钢管桩支架稳定性计算

占小刚1

（1．中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西 西安 714000，）

摘要：在简支梁整体现浇施工中，支架的安全稳定对桥梁施工安全稳定起到重要的作用。尤其是跨越能力大、高度较高的支架为了满足施工要求，钢管桩支撑结构要求更高。本文结合宁西二线尤河大桥施工项目，通过数据分析和详细的演算分析钢管桩支架的稳定性，同时也为类型工程施工控制提供有效的借鉴经验。

关键词：钢管桩；支架；稳定性。

1.工程概况

本箱梁结构为24.6m预应力混凝土简支箱梁，标准箱梁总长24.6m，箱梁采用单箱单室截面。梁高2.85m，箱梁顶宽12.2m，底宽5.74m，两侧悬臂长2.9m。箱梁顶板厚0.3～0.6m，悬臂根部厚度为0.65m，底板厚0.30～0.7m，腹板厚0.48～1.08m。

2.支架方案

本简支梁是边跨、中跨均采用钢管桩贝雷架的施工方法。横向工字钢上顺桥桥设置贝雷梁，纵向贝雷梁间通过连接杆件进行横向连接，贝雷梁与螺旋焊管上30工字钢支架之间采用U型扣件连接。在墩身高约12.0m处设置抱箍，使其与螺旋焊管之间可靠连接。脚手架采用直径48mm，壁厚3.5mm的钢管，布置原则：立杆纵桥向间距0.6m，横向间距：底板下0.6m，腹板下0.3m。 1

图1 支架架设立面图 图2 支架架设断图

3.计算荷载

3.1 分项荷载

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》相关规定取值3。 3.11 混凝土自重取26.5kN/m3。

3.12支架及附属设备等自重模板及支架自重标准值统一按0.5kN/m2取值； 3.13 施工活荷载

（1） 施工人员机具荷载，按2.0kN/m计； （2） 砼振捣荷载，按2.0kN/m计； （3） 倾倒混凝土荷载，按2.0kN/m计。 3.2 荷载组合

永久荷载的分项系数按照1.2，可变荷载的分项系数按照1.4，验算取跨中截面。

2

2

2

4.钢管立柱及基础检算

4.1钢管立柱检算

立柱用直径为φ530mm，厚度为10mm钢管桩，根据下横梁计算可知，钢管承受轴力最大值为R=1465KN,立柱的最大高度取12m，两端铰接约束条件进行计算。

4.11强度验算

单根钢管支墩Φ530mm×10mm，其能够承受的允许压力

[N]=πDδ[σ]=3.14×0.53×0.01×140000=2343KN>R=1465KN，故满足强度要求。 4.12稳定性验算

钢管的回转半径为

iIAD2d20.184m 4式中：D—钢管外径，d—钢管内径 长细比

ul1.01265.21i0.184

式中：u 杆件长度系数,取u1.0， l 杆件几何长度，取l1200cm

查钢结构设计规范GB50017-2003表C-2，0.858，计算压杆的应力（忽略钢管的自重）

R14651000103MPa140MPa，故稳定性满足规范要求。 A(D2d2)44.2基础局部承压验算

钢管受到最大压力为1465KN，该力直接作用于混凝土承台上，考虑局部承压可能造成破坏，需要对混凝土承台的局部承压进行验算，根据《公路桥涵设计规范》，素混凝土局部承压计算公式为：

Nc≤0.6*β*Ra*Ac

Ra--承台混凝土标号，这里取C25抗压设计强度16.7Mpa； β--混凝土局部承压提高系数，其值通常大于1； Ac—混凝土局部承压面积，Ac=3.14*0.265*0.265=0.22m2 则混凝土局部承压的最小容许承载力为： [Nc]max=0.6*β*Ra=0.6*1*16700*0.22=2204.4KN Nc=1465KN<[Nc]=2204.4KN 混凝土承台局部承压满足要求。

对于钢管立柱支撑在地面上时，通过钢管将上部荷载传给基础和地基，外侧两根钢管传力，R1=R5=763KN，靠近内侧的两根钢管传力R2=R4=1465KN，中间钢管传力R3=1025KN。所以基础承受的总荷载： R=R1+R2+R3+R4+R5=5481KN

下部采用尺寸1×14.4×1m的C25混凝土扩大基础作为承压面，因此基地应力为

R5481114.4126.5407KPa A114.4要求地基承载力必须大于 407kPa，在此处地基承载力要达到407KPa很难处理，因此建议在此处采用扩大基础，基础尺寸采用 2×14.4×1m 的C25混凝土扩大基础作为承压面，重新计算对地基的承载力要求如下：

R5481214.4126.5217KPa A214.4故，建议基础尺寸采用2×14.4×1m 的C25混凝土扩大基础，这样要求地基的承载力必须达到217KPa。

5 模板抗风措施及检算

一般当钢筋绑扎完毕尚未浇筑混凝土时为最不利，本桥建议采用设置地锚及缆风索等构造措施抵抗风荷载作用。

5.1 风荷载标准值

高支模体系的模板加固构造部位受到作用于支撑架顶部构件（梁模板下的大小楞）fm1

及侧模模板（边梁侧模）fm2两部分荷载的作用，应对其分别计算和组合。

（1） 作用在底板模板及大小楞上的风力 作用在底板模板及大小楞的风力fm1。

fm1kAe

式中：① k为风荷载标准值，kzzs0；

z为风振系数，z=1；z为风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规

范》（GB50009-2001）规定采用；s为风荷载体型系数，sCf；式中:为挡风系数，均取1.0；Cf为体型系数，当风向平行模板小楞方向时取2.0，当风向平行模板大楞方向时取2.2。0为基本风压（kN/m），一般情况下按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB

2

50009-2001）附表D.4中n=10年的规定采用，当模板工程施工处于台风、飓风活跃季节及其强劲作用地域时，按n=50年的规定采用。② Ae为迎风面积，AedLf；

式中：d为模板迎风面高度，当风向平行于模板小楞方向时取d1（模板顶至大楞底的垂直距离，见图9（a），当风向平行于模板大楞方向时取d2 （模板顶至小楞底的垂直距离，见图9（b），此时忽略大楞端部挡风效应；Lf为模板迎风面的长度。

（a） 当风向平行于模板小楞方向 b） 当风向平行于模板大楞方向

图3 底模模板风力计算图

（2） 作用在侧面竖向模板上的风力

侧模风力计算时，风力计算同上述公式，当侧模间距不同时，风力计算也不同，主要计算公式规定如下：

① Cf=1.8；

② 取值。对于顺风方向侧模=1.0；对于背风方向侧模：当Lw≤3d1时，当Lw=0；≥8d1时，=1；当3d1③ Ae计算公式中的d均取迎风面侧边模板高度d1。

5.2 模板抗风措施检算

图4 缆风索布置图

风力计算按照每米长度范围内风力大小计算。计算仅计入侧模的风力作用。

s=1.80；kzzs0=1.0×1.00×1.80×0.766=1.379 kN/m2；

Ae=1.0×2.85=2.85m2；fmkAe=1.379×2.85 ×1.4 m2=5.5kN/m。

在侧模顶部和底部共设置两道缆风索，缆风索按照10m间距计算，每道缆风索承受的力为：

F=5.5×10/2=27.5kN；

则抗风措施的安全性检算如下：

缆风索与地锚（1方混凝土）连接，缆风索与地锚成45度夹角，则： 竖向力分力为：19.5kN，不考虑混凝土与土之间的摩擦系数，混凝土容重为26kN>19.5kN，满足要求；

水平分力为：19.5kN，主要由地基土抵抗水平分力，如果在水平分力作用下，混凝土块发生转动，则土抗侧压力强度应达到：[]>2×（19.5/1.0/1.0）=39kPa，基本均能满足要求。

图5 缆风绳锚固措施

6. 研究结论

6.1. 经过现场应用，支架的稳定性都能满足工程需求。

6.2. 经过和传统的满堂支架相比，本支架接头较少，刚度大，搭设方便。 参考文献：

1. 杨勃，梁式支架的应用研究 [J].广州：广东交通职业技术学院, 2010(3):132-133；

2. 李 琨，预应力混凝土连续刚构桥施工控制及合拢技术研究[D].西安：长安大学，2011:34-35； 3. 中华人民共和国住房和城乡建设部,建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范[M]北京：中国建筑工业出版，2009．28－29．

4. 中交公路规划设计院,《公路桥涵设计通用规范》[M]北京：人民交通出版社2004,10 .31-32。 作者简介：

1．占小刚，生于1983年10月，男，陕西渭南人，大学本科，工程师，中国水电建设集团十五工程局有限公司，工程施工与管理。

钢管桩支架的稳定性计算 占小刚1

（1．中国水电建设集团十五工程局有限公司陕西西安 714000，）

摘要：在简支梁整体现浇施工中，支架的安全稳定对桥梁施工安全稳定起到重要的作用。尤其是跨越能力大、高度较高的支架为了满足施工要求，钢管桩支撑结构要求更高。本文结合宁西二线尤河大桥施工项目，通过数据分析和详细的演算分析钢管桩支架的稳定性，同时也为类型工程施工控制提供有效的借鉴经验。

关键词：钢管桩；支架；稳定性。 1.工程概况

本箱梁结构为24.6m预应力混凝土简支箱梁，标准箱梁总长24.6m，箱梁采用单箱单室截面。梁高2.85m，箱梁顶宽12.2m，底宽5.74m，两侧悬臂长2.9m。箱梁顶板厚0.3～0.6m，悬臂根部厚度为0.65m，底板厚0.30～0.7m，腹板厚0.48～1.08m。

2.支架方案

本简支梁是边跨、中跨均采用钢管桩贝雷架的施工方法。横向工字钢上顺桥桥设置贝雷梁，纵向贝雷梁间通过连接杆件进行横向连接1，贝雷梁与螺旋焊管上30工字钢支架之间采用U型扣件连接。在墩身高约12.0m处设置抱箍，使其与螺旋焊管之间可靠连接。脚手架采用直径48mm，壁厚3.5mm的钢管，布置原则：立杆纵桥向间距0.6m，横向间距：底板下0.6m，腹板下0.3m，两侧翼缘板及作业平台下0.9m；横杆竖向间距1.2m，横杆长度与立杆纵横向间距相一致。

图1 支架架设立面图 图2 支架架设断图 3.计算荷载 3.1 分项荷载

根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》相关规定取值3。 3.11 混凝土自重取26.5kN/m3。

3.12支架及附属设备等自重模板及支架自重标准值统一按0.5kN/m2取值； 3.13 施工活荷载

（1） 施工人员、施工料具、运输荷载，按2.0kN/m2计； （2） 水平模板的砼振捣荷载，按2.0kN/m2计； （3） 倾倒混凝土冲击荷载，按2.0kN/m2计。 3.2 荷载组合

永久荷载的分项系数，取1.2，可变荷载的分项系数，取1.4。验算取跨中截面。

4.钢管立柱及基础检算 4.1钢管立柱检算

立柱采用φ530mm钢管，厚度为10mm，根据下横梁计算结果知，钢管承受最不利荷载其轴力最大值为R=1465KN,由于钢管立柱之间有斜撑杆和横向联系杆件，所以立柱的最大高度取12m，按两端铰接计算。

4.11强度验算

单根钢管支墩Φ530mm×10mm，其承受的允许压力 [N]=πDδ[σ]=3.14×0.53×0.01×140000=2343KN>R=1465KN 故满足强度要求。 4.12稳定性验算 钢管的回转半径为

式中：D—钢管外径，d—钢管内径 长细比

式中： 杆件长度系数,取， 杆件几何长度，取

查钢结构设计规范GB50017-2003表C-2，，计算压杆的应力（忽略钢管的自重） ，故稳定性满足规范要求。 4.2基础局部承压验算

钢管受到最大压力为1465KN，该力直接作用于混凝土承台上，考虑局部承压可能造成破坏，需要对混凝土承台的局部承压进行验算，根据《公路桥涵设计规范》，素混凝土局部承压计算公式为：

Nc≤0.6*β*Ra*Ac

Ra--承台混凝土标号，这里取C25抗压设计强度16.7Mpa； β--混凝土局部承压提高系数，其值通常大于1； Ac—混凝土局部承压面积，Ac=3.14*0.265*0.265=0.22m2 则混凝土局部承压的最小容许承载力为： [Nc]max=0.6*β*Ra=0.6*1*16700*0.22=2204.4KN Nc=1465KN<[Nc]=2204.4KN 混凝土承台局部承压满足要求。

对于钢管立柱支撑在地面上时，通过钢管将上部荷载传给基础和地基，外侧两根钢管传力，R1=R5=763KN，靠近内侧的两根钢管传力R2=R4=1465KN，中间钢管传力R3=1025KN。所以基础承受的总荷载：

R=R1+R2+R3+R4+R5=5481KN

下部采用尺寸1×14.4×1m的C25混凝土扩大基础作为承压面，因此基地应力为

要求地基承载力必须大于 407kPa，在此处地基承载力要达到407KPa很难处理，因此建议在此处采用扩大基础，基础尺寸采用 2×14.4×1m 的C25混凝土扩大基础作为承压面，重新计算对地基的承载力要求如下：

故，建议基础尺寸采用2×14.4×1m 的C25混凝土扩大基础，这样要求地基的承载力必须达到217KPa。 5 模板抗风措施及检算

一般当钢筋绑扎完毕尚未浇筑混凝土时为最不利，本桥建议采用设置地锚及缆风索等构造措施抵抗风荷载作用。

5.1 风荷载标准值

高支模体系的模板加固构造部位受到作用于支撑架顶部构件（梁模板下的大小楞）及侧模模板（边梁侧模）两部分荷载的作用，应对其分别计算和组合。

（1） 作用在底板模板及大小楞上的风力 作用在底板模板及大小楞的风力。 式中：① 为风荷载标准值，；

为风振系数，=1；为风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）规定采用；为风荷载体型系数，；式中:为挡风系数，均取1.0；为体型系数，当风向平行模板小楞方向时取2.0，当风向平行模板大楞方向时取2.2。为基本风压（kN/m2），一般情况下按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）附表D.4中n=10年的规定采用，当模板工程施工处于台风、飓风活跃季节及其强劲作用地域时，按n=50年的规定采用。② 为迎风面积，；

式中：为模板迎风面高度，当风向平行于模板小楞方向时取d1（模板顶至大楞底的垂直距离，见图9（a），当风向平行于模板大楞方向时取d2 （模板顶至小楞底的垂直距离，见图9（b），此时忽略大楞端部挡风效应；为模板迎风面的长度。

（a） 当风向平行于模板小楞方向 b） 当风向平行于模板大楞方向 图3 底模模板风力计算图 （2） 作用在侧面竖向模板上的风力

侧模风力计算时，风力计算同上述公式，当侧模间距不同时，风力计算也不同，主要计算公式规定如下：

① =1.8；

② 取值。对于顺风方向侧模=1.0；对于背风方向侧模：当≤3时，=0；当≥8时，=1；当3<<8时，取线性插值。

③ 计算公式中的均取迎风面侧边模板高度。 5.2 模板抗风措施检算 图4 缆风索布置图

风力计算按照每米长度范围内风力大小计算。由于底模和翼缘板模板为水平放置，风荷载作用值较小，且其重力作用下，可以抵抗风荷载作用，施工中应采取一定的压重等措施保证翼缘板模板和底模的抗风稳定性。计算仅计入侧模的风力作用。

=1.80；=1.0×1.00×1.80×0.766=1.379 kN/m2； =1.0×2.85=2.85m2；=1.379×2.85 ×1.4 m2=5.5kN/m。

在侧模顶部和底部共设置两道缆风索，缆风索按照10m间距计算，每道缆风索承受的力为： =5.5×10/2=27.5kN； 则抗风措施的安全性检算如下：

缆风索与地锚（1方混凝土）连接，缆风索与地锚成45度夹角，则：

竖向力分力为：19.5kN，不考虑混凝土与土之间的摩擦系数，混凝土自重为26kN>19.5kN，满足要求； 水平分力为：19.5kN，水平分力主要由地基土抵抗，在水平分力作用下，假设混凝土块绕其高度中点发生转动，则土抗侧压力强度应达到：>2×（19.5/1.0/1.0）=39kPa，一般土的承载力均能满足要求。

图5 缆风绳锚固措施 6. 研究结论

6.1. 经过现场应用，支架的稳定性都能满足工程需求。

6.2. 经过和传统的满堂支架相比，本支架接头较少，刚度大，搭设方便。