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摘要：现浇箱梁施工方法主要有满堂式支架法和梁柱式支架法，根据地质条件及设计结构特点具体选择。本文以广东省珠三角城际轨道交通广佛环线项目白沙村1#双线特大桥现浇箱梁为例，讲述现浇箱型梁支架设计理论，利用数学方法确定基本参数，为支架结构标准化设计和建造提供一个参考。
关键词： 现浇箱梁 ；支架体系 ；三弯矩方程 ；标准化
前言
珠三角城际轨道交通项目广佛环线GFHD-2标白沙村1#双线特大桥梁体结构布置形式为1-24m+1-(64+64)m连续梁+1-32m+1-24m+2-32m+1-(40+56+56+40)m连续梁+2-32m，简支梁设计为双线铁路箱梁设计。本文以32m标准型简支梁为例详细讲述支架设计方法。32m标准梁型质量为M=870吨，标称G=900吨。桥墩设计跨度为32.7m，箱梁全长L=32.6m，顶面宽度为b=13.3m。
自珠三角城际轨道交通项目建设以来，由于所处地域特殊，很多箱梁采用支撑架法原位浇筑。现浇支撑架有很多种结构形式，其中采用贝雷桁架梁+型钢支撑柱结构形式的比较普通，支架结构形式呈现多样化，且贝雷桁架梁跨度设置及立柱钢管计算长度设计不合理，导致用量上存在较大差距，很多现浇支撑架用钢量浪费惊人，造成项目亏损严重，确保支架安全的前提下，厉行节约是我们追求的目标。针对高墩多跨现浇简支箱梁，采用贝雷桁架梁+型钢支撑柱的结构形式，在满足相关施工技术规范要求的基础上，保证设计贝雷桁架梁和钢管立柱用量最轻为目标的最佳方案，以便今后采用类似结构时达到共识，同时作为标准化结构进行应用，减少设计弯路。
1.箱梁支架方案概述
高墩现浇简支箱梁常见结构形式为梁柱式结构，支架采用钢管+贝雷梁进行组合设计，力学模型为连续梁结构，是一种常用的结构形式。连续梁结构可以减小结构支座处和跨中弯矩和剪力，梁受力更为合理。本文以贝雷桁架梁四点支撑三跨两次超静定连续梁为例，详细论述支架结构在不同边中跨比值n的情况下，最大正负弯矩、剪力等参数的确定，并利用数学方法进行分析，确定经济边中跨比值n和经济跨度参数l，使梁结构受力更为合理。同时，利用压杆稳定性理论-欧拉临界公式对钢管立柱受力计算理论进行详细论述，确保立柱选型更为合理。一般现浇简支箱梁支架结构如图1所示：
图2-1-三跨连续梁结构力学模型。
3.经济设计参数确定
根据钢管+贝雷片组合式支架结构特点，连续梁结构总长度L不变，当n值变化时，则引起各支座处及各跨跨中弯矩、剪力及支座反力变化。选择合理的跨径长度L及边中跨比n，使其结构内力（包括最大剪力、最大正负弯矩值）满足材料力学准许值，减少纵向贝雷片梁布置数量，达到降低钢材用量的目标。
3.1连续梁内力表达式推导
利用结构力学传统的三弯矩方程法建立方程组进行求解，具体如下：
3.3经济跨度l的构造要求
假设贝雷桁架采用Q235钢，跨度为l，腹杆高度为H，材料弹性模量为E，截面惯性矩为I，承受均布荷载为q（计算时E=205Gpa，材料准许应力f=205MPa。当桁架处于简支梁状态挠度值取时，满足强度及挠度相关要求，则应同时满足和要求，因此，桁架在构造上应满足要求；同理，挠度值取时，则桁架在构造上应满足要求，取单排单层贝雷片桁架高度H=1.5m，则跨度l满足的构造要求，跨度布置较为经济。
4钢管立柱稳定性理论
4.1压杆稳定性计算概述
根据《建筑施工模板安全技术规范》中对压杆稳定性理论论述理解如下：
（1）立柱承载能力是建立在压杆稳定理论上，将立柱与横杆连接点看作是两端“铰接”约束点。
（2）立柱承载能力是选取相邻上下横杆之间的长度为受压计算长度计算的，按照轴心受压杆件进行计算。从支架整体而言，是利用局部立杆承载能力代表整体承载能力。
（3）支架体系的稳定和承载能力是通过其空间x y z方向三维约束实现的，并确保支架体系为空间几何不变体系。
4.2压杆稳定性理论
4.3支撑立柱常用的结构约束
在工程实践中，支架体系立柱计算中假定最多约束结构形式为A类，由于所采用型钢支撑柱横截面刚度有限，一般将底座板固结视为铰接；上端增设纵横连杆视为铰接；实例中尽量采用构造措施确保钢管立柱上下两端铰接（例如：螺栓连接、销轴连接），避免因焊接引起附加弯矩应力和剪应力而造成选材浪费。
在立柱设计中常常会犯如下如下错误：（1）立柱两端按照铰接模型计算，实际立柱顶端缺少x和y方向的连杆约束，钢管立柱为一端自由端和一端铰接的受力状态，实际承载能力远低于计算结果而发生失稳（计算时自由系数β=1，实际自由系数β=2，按照欧拉临界公式可知，临界力降低4倍），在临时结构中不知不觉中改变受力模型，大多数支架坍塌事故皆由此产生；（2）连墙杆件及剪刀撑位置和规格尺寸随意设置，不满足长细比要求，且剪刀撑杆件设计角度不符合受力要求的45°~60°的范围。（3）支架体系本身可以自由活动，属于几何可变体系。（4）计算长度取立柱全长进行计算。
4.4避免立柱失稳的保证措施
为了优化钢管立柱规格，确保立柱安全可靠，避免失稳，应满足如下条件：1、立柱采用轴心受压杆件模型进行检算；2、限制受压两端点的位移（Δx、Δy和Δα）的条件有效，保证计算模型所特定的β系数结构；3、支架体系为几何不变体系（平面结构力学软件-力学求解器内力计算的提前也是如此），在实际工程中，应设置连强杆件将支架体系与永久结构墩身进行刚接，形成整体（将墩身看作刚体），连墙杆件规格应满足长细比要求且角度设置合理。4、杆件计算长度应根据剪刀撑的设置进行选取。
5.支架经济性比选
传统支架设计方法,未充分利用压杆稳定性理论对立柱加强约束,且边中跨比值设置不合理，结构承受内力偏大,纵梁及立柱等型钢选型不合理,造成支架结构结构浪费较大。合理设置边中跨比值,充分考虑压杆稳定性约束作用后，立柱规格由Φ630*8mm改为Φ429*10mm，贝雷片数量减少30片，钢材重量减少12.722吨。单孔支架节省计算如下（1）材料费：12.722*300*2=7633万元；（2）机械台班费及人工费：1800*1+12*300=5400元；（3）合计费用13033元。以珠三角城际广佛环线项目现浇简支梁共84孔为例，预计节省费用约为109.5万元。
6.结论
综上所述，现浇箱梁支架结构优化目标为在满足结构刚度和整体稳定的前提下，减小跨中、支座处弯曲应力和剪应力。在连续梁结构总长度L不变的前提下，当比值n接近0.8时，剪力影响线对应的剪力值最小；当比值n接近1.2时，弯矩影响线对应的弯矩值最小。
在实际工程中，保证结构稳定性前提下，为了优化梁柱式贝雷片结构设计，单孔跨度l满足时较为合理（实际考虑稳定性折减系数），边中跨比值n满足时，贝雷片纵梁数量由剪力控制，结构设计较为经济。同时，支架立柱设计应充分理解欧拉临界公式压杆稳定性原理，否则势必造成材料浪费，支架体系是否安全均得不到正确的判断。
参考文献:
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[4] 黄绍金.刘陌生《装配式公路钢桥多用途使用手册》:人民交通出版社.2001年。
[5] 刘东跃.《施工临时支撑结构专项技术方案》:2013年。
论文作者:刘锋
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/17
标签：支架论文; 立柱论文; 结构论文; 弯矩论文; 桁架论文; 剪力论文; 比值论文; 《防护工程》2019年第3期论文;