中铁二十四集团有限公司 吉林长春市 130000
摘要：通过本工程现浇梁模板支撑架方案，阐述压杆稳定计算理论及纵横向非匀称截面荷载的支撑布置原则、特殊桥址条件的支撑布置方法及技巧、施工安全质量注意事项。
关键词：现浇梁； 模板支撑架；专项施工技术方案
一、工程概况及地址水文条件
新建铁路东北部铁路通道前阳至庄河段，花园东路特大桥同金上联，为客货共线单线简支箱梁桥，其中2、4孔48m简支梁分别跨既有304国道和规划路，交角为107°44′和56°53′采用支架法现浇法施工。墩身高度分别第2孔5m、6.5m第4孔6m、11m,每孔梁混凝土设计体积为311.76m3。梁顶板厚为34.6m，地厚度30cm至70cm，腹板厚度32cm至70cm，按线性变化，顶板0.51m，梁高4.1m。
工程地质情况：本桥址区地貌为侵蚀丘陵、冲沟及沟渠较发育，第3孔地表覆盖第四系全新系人工堆积层（Q4）杂填土σ0=0KPa，第四系坡积层（Q4dl）粉质粘土、粗角砾土σ0=400KPa，第四系全新统洪积层（Q4alpl）砾砂粗圆砾土σ0=500KPa，下伏太古界（Ar）混合花岗岩（Mγ）σ0=600KPa。
根据工程概况计工程地质情况，结合现场勘探，本桥采取膺架现浇方案，支架跨度为8.91+12+12+10.91m，立柱N1采用φ500-12钢管支撑住，一次分配梁N2采用双根I56a工字钢，二次分配梁N3采用普通贝雷梁，三次分配量采用钢轨。箱梁底面与贝雷梁间现定预留模板+方木10cm+钢轨共27cm，若施工中采用其它材料，现场技术酌情调整。方案纵向布置示意图如图1所示。
二、施工方案用概况
根据中华人民共和国住房和城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》[2009]87号文要求，针对现浇混凝土梁的模板支撑架分项工程编制专项施工技术方案。本分项工程专项方案编制内容只包括支撑柱、一次主梁、二次分配梁及其横联结构。
根据工程概况计工程地质情况，结合现场勘探，本桥采取膺架现浇方案，支架跨度为8.91+12+12+10.91m，立柱N1采用φ500-12钢管支撑住，一次分配梁N2采用双根I56工字钢，二次分配梁N3采用贝雷梁，贝雷梁之上的横向三次分配梁采用钢轨或其他小型型钢，如I20工字钢。方案布置示意图如图1所示。
三、方案设计参数及依据
1、本工程客货共用箱梁设计图；
2、花园路特大桥同金上联设计图纸；
3、《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203—2008）；
4、《铁路桥涵工程施工技术规范》；
5、钢材弹性模量E=2.1×105MPa；
6、Q235钢材抗拉、抗压极限强度f=215Mpa，剪切极限强度fv=125Mpa；
贝雷桁架的允许弯曲拉压应力为f＝273 MPa；剪力fv=245.2 KN。
7、钢筋混凝土重度rc=26.5KN/m3；
8、结构安全系数K=1.3；
9、二次分配梁允许挠度【ω】=L/500；
10、衡载系数1.2，活载系数1.4。
11、施工人员及机械活载约1KN/m2。
12、模板重量q=2.5KN/m2。竹胶模板、木框架，参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值。
四、荷载计算
①标准断面
②荷载计算
⑴结构恒载
q1=A×rc×1.2=170KN/m;
备注：花园东路特大桥1孔简支梁长度：48.75m，混凝土总量V=311.76m3。平均断面积为：A=6.4m2，平均恒载q1=170KN/m，实际荷载是标准断面积荷载的1.2。
⑵支架重量
q2=15% q1=25.5KN/m(按结构恒载15%估算)
⑶模板重量
q3=2.5×5.09=12.7KN/m
⑷活载
q4=1.0×5.09=5KN/m
⑸荷载组合
Q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4q4=257KN/m。
五、内力计算及结构设计
①N1钢管支撑住设计
⑴纵向受力图
⑵RA处钢管柱设计
由图4可知支撑住受力为RA=1087KN，拟采用两根φ500-12螺纹钢管（利用双线材料），极限压应力[f]=215MPa,A=183.972cm2，I=54797.799cm4,ix=17.258cm,RA处轴压力为1436KN,自由受压长度最长为第3孔支撑住为l0=5.02m，长细比λ= l0/ ix =30为短杆。稳定系数φ=0.936。
单根允许轴压力F=φ.[f].A=3702KN。双根安全系数K=6.8满足要求。
⑶RB处钢管柱设计
由图4可知支撑住受力为RB=3295KN，拟采用两根φ500-12螺纹钢管（利用双线材料），极限压应力[f]=215MPa,A=183.972cm2，I=54797.799cm4,ix=17.258cm,自由受压长度最长为第3孔支撑住为l0=3.45m，长细比λ= l0/ ix =20.6为短杆。稳定系数φ=0.950。
单根允许轴压力F=φ.[f].A=3758KN。双根安全系数K=2.28满足要求。
⑷RC处钢管柱设计
由图4可知支撑住受力为RC=3068KN，拟采用两根φ500-12螺纹钢管（利用双线材料），极限压应力[f]=215MPa,A=183.972cm2，I=54797.799cm4,ix=17.258cm,自由受压长度最长为第3孔支撑住为l0=7.71m，长细比λ= l0/ ix =45.3为短杆。稳定系数φ=0.877。
单根允许轴压力F=φ.[f].A=3469KN。双根安全系数K=2.26满足要求。
⑸RD处钢管柱设计
由图4可知支撑住受力为RD=2995KN，拟采用两根φ500-12螺纹钢管（利用双线材料），极限压应力[f]=215MPa,A=183.972cm2，I=54797.799cm4,ix=17.258cm,RD处轴压力为2655KN,自由受压长度最长为第3孔支撑住为l0=6.39m，长细比λ= l0/ ix =37.6为短杆。稳定系数φ=0.908。
单根允许轴压力F=φ.[f].A=3592KN。双根安全系数K=2.4满足要求。
⑹RE处钢管柱设计
由图4可知支撑住受力为RE=824KN，拟采用两根φ500-12螺纹钢管（利用双线材料），极限压应力[f]=215MPa,A=183.972cm2，I=54797.799cm4,ix=17.258cm,自由受压长度最长为第3孔支撑住为l0=9.04m，长细比λ= l0/ ix =53为短杆。稳定系数φ=0.842。
单根允许轴压力F=φ.[f].A=3330KN。双根安全系数K=8满足要求。
所以，横向布置2根φ500-12螺纹钢管满足要求。横向布置位置详见图6。
⑵由弯矩初步定一次分配梁数量。
弯矩如图5所示，横梁拟采用I56a工字钢(利旧)，A=135cm2,Ix=65590cm4,极限拉压应力[f]=215MPa,剪应力[fv]=125MPa.如图最大弯矩绝对值为229KN.m,σ=（M.y/2）/(nIx)≤[f]=215MPa,n≥0.5根，取1根。
⑶剪力验算
如图6所示，最大剪力Fv=842.5KN，fv=Fv/A=62MPa,安全系数K=2.0满足要求。
⑷挠度检算
单位荷载下跨中挠度ω1=5ql4/(384×EIx)=3.82×10-6m，弯矩M1= ql2/8=1.125KN.m, Mp=229KN.m，
ωp/Mp=ω1/ M1
ωp=1mm,设计允许扰度L/500=6满足要求。
③N3贝雷梁设计
贝雷桁架物理几何指标（根据交计发[1998]23号文）
⑴贝雷梁受力图(详见纵向受力图）
⑵根据贝雷梁支撑能力初定贝雷梁数量
选用普通型贝雷梁，如图6所示，RA、RE位置承受支撑荷载分别为RA =1436KN，RE=1180KN，承载能力为360KN，所以所需贝雷片数量n≥Max(RA、RE)/360=4片。RB、RC、RD位置承受支撑荷载分别为RB=3295KN，RC=3068KN，RD=2995KN，贝雷梁支撑位置承载能力为620KN，所以所需贝雷片数量n≥Max(RB、RC、RD)/620=5.3片。
⑶抗弯能力检算
如图6所示贝雷梁承受最大弯矩荷载MMax=3448KN.m, 贝雷梁抗弯能力M=788.2KN.m，所以所需贝雷片数量n≥MMax/M=5片。
⑷抗剪能力检算
如图7所示贝雷梁承受最剪力荷载TMax=1719KN, 贝雷梁抗弯能力T=245.2KN.m，所以所需贝雷片数量n≥TMax/T=7.01片。选取8片。（贝雷桁架给的是容许强度，已含安全系数）。
⑸挠度检算
单位荷载下M1=(L2)/8=18KN.m，挠度ω1=（5L4）/(384E×8I)=6.4×10-5，MMax=3448KN.m。
ω/ MMax =ω1/ M1, ω=12.3mm。
允许挠度[ω]=L/500=24mm，满足要求。
贝雷梁横向分布图如图6所示。
⑤N4、N5系杆检算
如图6所示N4长250cm，没有明确内力故按【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》中的一般规定设置，受压杆件长细比不大于200，回转半径i≥1.25cm。
选择直径φ120mm、壁厚6mm，其回转半径i=4.036cm，大于2.68cm。
剪刀撑按受拉构件设计。选择双根160a槽钢（利旧），ix=6.28, iy=1.83，满足。没有明确内力故按【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》中的一般规定设置，受拉杆件长细比不大于350，所以槽钢长度L≥640cm用双根，槽钢长度L＜640cm用单根就满足规范要求。
⑥N1基础设计
⑴第二孔RB、RC、RD处支撑住基础设置在路面上，路面承载力σo=600Kpa，拟采用C20混凝土扩大基础。Max (RB、RC、RD)=3295KN，单根支撑住承受最大荷载F=1647.5KN，混凝土压力扩散角按45°，底边长L≥√（1.3×F/600），L≥1.89m，纵向基础底边L取2m，横向两个基础连成条形基础，基础高为75cm。
⑵路面以下由拟采用φ1.5m桩C20混凝土基础桩，τi=30%σo，hi（嵌入地耐力σo=450Kpa的砾石层深度）最大单桩承载力为1527KN。
承载能力N=π×D×hi×σo×30% +π×D2/4×σo≥FMax=1.3（安全系数）×1647.5KN，hi≥2.2m。
所以桩基选用φ1.5m桩，桩深总长不得短于6m，嵌入地耐力σo=450Kpa的砾石层不少于2.2m。若地耐力σo=450Kpa的砾石层埋深较深时，桩长最深不超过10m。桩顶标高如图1所示。
六、施工工艺及方法
1、施工顺序
根据设计文件要求，支架一次搭设，混凝土可以一次浇筑也可以分孔跨浇筑。
2、基础施工时，尽量减少多原状土层破坏，影响低级承载力。开完根据土质判断地层构造，做地基承载力试验，达到本方案设计要求桩身埋入σo=450Kpa的砾石层不少于2.2m时，方能浇筑基础混凝土。
3、安装方法
为保证支撑柱的安装位置准确，N1支撑柱的地脚座板螺栓可不预先埋设，在承台混凝土浇筑后钻孔预埋。
4、支架拆卸方法
在箱梁混凝土纵向预应力张拉后方可拆卸支架，或按设计要求时间进行施工。拆除前，先将要拆除支架与留下支架的连体贝雷桁架轴销拆下，脱离连接。为防止支架倒塌，在拆卸前，通过横向N3主梁，先将N3主梁和N4贝雷桁架梁整体吊在箱梁上。吊装方法：在翼缘板上预留孔洞，采用φ32mm精轧螺纹钢筋锁固到桥面上。再拆卸落架支座，卸掉落架支座后，再放下N3主梁及贝雷桁架梁。再拆卸小方木——竹胶模板，再将贝雷桁架逐排滑移到卸落翼缘板外侧，再使用汽车吊吊下——解体。最后切断支撑柱地脚连接，拆除支撑架。
七、施工注意事项
1、支撑柱的支撑位置、扩大基础及空间安装位置，应准确测量定位，确保支撑柱置于贝雷桁架的设计支撑点，避免承载力不足。
2、I56a工字钢组拼梁及支撑架杆件、组装的焊接焊缝厚度、熔透质量、焊缝长度不得小于设计标准；接长的钢管支撑柱，应采用内衬管+外包箍拼接结构，确保接头同轴及等强度焊接重量。
3、支架预留拱度，应根据支架预压沉落值和箱梁设计预应力预留拱度预留，现场技术人员应取得主体结构设计者的相关资料，酌情考虑。支架的调节高度可根据卸落支座调整。
4、钢管柱的安装支撑点，应确保轴心受压，严禁偏心布置。
5、每孔贝雷桁架梁，与桥墩接触端应与墩身加楔支顶牢固，确保贝雷梁纵向受压不位移。贝雷梁横联。
6、墩顶上的梁底底模模板，建议采用砂浆砌筑红砖胎膜。
7、贝雷桁架进场后，必须逐片检查质量。凡是锈蚀严重、弯曲、开焊、裂缝的，均应加固补焊完好方能使用。达不到质量标准的，严禁使用。
8、轴销孔及螺栓孔均采用电钻成孔，严禁使用乙炔及电焊成孔。
9、直径φ500×12管材的采购质量要严格把关，不得小于设计直径及壁厚，主管技术要认真核对。
八、工程数量
论文作者:田祥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：荷载论文; 钢管论文; 桁架论文; 支架论文; 如图论文; 安全系数论文; 所示论文; 《基层建设》2019年第3期论文;