接头可不必考虑弯拉效应，仅按剪力接头设计，采用法兰方式连接，接头构造如图5所示[4]．

图5 柱顶分配梁接长接头

3 装配式基础

装配式基础根施工条件不同，可采用钢筋混凝土基础和钢结构基础．钢筋混凝土基础在同一工程项目中可周转使用，钢结构基础易于运输，可跨区域调配周转使用，如桥梁承台尺寸满足安装空间要求，建议优先考虑钢结构基础．

3.1钢筋混凝土基础

钢筋混凝土基础适用于天然地基承载力较高的条件，基础尺寸应根据低级承载力计算取得．为实现钢筋混凝土基础的周转利用，需对基础进行分块分段以减少单件重量，解决其运输与吊装难题，具体分块尺寸根据所拥有吊装能力合理划分．为确保基础装配后的整体受力性能，必须设计一种可靠的联结方式．在实践中采用了一种法兰式连接，如图6所示，取得了较好效果，接头抗剪承载力取全部连接螺栓的总抗剪承载力，接头抗弯拉承载力取基础截面中和轴以下部分螺栓的总抗拉承载力，而螺栓预紧力作为安全储备．

3.2钢结构基础

装配式钢结构基础，如图7所示，适用于采用桥墩承台作为地基且桥梁底板投影宽度与承台外边缘间距基本相当的桥梁施工．装配式钢结构基础采用型钢制作，考虑翼缘板部分混凝土自重较轻，翼缘板部分立柱基础宜采用悬挑结构，以减少地基处理费用．

图6 装配式钢筋混凝土基础

图7 装配式钢结构基础

4 小结

通过装配化门洞式膺架的研究与应用，实现了现浇梁施工装备标准化、模块化，提高了膺架施工的机械化水平与工效，装配化基础的周转利用，减少了临时工程废弃量，可有效降低施工成本以及对环境影响，装配化门洞式膺架将进一步提高现浇梁施工技术水平．

[1]中铁四局集团有限公司.客运专线预应力混凝土简支箱梁施工技术[M].北京:中国铁道出版社,2010.

[2]王元清,宗亮,石永久.钢管结构法兰连接节点抗弯承载简化设计方法[J].沈阳建筑大学学报,2011(1):1-9.

[3]周水兴,何兆益,邹毅松等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4]黄绍金,刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京:人民交通出版社,2000.

(责任编校：陈智全)

Design of Prefabricated Gate-style False Work System

OU YANG Shi1,FENG Shao-xiong2
(1,The Second Engineering Co.,LTD of CTCE Group,Suzhou,Jiangsu,215000,China;2,College of Civil Engineering,Hunan City University.,Yiyang,Hunan 413000,China)

This article introduces the design of a new prefabricated gate-style false work system which is applied to cast-in-situ beams.The system brings about standardization,modularization and prefabrication for the main parts of false work such as foundation,upright column steel pipe and support system,column top distributive beam,beam removing apparatus and main bearing beam that raises the efficiency and turnover rate of cast-in-situ bearing support and reduces construction waste.The system is environmentally friendly and energy-saving and that achieves better economic and social benefits.

prefabrication,gate-style,false work,design

U416

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.01.006

1672–7304(2015)01–0023–04

2015-03-10

湖南省科技计划资助项目(2014GK3053)

欧阳石(1978-)，男，汉族，湖南洞口人，工程师，主要从事桥梁施工技术管理与研究．

冯浩雄(1979-)，男，湖南湘乡人，博士研究生，从事桥梁、结构研究．