周京命
广东恒州路桥建设有限公司 512000
摘要：桥梁工程上部结构现浇施工支架类型多样，我们应根据桥梁所处的地形地貌特点，因地制宜地采用经济合理、安全可靠、施工便利的支架设计方案。本文介绍墩台自承式和门式脚手架钢支架组合的支架设计方案在桥梁工程实践中的应用，探讨现浇桥梁工程上部结构支架搭设方案的灵活性、多样性、实用性。
关键词：桥梁工程；上部结构；支架；设计方案
现浇上部结构梁（板）是桥梁工程设计和施工的方案之一，而支架设计是实施现浇梁（板）的重要环节。因此，我们应根据桥梁所处的地形地貌，如跨越河流、山谷、通道等实际情况，因地制宜地采用不同的支架设计方案，既要考虑经济实用，又要确保安全可靠，便于施工，能满足跨越障碍物的要求。本文通过大陂河桥上部结构支架设计方案的工程实例，探讨现浇桥梁工程上部结构支架搭设方案的灵活性、多样性、实用性。
一、工程概况
大陂河桥跨越韶关市浈江区新韶镇黄金村大陂河，桥梁中心桩号为K2+932.8。该桥长35.08m，桥宽26m，分左、右幅，每幅宽度12.99m；桥梁下部结构为柱式台，桩柱式桥墩，墩、台桩径均为D100cm的钻孔灌注桩基础（嵌岩桩），桥台台帽宽1.2m，高1.2m；桥墩桩顶设0.6m×1.0m系梁，墩柱顶接盖梁，盖梁高0.9m，宽1.1m；上部结构为9.5m+11.0m+9.5m共三跨的现浇钢筋砼实心板，实心板厚0.6m。
二、现浇实心板支架设计
1、支架搭设方案
1）、第二跨支架搭设方案
该桥上构共三跨，边跨在河岸陆地上，地面距桥底约3.0m，中间跨在河道中，河中水深约1.5m。根据施工图设计方案，实心板采用搭设支架现浇的方法施工,左、右幅纵向三跨连续整体一次现浇成型（左、右幅分步实施，即左幅完工并通车后，再进行右幅施工）。根据施工现场的实际情况，第二跨在河道中，为保障河水的畅顺流通，需搭设跨越河道的实心板现浇施工支架，施工难度较大，是上部结构施工的重点、难点。经过方案比选，第二跨实心板现浇施工支架采用墩台自承式和门式脚手架钢支架组合的搭设方案（见图A,图B）：
（1）、利用1#、2#墩立柱作为承重结构，立柱施工时在每根立柱距系梁顶40cm的立柱中心位置预留纵向与道路中心线平行的?130mm贯穿立柱的插销孔，该插销孔用于放置16Mn?120mm，长1700mm的盖梁、现浇实心板支架承重钢棒。插销孔待支架拆卸取出钢棒后，用环氧树脂砼填塞满插销孔。（2）、在每墩立柱预留插销孔安放钢棒，钢棒外露立柱前后各35cm。在钢棒上前后各支承一根长1360cm的63#工字钢作为支架承重横梁。两根工字钢夹紧立柱并用高强螺杆或其它钢件联结牢固。（3）、在工字钢上安放14排单层（单层高度为1.5m）贝雷梁作为支架的承重纵梁。贝雷梁横向间距在立柱位置为120cm，其它位置为90cm。每排贝雷梁由4片贝雷桁架联结而成，每排贝雷梁用槽钢或其它钢件联结牢固。（4）、在纵梁上横向设置间距为60cm的25#槽钢，每根长1360cm，共需17根。槽钢与贝雷梁用高强螺丝联结牢固。（5）、在25#槽钢上设置高度为914mm，宽度为1219mm的门式钢管脚手架，脚手架纵向间距均为60cm，为使脚手架顶托间距均约为60cm，确保实心板底模板受力均匀，横向每一排脚手架必须二个重置一半。（6）、在脚手架顶托上纵向设置间距为60cm、断面尺寸为12cm*12cm松木方条，在12cm*12cm的纵向方木条上设置横向间距为30cm、断面尺寸为10cm*10cm的松木方条。在顶方木上放置18mm厚的胶合板作为现浇实心板的底模。
2）、第一、三跨支架搭设方案
第一、三跨在河岸陆地上，搭设现浇实心板施工支架较为简单、方便。经综合考虑，第一、三跨支架搭设仍采用贝雷纵梁支承脚手架的搭设方案,即贝雷桁架及以上支模方案、方法、工艺流程与第二跨相同。贝雷纵梁在桥墩处仍采用63a工字钢作为支承横梁，在桥台处和每跨跨中处设置断面尺寸为80cm宽×60cm高，长度为1360cm的C20钢筋砼枕梁作为纵向贝雷桁架的支承横梁。（枕梁下地基承载力不小于200kpa）。
2、支架主要节点的强度验算
2.1支架用材料、数量及有关技术参数
1）、钢棒 采用?120mm的16Mn钢材，1700mm/根，共6根。查《公路桥涵设计规范》，16Mn钢材的容许剪应力［τ］=120Mpa。
2)、63a工字钢 理论重量为121.407kg/m，截面面积A=154.658cm2，截面系数Wx=2980cm3，惯性矩IX=93900cm4，半截面面积矩Sx=1732cm3，腰厚度d=13mm，工字钢1360cm/根 ，1651.14kg/根，需用4根，共长54.4m，累计重量6604.54kg。
3）、贝雷桁架 每排贝雷梁由四片贝雷桁架联接而成，每片桁架长3.00m，高1.5m，重量350kg(含连接销、连接钢件等重量)。共14排贝雷梁，每排重量4*350=1400kg，需用贝雷桁架56片，累计重量19600kg。查《装配式公路钢桥手册》，贝雷桁架容许弯矩［M］=788.2KN·m,容许剪力［Q］=245.2KN。
4）、25a槽钢 理论重量27.41kg/m，1360cm/根，372.78kg/根，需用17根，累计重量6337.2kg。查《钢结构材料手册》，Wx=270cm3，Wy=30.6cm3，Ix=3370cm4，Iy=176cm4 。查《公路桥涵设计规范》，A3钢容许弯应力［σw]=145Mpa，容许剪应力［τ］=85Mpa。
5）、钢管脚手架 规格为1219mm宽*914mm高，纵向17排，横向12排，需用17*12=204个,底座、顶托各408个。?48*3.0mm钢管的截面积A=4.24cm2，惯性矩I=10.78cm4，截面模量W=4.40cm3。
6）、12cm*12cm、10cm*10cm方木及18mm厚胶合板一批。查《公路桥涵设计规范》，松木容许顺纹弯应力［σw]=12Mpa，容许弯曲剪应力［τ］=1.9Mpa，弹性模量E=9×103Mpa。
2.2荷载取值
1)、实心板砼26KN/m3。第一、三跨实心板砼荷载为9.5m长×12.99m宽×0.6m厚×26KN/m3=1925.12KN，第二跨实心板砼荷载为11.0m长×12.99m宽×0.6m厚×26KN/m3=2229.08KN。
2）、施工人员及设备3.5KN/m2。
3）、模板、方木、脚手架1.5KN/m2。
4）、25a槽钢1.0KN/m2。
5）、贝雷桁架3.5KN/片（含连接销、连接钢件等），纵向每排用4片桁架，每排贝雷梁荷载14KN。
6）、63a工字钢121.407kg/m。
2.3、受力计算
1）、钢棒
（1）、钢棒在63a工字钢作用下的受力计算
作用于工字钢上的荷载采用叠加取得，且均按1.25的提高系数确定，作用力计算如下：
P1=1.25（（0.9（作用于支点P1、P2上面的实心板宽度）×11（作用于支点P1、P2上面的实心板长度）×0.6（板厚）×26（砼容重））/4（砼荷载）+（0.9×11×3.5）/4（人员、设备荷载）+（0.9×11×2.5）/4（槽钢、脚手架荷载）+14/2（贝雷梁荷载））=75.58KN
P2=1.25（（0.9+1.2）×11×0.6×26/4+（0.9+1.2）×11×3.5/4+（0.9+1.2）×11×2.5/4+14/2）=164.67KN
P3=1.25（（1.2+0.9）×11×0.6×26/4+（1.2+0.9）×11×3.5/4+（1.2+0.9）×11×2.5/4+14/2）=164.67KN
P4=1.25（（0.9+0.9）×11×0.6×26/4+（0.9+0.9）×11×3.5/4+（0.9+0.9）×11×2.5/4+14/2）=142.41KN
P5=1.25（（0.9+0.9）×11×0.6×26/4+（0.9+0.9）×11×3.5/4+（0.9+0.9）×11×2.5/4+14/2）=142.41KN
P6=1.25（（0.9+0.9）×11×0.6×26/4+（0.9+0.9）×11×3.5/4+（0.9+0.9）×11×2.5/4+14/2）=142.41KN
P7=1.25（（0.9+1.2）×11×0.6×26/4+（0.9+1.2）×11×3.5/4+（0.9+1.2）×11×2.5/4+14/2）=164.67KN
由于RB2左右对称，故P8=P7=164.67KN,P9=P10=P11=142.41KN，P12=P13=164.67KN，P14=P1=75.58KN。
ΣP=
P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8+P9+P10+P11+P12+P13+P14=1993.64KN
b、钢棒在除工字钢外其它荷载作用下的受力计算
由ΣMB2左（F）=0
6.3P1+5.4P2+4.2P3+3.3P4+2.4P5+1.5P6+0.6P7-4.8RA2=0
6.3×75.58+5.4×164.67+4.2×164.67+3.3×142.41+2.4×142.41+1.5×142.41+0.6×164.67-4.8RA2=0
得RA2=662.74KN RC2=RA2=662.74KN
RB2=ΣP-RA2-RC2=1993.64-2×662.74=668.16KN
c、钢棒的受力叠加
ΣRA=RA1+RA2=5.83+662.74=668.57KN,ΣRC=ΣRA=668.57KN
ΣRB=RB1+RB2=4.8+668.16=672.96KN
（3）、钢棒抗剪强度验算
从上述钢棒受力计算可知，B钢棒受力最大，因此对B钢棒进行抗剪强度验算
τB=ΣRB/A=672.96×1000/（3.1415×1202/4）
=59.50Mpa A－钢棒截面积
查《公路桥涵设计规范》得知16Mn钢的容许剪应力［τ］=120Mpa
τB＜［τ］ 故钢棒满足抗剪强度要求
2）、工字钢抗弯、抗剪强度及挠度验算
工字钢在荷载作用下的受力情况如下图3所示
(1)、抗弯强度验算
工字钢梁对应受力断面的弯矩值计算如下：
M1=0
M2=0.9P1=0.9×75.58=68.02KN·m
MA=1.5P1+0.6P2=1.5×75.58+0.6×164.67=212.17KN·m
M3=2.1P1+1.2P2-0.6ΣRA=2.1×75.58+1.2×164.67-
0.6× 668.57=-44.82KN·m
M4=3P1+2.1P2+0.9P3-1.5ΣRA=3×75.58+2.1×164.67
+0.9×164.67-1.5× 668.57=-282.11KN·m
M5=3.9P1+3P2+1.8P3+0.9P4-2.4ΣRA=3.9×75.58+3×164.67
+1.8×164.67+0.9×142.41 -2.4× 668.57=-391.22KN·m
M6=4.8P1+3.9P2+2.7P3+1.8P4+0.9P5-3.3ΣRA
=4.8×75.58+3.9× 164.67+2.7×164.67+1.8×142.41
+0.9× 142.41 -3.3× 668.57=-372.17KN·m
M7=5.7P1+4.8P2+3.6P3+2.7P4+1.8P5+0.9P6-4.2ΣRA
=5.7×75.58+4.8×164.67+3.6×164.67+2.7×142.41
+1.8× 142.41+0.9× 142.41 -4.2× 668.57=-224.95KN·m
MB=6.3P1+5.4P2+4.2P3+3.3P4+2.4P5+1.5P6+0.6P7-4.8ΣRA
=6.3×75.58+5.4×164.67+4.2×164.67+3.3×142.41
+2.4× 142.41+1.5× 142.41+0.6×164.67
-4.8× 668.57=-28.00KN·m
M8=6.9P1+6.0P2+4.8P3+3.9P4+3.0P5+2.1P6+1.2P7
-5.4ΣRA-0.6ΣRB
=6.9×75.58+6×164.67+4.8×164.67+3.9×142.4
+3×142.41+2.1×142.41+1.2×164.67
-5.4×668.57-0.6×672.96=-234.82KN·m
由于断面B左右受力对称，因此从上述计算数据得知，工字钢的断面5、10弯矩值最大
σ=M5/Wx=391.22×1000×1000/（2980×1000）=131.28Mpa
查《公路桥涵设计规范》A3号钢容许弯应力［σ］=145Mpa
σ＜［σ］ 满足抗弯强度要求
（2）、抗剪强度验算
工字钢梁对应受力的剪力计算如下：(取断面右侧为研究对象)
Q1=-75.58KN ，Q2=-240.25KN，QA=428.32KN，Q3=263.65KN，Q4=121.24KN，Q5=-21.17KN，Q6=-163.58KN,Q7=-328.25KN,
QB=344.71KN,Q8=180.04KN,Q9=37.63KN。
由于断面B左右受力对称，因此从上述计算数据得知，工字钢的断 面A、B剪力值最大
τ=QASx/(dIx)=428.32×1000×1732/(13×93900×10)=60.77Mpa
查《公路桥涵设计规范》 A3号钢容许剪应力［τ］=85Mpa
τ＜［τ］ 满足抗剪强度要求
（3）、挠度验算
取工字钢AB段为研究对象，其跨中挠度最大。假定P3～P7荷载总和均布作用在AB梁段上，则q=（P3+P4+P5+P6+P7）/l=（2×164.67+3×142.41）/4.8=157.62KN/m。AB段受力情况如图4所示
根据作用在贝雷梁的荷载分布情况，第P2、P3、P7、P8、P12、P13排贝雷梁承受的荷载相同，且为最大。取其中的第P2排为研究对象。
作用在贝雷梁上的均布荷载：
q=（2P2-14）/10=(2×164.67-14)/10=31.53KN/m
式中14KN为第P2排贝雷桁架自重，10m为贝雷梁支点距离。
强度验算：
贝雷梁跨中弯矩最大 Mmax=ql2/8=31.53×102/8=394.13KN·m
支点处剪力最大Qmax=ql/2=31.53×10/2=157.65KN
Mmax＜［M］=788.2KN·m,
Qmax＜［Q］=245.2KN ，故贝雷梁抗弯、抗剪强度均满足要求。
挠度验算：Vmax（跨中挠度）=5ql4/(384EI)
式中：q-作用于贝雷梁的均布荷载，q=31.53KN/m；
L-支点距离，L=10000mm；
E-钢材的弹性模量，E=2.1×105Mpa；
I-贝雷桁架片惯性矩，I=283000cm4。查《装配式公路钢桥手册》
Vmax（跨中挠度）=5ql4/(384EI)
=5×31.53×1000/1000×100004/(384×2.1×105×283000×104)
=6.9mm＜l/600=10000/600=16.7mm， 满足刚度要求。
4）、25a槽钢强度验算
在桥台桩基处，贝雷梁排距为1.3m，支承在该贝雷梁上的25a槽钢承受的荷载最大。25a槽钢在荷载作用下其受力如图6所示
作用在1.3m长25a槽钢的荷载P=P1+P2：
P1（砼荷载）=1.25（提高系数）×1.3m（横桥向宽度）×0.6m（顺桥向宽度）×0.6m（实心板厚度）×26KN/m3（砼容重）=15.21KN；
P2（施工人员及设备、模板、方木、脚手架等荷载）=1.25（提高系数）×1.3m（横桥向宽度）×0.6m（顺桥向宽度）×（3.5KN/m2+1.5KN/m2）=4.875KN。
P=P1+P2=15.21+4.875=20.085KN，均布荷载q=20.085/1.3=15.45KN/m
剪力Qmax=P/2=10.04KN，弯矩Mmax=ql2/8=15.45×1.32/8=3.26KN·m
（1）、抗弯强度验算
抗弯强度σw=Mmax/Wy=3.26×1000×1000/（30.6×1000）=106.54KN·m
σw＜［σw]=145Mpa，满足抗弯强度要求。
（2）、抗剪强度验算
查《钢结构材料手册》，25a槽钢的相关技术参数：Iy1=322cm4，A=35cm2,b=250mm,Z0=2.07cm,Sm=A·Z0，Iy=176cm4。
抗剪强度τ=Q·Sm/（b·Im）
式中：Q-剪力，Q=10.04KN；Sm-计算截面中性轴以上毛截面面积对中性轴的面积矩，Sm=A·Z0；b-计算截面中性轴处的截面宽度；Im-计算截面的毛截面惯性矩，Im=Iy1。
τ=Q·Sm/（b·Im）=10.04×1000×35×100×2.06×10/(250×322×104)=0.899Mpa＜［τ］=85Mpa,满足抗剪强度要求。
（3）、挠度验算
Vmax（跨中挠度）=5ql4/(384EIy)
=5×15.45×1000/1000×13004/（384×2.1×105×176×104）
=1.55mm＜l/600=1300/600=2.17mm，满足刚度要求。
5）、钢管脚手架强度验算
作用在钢管脚手架单根立杆的荷载P=P1+P2：
P1（砼荷载）=1.25（提高系数）×0.6m（横桥向宽度）×0.6m（顺桥向宽度）×0.6m（实心板厚度）×26KN/m3（砼容重）=7.02KN；
P2（施工人员及设备、模板、方木等荷载）=1.25（提高系数）×0.6m（横桥向宽度）×0.6m（顺桥向宽度）×（3.5KN/m2+1.5KN/m2）=2.25KN。
P=P1+P2=7.02+2.25=9.27KN。
查《公路桥涵设计通用规范》，A3钢容许轴向压应力［σa]=140Mpa，则钢管脚手架单根立杆容许轴向压力［P]=［σa]·A=140×4.24
100=59360N=59.4KN，P＜［P]，满足抗压强度要求。
6）、12cm×12cm方木强度验算
方木在荷载作用下其受力如图7所示
作用在方木上的荷载P=P1+P2：
P1（砼荷载）=1.25（提高系数）×0.6m（横桥向宽度）×0.6m（顺桥向宽度）×0.6m（实心板厚度）×26KN/m3（砼容重）=7.02KN；
P2（施工人员及设备、模板、方木等荷载）=1.25（提高系数）×0.6m（横桥向宽度）×0.6m（顺桥向宽度）×（3.5KN/m2+1.0KN/m2）=2.03KN。
P=P1+P2=7.02+2.25=9.05KN，均布荷载q=P/l=9.05/0.6=15.08KN/m。
剪力Qmax=P/2=4.53KN，弯矩Mmax=ql2/8=15.08×0.62/8=0.68KN·m
（1）、抗弯强度验算
抗弯强度σw=Mmax/Wy=Mmax/（a3/6）=6×0.68×1000×1000/（1203）=2.36Mpa＜［σw]=12Mpa，满足抗弯强度要求。
（2）、抗剪强度验算
抗剪强度τ=Q·Sm/（b·Im）
式中：Q-剪力，Q=4.53KN；Sm-计算截面中性轴以上毛截面面积对中性轴的面积矩，Sm=A·Z0，A=a×a/2(方木中性轴以上毛截面面积)，Z0=a/4（方木中性轴以上毛截面面积形心至中性轴的距离）；b-计算截面中性轴处的截面宽度，b=a=12cm（方木宽度）；Im-计算截面的毛截面惯性矩，Im=Ix=a4/12。
τ=Q·Sm/（b·Im）=Q·A·Z0/（a·Ix）=Q·×a×a/2×a/4/(a·a4/12)=3Q/(2a2)=3×4.53×1000/（2×1202）=0.47Mpa＜［τ］=1.9Mpa,满足抗剪强度要求。
(3)、挠度验算
Vmax（跨中挠度）=5ql4/(384EIx)
=5×15.08×1000/1000×6004/（384×9×103×1204/12）
=0.16mm＜l/600=600/600=1.0mm，满足刚度要求。
三、结束语
本支架设计方案经过专家组审查论证通过，并于2016年10月至11月实施，实践证明该方案安全可靠，结构简单，经济实用，施工便利，可为类似地形地貌的桥梁上部结构现浇施工支模方案提供较好的借鉴作用。
参考文献
1、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；
2、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
3、《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ128-2000）；
4、《装配式公路钢桥手册》；
5、《钢结构材料手册》。
论文作者:周京命
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/29
标签：荷载论文; 支架论文; 截面论文; 实心论文; 强度论文; 工字钢论文; 脚手架论文; 《防护工程》2018年第15期论文;