现浇箱梁施工常用支架类型及其安全性验算.doc

现浇箱梁施工常用支架类型及其安全性验算Supporting Frame of Castinplace Box Girder and Security Checking作者：许方斌2024年7月中文摘要摘要：改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设,作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到了相应发展。在临时支撑结构（支架）上进行箱梁整孔灌注就地施工是桥梁施工中一种重要的施工方法，也是连续刚构桥就地浇注施工中最为常见的。本文主要介绍目前国内现浇箱梁就地施工中常用的临时支撑结构（支架）类型及其特点，并结合笔者工作经历重点介绍目前施工中最为常用的碗扣式脚手架和钢管柱贝雷桁架。 同时,提出临时支撑结构的设计及安全性验算中需要注重的方面，并结合笔者曾工作过的实际工程给出相应的设计实例。图12 幅，表2 个，参考文献28篇。关键词：碗扣式脚手架 贝雷桁架 支撑结构 设计 施工I北 京 交 通 大 学 课 程 论 文 ABSTRACTABSTRACTABSTRACT: Since the reform and opening policy in 1970s，with the rapid development of highway construction， especially freeway construction， the bridge construction as an important part 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 supporting 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 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 ConstructionII目 录中文摘要IABSTRACT II1.桥梁施工方法简述12。就地浇筑法施工临时支撑结构1 2.1 支架的类型1 2。2 施工中支架的选择 2 2。3支架设计的要求3 2。4 支架安全验算要点 33。支架选型及安全性验算实例 33。1 支柱式支架碗扣式满堂支架选型及安全性验算实例33。1.1 WDJ碗扣式支架简介33.1.2 WDJ碗扣式支架构造要求43。1。3 WDJ碗扣式支架验算实例43。2 梁柱式支架-钢管柱贝雷桁架选型及安全性验算实例 94.对于临时支撑结构的回顾与展望 18参考文献 19北 京 交 通 大 学 课 程 论 文 桥梁施工方法简述1.桥梁施工方法简述桥梁结构由两大部分组成，即上部结构和下部结构。桥梁上部结构的施工方法，自20世纪70年代以后随着预应力混凝土的广泛应用,已经得到了迅速发展，并发生了重大变革。由于桥梁类型增加和跨径增大、构件生产的预制化、结构设计方法的进步、机械设备的发展等原因，引起了桥梁施工方法的进步与发展,形成了多种多样的施工方法，目前主要有就地浇筑法、预制安装法、悬臂施工法、转体施工法、顶推施工法、移动模架逐孔施工法等。 有些方法在我国施工人员的长期摸索和实践中已显的较为成熟,如就地浇筑法、预制安装法等；而有些施工方法对于普通的施工人员还显的较为陌生，如转体施工法等。对于施工方法的选择应结合桥型、地形、施工人员的施工水平、材料来源等因素,灵活加以选择利用。 其中,就地浇筑法是一种较为古老而又比较重要的施工方法,自我国有钢筋混凝土桥开始就经常为施工人员所采用。尤其是目前市政建设和高速公路施工中越来越普遍采用的现浇混凝土连续箱梁，基本都是采用原位浇筑法,因为它施工产生的连续刚构桥一体性较其它施工方法好。就地浇筑法是指桥跨结构直接在桥位上进行建筑的一种施工方法,施工时在支架上安装模板,绑扎和安装钢筋骨架，预留孔道，并在现场浇筑混凝土和施加预应力。因其施工过程比较明确，易于控制，设计计算也相对比较简单,是工程技术人员施工中较为乐意采用的一种施工方法。2。就地浇筑法施工临时支撑结构就地浇筑混凝土梁桥的上部结构，首先应在桥孔位置搭设支架，以支撑模板和混凝土以及其它施工荷载，然后在支架上浇筑梁体混凝土，达到强度后拆除混凝土和支架。支架的主要作用就是支撑和定型。就地浇筑施工梁体主筋可不中断，桥梁整体性好;无需预制场地，而且不需要大型起吊和运输设备，施工平稳、可靠；施工过程中无体系转换；预应力混凝土连续梁桥可以采用强大预应力体系，使结构构造简化，方便施工。当然，它也具有一些缺点，比如施工过程中需要大量的施工支架，施工工期较长等。2.1 支架的类型 支架按构造形式可分为立柱式支架，梁式支架和梁-柱式支架。 支柱式支架（图1a，b）构造简单,常用于陆地或不通航的河道,或桥墩不高的小跨径桥梁。其特点是桥跨下满布支架立柱,模板直接支承在立柱上的方木13和型钢上。支柱式支架典型为目前常用的碗扣式满堂支架。梁式支架(图1c,d）则是在两端设立柱，上方设承重梁，模板直接支承在承重梁上。依其跨径可采用工字钢、钢板梁或钢桁梁作为承重梁，当跨径小于10m时可采用工字梁，跨径大于20m时采用钢桁梁。梁可以支承在墩旁支架上,也可支承在桥墩上预留的托架或在桥墩处临时设置的横梁上。其典型支架为工字钢门洞式支架。梁柱式支架（图1e，f)则是当梁式支架跨度比较大时,在跨的中间再设几个立柱，它可在大跨径桥上使用，梁支承在多个立柱或临时墩上而形成多跨连续支架.目前较为常用的是利用国产321桁架搭设而成的钢管柱贝雷桁架。(a) (b）（c） （d)（e） （f)图1 常用的支架类型2。2 施工中支架的选择 当现浇箱梁施工方法采用原位浇筑法时，需要进行支架的选择。支架的选择需要综合考虑桥址地形地貌,水文地质,气候条件（如当地风速等），经济因素，当地可利用的材料等，以使其在施工安全的前提下更为经济合理。2。3 支架设计的要求 (1）支架虽为临时结构，但它主要在施工过程中承受桥梁的大部分恒荷载，因此从受力和使用性能上要求必须有足够的强度和刚度，同时支架的基础应可靠，构件之间的结合要紧密，并且要有足够的纵、横、斜向的连接杆件，使支架成为空间稳定的整体;（2）对河道中的支架要充分考虑洪水和漂流物的影响。支架组拼后，应考虑洪水的影响及漂流物对支架安全的威胁;（3）支架在受荷之后将有变形和挠度,在安装前要进行计算，以便设置合理的预拱度，使结构的外形尺寸和标高符合设计要求；（4）支架上要设置落架设备，落架时要求对称、均匀,不应使主梁局部落地.（5）构造和制作简单，装拆方便，要能增加周转次数。2.4 支架安全验算要点（1)作用在支架上的荷载有桥跨结构的重力、浇筑设备的重力（包括振动荷载）、风力及施工人员的重力，连同模板和支架自重均由支架承受；（2）支架的各构件应按其计算图式进行强度验算,容许应力可按临时结构予以提高；（3）支架的挠度需要验算，并小于其容许值；（4）支架的预拱度计算包括梁自重产生的挠度、支架受荷后产生的弹性变形和非弹性变形、支架基础的沉降量等；（5)支架卸架设备的选用及受力验算。3.支架选型及安全性验算实例 本文两个验算实例来自作者曾工作过的海翔大道二期道路工程B标工程（主体工程竣工于2009年11月)和南安（金淘）至厦门高速公路厦门段TB1合同段工程(目前正在施工中)。3。1 支柱式支架-碗扣式满堂支架选型及安全性验算实例3。1。1 WDJ碗扣式支架简介WDJ碗扣式支架是建设部提出的建筑业10项推广应用新技术之一，并且福建省建设厅也发文要求在全省建设施工行业推广.碗扣式支架的主要优点：安全可靠，碗扣式接头传力可靠，搭设时不用拧螺栓，不受人为因素影响。立杆连接为同轴心承插，各杆件轴心交与一点。用作模板支架时，顶部插入可调托座，架体受力以轴心受压为主,因而承载力高，不易发生失稳垮塌；功效高，易管理。横杆与立杆连接工人采用铁锤敲击辅助完成,速度快，功效高,尤其在桥梁现浇支架中使用,可做到省时、省力、安全、可靠。支架材料采用WDJ碗扣式多功能脚手架，使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调顶托，进行支架搭设。3。1.2 WDJ碗扣式支架构造要求对于满堂支架来说，构造措施是保证支撑结构整体稳定性的重要条件，是保证设计计算准确性的前提，尤其是对于高度较高，施工场址风力较大的地方.作者曾于海边（场地粗糙度为B类，基本风压0。70kN/m2，平均风力3-4级，最大达8-9级)搭设的碗扣式满堂支架最高高度离地可达20m。严格按设计尺寸搭设支架，并按支撑高度选择组配立杆、可调托撑及可调底座。立杆间距和横杆步距不得大于设计要求，并设置纵横扫地杆。支架拐角为直角时，宜采用横杆直接组架;拐角为非直角时，可采用钢管扣件组架。支架剪刀撑、斜撑等斜杆,采用钢管扣件，斜杆安装时要符合以下规定:在支架四周拐角处设置专用斜杆或四面设置八字斜杆；斜杆应每步与立杆扣接,扣接点距碗扣节点的距离宜小于等于150mm;当出现不能与立杆扣接的情况时亦可采用与横杆扣接,扣接点应牢固；斜杆水平倾角宜在4560之间;每个扣接的拧紧力矩都要控制在4560N。m，钢管不能选用长期使用变形的.对进入现场的碗扣式构配件，使用前应对质量进行复验。确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差满足建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范的要求。支架搭设排列整齐顺直，并且要及时设好纵横水平拉杆、剪刀撑等。必要时设置缆风绳等加固措施。3。1.3 WDJ碗扣式支架验算实例主线桥右幅第二联第九跨场地为蔬菜等经济作物用地,表面约50cm厚左右素填土,经清表后其下部为亚粘土或粗砂层，土质良好，承载能力较高，地基承载力特征值可达200kPa，场地清表压实后拟采用碗扣式满堂支架。其支架搭设横桥向截面示意图如下：图2 支架搭设横桥向示意图图3 支架搭设顺桥向示意图1.满堂支架的荷载采用及荷载效应组合验算时荷载采用主要有：模板支撑架自重标准值Q1：根据模板设计图纸确定.新浇混凝土自重标准值Q2：对本结构依据26.0 kN/m3进行计算振捣混凝土产生荷载标准值Q3:取2。0 kN/m2模板支撑架的施工荷载标准值Q4：1.0 kN/m2依据JGJ166-2008，采用的荷载效应组合如下:序号计算项目荷载组合1立杆稳定计算永久荷载+可变荷载永久荷载+0。9（可变荷载+风荷载）2连墙件承载力计算风荷载+3。0kN3斜杠强度喝连接扣件（抗滑强度）计算风荷载表1 验算荷载效应组合2.钢管立柱安全性验算 碗扣式脚手架钢管外径F=48mm，壁厚t=3。5mm，截面积A=4.89cm2，截面惯性矩I=12.19cm4，截面模量W=5.08cm3,i=1.58cm 。Q235钢材强度设计值205 N/mm2,E=2.05105 N/mm2 。 验算立杆强度时，采用180cm高箱梁进行验算时，结合箱梁自重纵横向变化及支架立杆平面分布各种可能性情况,各个位置下立杆承受的箱梁自重荷载如下：横断面立杆间距（cm）最大自重面荷载（KN/m2)箱梁自重竖向力（KN）箱梁端部(翼缘板）606046。80(0.4）41。60(0.2）16.22（实心处）609046.8025.27箱梁腹板加宽段(翼缘板）906013。007.02(边腹板）606040。1521.68(空腔处）906023。4012。64（中腹板）606046。8016。85箱梁标准断面(翼缘板)90909.908。02(边腹板)609034。0618.39(空腔处）909013.010.53(中腹板）609046.8（0.5）23。4（0。1）23。166表2 箱梁各部位自重统计综合考虑各立杆承受箱梁自重荷载及受荷面积，箱梁端部实心处立杆所承受的荷载可能最大.以此计算最大承载力。单肢立杆最大轴向力：按12m长度考虑立杆及横杆自重：单肢立杆按1。2m步距计算稳定性。 长细比查表，其稳定性系数单肢立杆承载力为 单肢立杆承载力及稳定性满足要求.3。斜杠内力计算及扣件抗滑能力计算模板支撑架高度大于8m并有风荷载作用，应对斜杠内力进行计算。支架底部未设安全网，采用简化计算，其简化受力模型如右图。本支架所在地区地面粗糙度为B类，支架底部未设安全网，仅模板处风荷载需要验算.支架顶部（按支架高12m计算），基本风压 水平风荷载标准值：图4 斜杠内力验算简图 箱梁顶部（按箱梁高1.8m计算），基本风压 取大值进行计算（每四排一剪刀撑）,则由风荷载分配的斜杠轴向力可能情况: 或依据规范,扣件抗滑强度QC=8 kN，可知扣件抗滑能力满足要求。斜杠承载力： 由此查表，单肢斜杆承载力为 斜杆承载力满足要求.4。迎风立杆拉压力验算 支架下部无密目安全网，且由以上计算可知,风荷载引起的立杆轴向力变化极小，所以此项无需验算。5。满堂支架整体抗倾覆验算当支架和模板形成，钢筋和砼未施工时，抗倾覆能力最差,按此情况进行验算.依据公路桥涵技术施工规范实施手册要求，支架在自重和风荷载作用下，倾覆稳定系数不得小于1。3综合分析箱梁宽度、箱梁高度及支架情况，抗倾覆能力最差的为主线桥右幅第二联。为了验算方便，取跨中截面1.8m验算抗倾覆能力(不计方木模板自重）。（1） 支架材料如下：顶托：36；立杆:456m纵向横杆：18121.8=388.8m横向横杆：21212288m（2） 钢管总重计算钢管总重： 4565.5（388.8288）3。95147。52 kg顶托、底托总重不计。抗倾覆力：N5147.529.850。445kN（3） 稳定力矩计算： 稳定力矩yNi6.050.445302。67 kNm（4） 倾覆力矩计算支架顶部(按支架高12m计算）,基本风压 水平风荷载标准值水平力为：W0.691。51。81。863 kN倾覆力矩1.863(120。75）23。75 （5） KO=稳定力矩/倾覆力矩yNi/MW302.67/23.75=12.7441.3满足要求.3.2 梁-柱式支架钢管柱贝雷桁架选型及安全性验算实例互通立交B匝道第4跨拟采用钢管柱贝雷桁架。箱梁截面形式规则,且所在场地皆为菜地或农田，经清除表土后，换填压实粉质粘土后，其地基承载能力较好,但箱梁距地面高度较高，均大于12m,且坡度及倾斜度较大(最大为4），对于支架的侧向稳定性要求较高，所以采用钢管柱贝雷桁架.图5 B匝道第4跨型跨横桥向支架搭设示意图图6 B匝道第4跨纵桥向支架搭设示意图1.国产321桁架梁安全性验算桁架梁采用国产321桁架现场拼接，拼接完整后采用25t吊车吊至指定位置，并调整桁架梁的竖直线。端部采用支撑架(连接片)连接,并设置下平联及上平联. （1)。强度验算采用单排单层（SS）允许值验算。桁架梁搭在工字钢横梁之上，将其视为简支梁.每两片桁架梁端部采用支撑架连接，将其视为共同承受荷载.偏安全的不予考虑上部结构的横向分配作用,其荷载统计如下图：图7 桁架梁荷载统计1区承受自重荷载标准值：2区承受自重荷载标准值：3区承受自重荷载标准值：1区承受荷载设计值:2区承受荷载设计值：3区承受荷载设计值：桁架简支梁上集中荷载间距60cm（即10cm15cm400cm方木排布间距），且: 集中荷载均等,可将其视为均布荷载计算。则：1区最大弯矩:支座反力：2区最大弯矩：支座反力：3区最大弯矩：支座反力：得:最大弯矩 最大剪力 Vmax = 350。3252=175。16 kN查国产321桁架受力性能，单排单层允许，. VmaxV且实际结构中存在横向分配作用，将使最大弯矩及剪力进一步减小。 强度验算符合要求。 （2）。刚度验算依据规范JGJ162-2008要求,挠度验算时仅考虑永久荷载标准值。 采用最大自重荷载标准值验证弹性挠度。国产321桁架等代矩形梁断面如右图：等代等截面矩形梁图8 等效矩形梁截面边腹板下有四片桁架梁，间距为60cm，间距较小，考虑横向分配作用，将其挠度视为相同,即由相同荷载引起。则此时考虑引起挠度的线荷载为:由弯矩引起最大挠度为：考虑剪切变形所引起挠度：则:挠度验算满足要求。（3）.桁架梁预拱度设置桁架梁由销接处错孔所引起的非弹性挠度采用经验公式计算：则：采用二次抛物线法进行预拱度设置：图9 纵桥向预拱度设置示意图2.工字钢横梁安全性验算 横梁采用36a置于钢管柱上.桁架梁置于工字钢之上,工字钢承受荷载可视为集中荷载.（1）强度验算现场使用的工字钢为热轧型普通工字钢。查询36a热轧型普通工字钢参数如下:抗拉、抗压和抗弯，抗剪 桁架梁作用在工字钢上的力视为集中力，可得受力模型如下：图10 工字钢横梁受力简图受力分析，并作其弯矩图和剪力图：图11 工字钢横梁弯矩图(单位：kNm）图12 工字钢横梁剪力图（单位:kN）算得支座反力:R1=R4=128。95 kN R2=R3=588.51 kN用最大弯矩：Mmax=132.8 kNm，最大剪Fmax=350。31 kN验算强度。满足正截面应力要求满足抗弯强度要求满足剪应力要求盖梁无支承加劲肋,需进行局部压应力验算，由以上受力分析中可知其最大局部压应力处为中间支座处。跨中局部压应力验算桁架梁受力宽度a=100mm.满足局部压应力要求根据第四强度理论,在复杂应力作用下,需验算危险点折算应力，即中间支座位置折算应力。危险点折算应力符合要求换算应力符合要求（2）刚度验算由以上弯矩图中可知，该梁跨中最大弯矩Mmax=77。38 kNm。刚度验算满足要求（3）稳定性验算由以上弯矩图中可知,跨中最大弯矩Mmax=77.38kN.由此验算整体稳定性.其自由长度为3m，查钢结构设计规范GB50017-2003推荐表可知，按公式计算:则,整体稳定性满足要求 型钢无需验算局部稳定性。3。钢管柱安全性验算现场钢管柱采用5006mm普通Q235钢管.考虑现场施工时钢管柱两端实际支承情况，其计算长度为使计算方便，取进行验算.计算钢管柱特性如下：考虑钢管柱自重及连接槽钢等自重，钢管柱压力最大设计值： 正截面应力满足要求 满足刚度要求该构件属于b类截面，查钢结构设计规范GB50017-2003,其稳定系数则： 整体稳定性满足要求。4。 支架整体抗倾覆验算当支架和模板形成，钢筋和砼未施工时,抗倾覆能力最差，按此情况进行验算。依据公路桥涵技术施工规范实施手册要求,支架在自重和风荷载作用下，倾覆稳定系数不得小于1。30。该部分箱梁断面形式及宽度经相同，则可知其高度最高跨，抗倾覆能力最差，该跨为B匝道第4跨，按箱梁净高20m计算。为了验算方便，取搭设简支跨15m验算抗倾覆能力. 支架材料统计：钢管柱：8 每根长16m36a工字钢：2根14a槽钢总长:29+（133）4=330m国产321桁架:60片 总重计算钢管总重： 81673.0979356。416 kg14a槽钢总重:33014.5=4785kg工字钢重：2459.9=1437。6kg国产321桁架重：27060=16200kg抗倾覆力:N3177910317.79kN 稳定力矩计算: 稳定力矩yNi4。5317.791430。055 kNm 倾覆力矩计算支架顶部（按支架高20m计算），（正反面相加）风振系数基本风压 水平风荷载标准值水平力为:W1.7151。845。9 kN倾覆力矩45。919872。1 KO=稳定力矩/倾覆力矩yNi/MW1430.055/872。1=1。631。3满足要求。4.对于临时支撑结构的回顾与展望就地施工法是一种较为古老的施工方法,其支架的形式也伴随着经济的发展，科学技术的进步而在不断的演变、推陈出新,从最早的垒土造桥一直到现在常用的钢木混合结构。随着近年来国家在基建项目的投入的加大，现浇混凝土连续梁桥越来越多的在高速公路和市政工程中的运用，原位施工法也越来越多的被采用，而其支架的类型越在慢慢的增多，例如99年后开始推广目前被普遍采用的WDJ碗扣式多功能脚手架。 我们相信在不久的将来随着新材料新工艺的出现，科学技术的发展，肯定会有施工更为方便，结构更为安全，经济更为合理的新型支架的出现.参考文献1 曾勃，扣件式钢管支撑结构设计学位论文，北京交通大学，20092 马亮，桥梁上部结构现场浇筑施工，北京，人民交通出版社,20103 谢洪波，公路现浇混凝土桥梁碗扣式钢管支模架设计与分析学位论文，浙江大学建筑工程学院，20104 卫申蔚，桥梁工程施工技术，北京，人民交通出版社，20085 陈伟，李明等，桥梁施工临时结构设计，北京，中国铁道出版社，20026 周水兴、何兆益、邹毅松等，路桥施工计算手册，北京，人民交通出版社，20017 衣振华、王有志，桥梁施工中碗扣式脚手架支撑的计算J,施工技术,20068 黄绍金，刘陌生，装配式公路钢桥多用途使用手册，北京，人民交通出版社，20019 张建华，复杂地基条件下的大跨径现浇连续箱梁支架体系技术分析J，科技资讯,2010第2期10孙九春,卢 瑛,贝雷架作为桥梁承重支架应用时的理论分析与实践应用研究J，上海公路,2010第1期11李建文,钢管支架在大型现浇箱梁的支撑系统中的应用J, 科技资讯,2007第21期12宾武，桥梁施工中的碗扣满堂支架设计及搭设施工J,科技信息，2009第29期13张浩，论桥梁支架方案及荷载的计算J，广东科技，2009第12期14阮世春,简例贝雷片在桥梁支架施工方案中的应用J， 大众科技，2009年第8期15巫攻科,现浇箱梁支架的设计方法J,广东科技,2009第18期16江贤圣,孙政，桥梁整体现浇支架方案的探讨J,矿业快报, 2006年22卷4期17董京， 就地浇注桥梁支架的稳定性计算J,建筑安全, 2004年19卷4期18赵常煜，大跨连续梁坝浇支架昀设计和旋工J，铁道标准设计，2003年6期19高锦云,碗扣式钢管支架在城市立交桥梁施工中的应用J，黑龙江交通科技, 2009年第8期20周伟，互通立交工程桥梁支架的施工控制J，黑龙江交通科技， 2009年第7期21杨寿忠，王孝林,丁纪兴，高支架箱梁浇筑施工方案选择J，市政技术,2009年27卷3期22钢结构设计规范（GB500172003）23李芬,浅谈现浇梁施工工艺J，科技风,2010第2期24中华人民共和国住房和城乡建设部，建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范(JGJ1662008）,200811-04发布25公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 02586）26公路工程施工安全技术规程 (JTJ 07695）27公路桥涵设计规范 （JTJ D60-2004）28公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004）