现浇预应力连续箱梁支架结构设计技术探讨

现浇预应力连续箱梁支架结构设计技术探讨

【摘 要】本文结合东一路广利河大桥预应力连续箱梁的施工，对预应力连续箱梁支架模板设计、施工工艺作了初步探讨。

【关键词】预应力连续箱梁；支架模板设计；技术探讨

1.箱梁结构形式及特点

广利河大桥采用变截面预应力混凝土连续箱梁，上下行分幅设计，斜交20度布置，单幅桥箱梁采用单箱三室截面，桥面结构顶宽18.99m，底宽14.19m；底板沿分孔线方向水平布置，顶板沿垂直于道路中心线方向单向1.5%横坡布置，沿分孔线方向不断变化；底板沿垂直于道路中心线方向横坡不断变化，沿分孔线方向底板水平布置。箱梁两侧悬臂板宽度2.4m，端部厚20cm，根部厚55cm；顶板厚25cm，底板标准段厚25cm，靠近边墩处底板厚50cm；靠近中墩处底板厚60cm；腹板标准段厚50cm，靠近支点处的腹板厚70cm；中横梁宽3.0m，边横梁宽1.5m；箱梁跨中梁高2.2m，支点梁高4.2m，梁底采用二次抛物线变化。

单幅桥纵向设置四道横梁，主墩处横梁高4.2m，厚3.0m，边墩处横梁高2.2m，厚1.5m。支座间距10.84m。中跨跨中设置一道横隔梁，厚0.4m。

预应力筋均采用φs15.24高强度底松弛钢绞线，标准抗拉强度fpk=1860MPa，预应力锚具采用M15型群锚体系及配套产品。箱梁纵向预应力束包括顶板束、底板束、腹板束及备用束四种，腹板束采用15фs15.20钢绞线张，顶板、底板束采用9фs15.20和7фs15.20钢绞线，张拉控制应力0.75fpk。采用群锚锚具体系。

2.支架与模板设计

2.1支架结构

主梁边跨采用碗扣支架体系。碗扣支架体系由支架基础、Φ48×3 mm碗扣立杆、横杆、斜撑杆、可调节顶托、10×10cm方木做横向分配梁、10×10cm方木做纵向分配梁，15mm竹胶板做底板；模板系统由侧模、底模、芯模、端模等组成。

横杆的步距除去顶托底托位置处为0.6m，其余位置横杆步距均为1.2m；主墩墩顶及横隔板位置支架顺墩柱方向搭设，立杆间距0.3 m（横桥向）×0.3m（顺桥向）；腹板立杆间距0.3m（横桥向）×0.6m（顺桥向）；底板位置立杆间距为0.6m（横桥向）×0.6m（顺桥向）；翼板位置立杆间距为0.9m（横桥向）×0.6m（顺桥向）。

2.2模板与支架计算

箱梁底模采用竹胶板，取各种布置情况下最不利位置进行受力分析。本方案

底模纵肋统一为10×10cm方木，除腹板处间距为20cm外，其余位置间距为30cm，由于腹板处荷载最大，因此仅对腹板处底模进行计算。底模可简化为跨径20cm的多跨梁计算，荷载取板宽1米计算。

2.3立杆稳定性验算

按照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术标规范》（JGJ166-2008）。

支架验算不考虑风荷载组合，按照以下公式进行验算：

N=1.2（Q1+Q2）+1.4[（Q3+Q4）LxLy]<φAfk

式中：Q1-模板支架自重标准值；

Q2-新浇钢筋混凝土自重标准值；

Q3-施工人员设备荷载标准值；

Q4-浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值；

LxLy-为立杆纵横间距；

Q5-风荷载引起的轴向力，根据4.2.2可得Q5=1.076KN

fk-材料抗力的设计值，取205Mpa；

A-杆件截面面积，壁厚3mm面积为4.2412cm2。

φ-压杆稳定系数

在腹板处支架规格为300×600mm，此工况下单根立杆荷载：

N=1.2（Q1+Q2）+1.4[（Q3+Q4）LxLy]

=1.2×（2.35×0.3×0.6+0.3×0.3×0.6+4.2×26×0.3×0.6）+1.4×[（1+1）×0.3×0.6]

=24.66KN

在横梁顶托与底托之间处立杆步距h=1.2m，立杆回转半径i=1.59cm，长细比为λ=h/i=1.2/0.0159=75，查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》附录E，轴心受压立杆的稳定系数φ=0.75。旧支架应力折减系数。

0.85φAfk =0.75×4.2412×102×205×0.85

=55.43 KN≥24.66KN（符合规范要求）

对于顶端顶托以及底部底托部分，其计算长度l0=h+2a计算，h为横杆步距，a为立杆伸出顶层水平杆长度（含顶托不大于60cm）l0=h+2a=60+120=180cm， 长细比为λ=l0/i=1.8/0.0159=113，查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》附录E，轴心受压立杆的稳定系数φ=0.496。旧支架应力折减系数0.85

φAfk =0.496×4.2412×102×205×0.85

=36.65 KN≥24.66KN（符合规范要求）

2.4立杆竖向变形验算

2.5纵横向水平杆及斜杆扣件抗滑验算

支架按照其设计标准规格进行搭设，纵横向水平杆间距均在设计范围之内，且横杆仅起到连接作用，不直接承受荷载，故不再进行单独验算；支架中斜杆主要为连接作用，按照支架构造要求进行设置，故也不再进行验算。

2.6架体抗倾覆验算

最不利状态为模板安装完毕，钢筋安装前。此时风荷载最大，自重荷载较小，支架抗倾覆为最不利状态。对支架抗倾覆采用整体式验算。

支架整体倾覆稳定计算公式为：H/B≤0.5357gk/wk

式中：H为支架高度

B为支架宽度

gk为支架按受风面面积平均分布的自重标准值（KN/m2），

gk=2.35×20.7×41.7/（4×41.7）=12.16kN/m2 为风荷载标准值，WK=0.7μZμS·W0=0.7μzμsω0=0.7×0.74×1.2×0.5=0.311KN/m2

0.5357gK/wk=0.5357×12.16/0.311=20.95

支架高宽比H/B=4/20.7=0.19<20.95

该支架抗倾覆稳定能力良好，满足施工要求。

2.7地基承载力验算

清除原地基表面杂土，砖渣处理，厚30cm，并碾压密实，作为支架基础。在处理好的地基上设置厚度为15cm，标号为C20混凝土垫层。

根据图示作用于地基面的面积为（746×746）mm，由于荷载最大位置立杆间距为（300×600）mm，故实际荷载作用面积小于理论面积，因此荷载地基计算面积取（300×600）mm

立杆最大轴心力N=24.66KN

故立杆最大轴心压力σ=24.66/0.3×0.6=137kpa。

地基容许承载力大于137Kpa即可满足要求。

3.结论

通过以上计算，该支架与模板设计结构在恒载作用下应力及变形均在许可范围之内，同时由于箱梁采用两次浇筑工艺，第一次浇筑完毕后，考虑到梁底板刚度较大，荷载将进行重分布，有一定的安全储备。 [科]