钢筋混凝土简支梁桥现浇施工支架形式选择

钢筋混凝土简支梁桥现浇施工支架形式选择

盖梁通常安装在墩顶。它是钢筋混凝土简支桥的主要支撑部分，也是梁板的支撑平台。盖梁一般采用现浇施工,其施工质量不仅取决于混凝土配合比与浇注方法,而且在很大程度上取决于采用的支架。只有选择了正确的支架,才能保证施工过程中支架能抵抗混凝土自重和施工荷载,操作人员能安全地进行各种施工作业,才能确保施工质量和安全,杜绝因支架变形发生模板漏浆、结构变形、混凝土开裂等的质量通病,杜绝模板支架倒塌等安全事故。盖梁现浇施工的支架形式,主要有自落地支架式、抱箍挑架式和埋设托架式等。自落地支架式,即在盖梁下部的地面上立钢管支柱,搭成满堂支架,然后在支架上设可调托盘、方木及模板,见图1所示。抱箍挑架式,即在盖梁下的墩柱顶上套钢抱箍,拧紧抱箍连接螺栓,然后利用抱箍牛腿搭设支架纵梁、横梁、铺设模板,见图2所示。埋设托架式,为在墩柱顶部预留水平孔,待墩柱混凝土拆模并有一定的强度后,向预留孔中穿入钢锭(一般采用钢棒),然后利用型钢两端悬臂部分,搭设纵梁、横梁、铺设模板,见图3所示。支架形式的选择,应考虑现场施工条件与盖梁的高度,还应考虑经济成本,尽量能就地取材。由于关系到现浇盖梁的施工质量、操作安全和经济性,因此正确选择支架,成为在简支梁桥施工过程中的一项任务。1般支架所受的荷载在进行支架的设计之前,应先分析和计算支架所承受的荷载。通常支架所承受的荷载包括:模板自重、新浇注钢筋混凝土重量、施工人员和运输工具重量、倾倒和振捣混凝土产生的荷载及支架自重。荷载分项安全系数取1.2,抱箍安全系数取1.4。1.1混合件截面抵抗矩和截面积计算各种支架中,模板下、支架顶的纵、横梁的设计计算大同小异,一般可将之当作简支梁,计算简图与计算式见表1。设计计算时,先初选构件类型(如方木、槽钢或工字钢等),再根据最大弯矩或最大剪力,计算出并选择构件型号及截面尺寸,最后验算构件的挠度。W=Mmax/[σw](1)A=Qmax/[τ](2)式中:W和A为计算构件的截面抵抗矩和截面积;[σw]和[τ]为计算构件的弯曲抗压强度和抗剪强度。1.2立杆最大荷载验算及抗压强度的确定自落地支架主要计算支架立杆的轴心抗压强度及稳定性,立杆可简化为两端简支的轴心受压构件,先初选构件类型,如钢管、型钢或门式架等,再根据底模纵横梁初步设定支架立杆间距。根据施工荷载计算立杆最大竖向荷载,再根据立杆最大荷载验算立杆最大受压强度是否满足要求,若不满足强度要求,调整支架立杆间距后再进行验算,直到满足要求。最后验算抗压稳定性和水平联系杆的竖向间距(即水平联系杆的道数),并按构造要求设计扫地杆、剪刀撑和缆风绳等。立杆最大受压强度和抗压稳定性按下式计算:σ=N/A≤1.2[σa](3)H=P(EI/A[σa])/2(4)式中:A和N为计算构件的截面积和所承受的轴向压力;H为其受压计算高度(上下两道水平联系杆的竖向间距);[σa]为计算构件的轴心抗压强度。如盖梁离地面高度较高,所在地基本风压又较大,计算中还应考虑风载,并验算剪刀撑和缆风绳。1.3抱再螺栓发酵应力随高抱箍所能承受的竖向荷载由抱箍与墩柱之间的摩擦力平衡,其摩擦系数由墩柱面的平整度和粗糙度确定,一般可取为μ=0.3～0.5。摩擦力可由下式计算:F=μ·N(5)式中:N为抱箍对墩柱的垂直压力,可由螺栓的拧紧力确定,抱箍螺栓宜采用高强螺栓。设计时应选择拧紧螺栓的数量,并验算其抗剪强度,同时应验算抱箍牛腿钢板的局部抗剪强度和抗挤压强度。1.4截面积验算预埋托架的设计,除选择计算纵横梁外,还应对埋设钢锭的规格和截面积进行计算,计算简图见图4所示,计算出最大弯矩、剪力和支座处挠度,并以此按式(1)、式(2)进行验算。2按施工荷载计算适用法律支架各种支架的适用情况和注意事项见表2。自落地支架可采用钢管、型钢或门式架等。根据施工荷载经计算选用。无论采用何种支架,施工时都应按计算挠度值设预拱度,并应搭设有足够宽度的操作面(一般每边不小于1m)和高度不小于1.2m的周边护栏;各种支架的护栏边,都应满挂密目安全网,以防止高空坠落。3施工支架设计云南新河高速公路设计双幅路面总宽度为24.5m,我单位承建的第二合同段有特大桥2座,大桥8座。线路紧邻G326国道,沿红河左岸山坡坡麓布线,线路7次跨越G326国道。桥梁下部结构由于受地形影响,墩柱结构类型较多,本合同段盖梁有5种类型、共计241片。由于线路沿山坡坡麓布线,各桥梁下部地形横向、纵向起伏均较大,自落地支架安装极不方便。为方便支架搭设,施工时圆墩柱盖梁采用抱箍挑架式支架,矩形方柱、薄壁墩盖梁采用托架式支架。在上述工程的施工过程中,经过分析计算,所有241片盖梁施工支架采用的抱箍挑架式和托架式支架都取得了成功。现以甘坡1号大桥第11～16号墩整幅桥大跨度预应力混凝土盖梁施工支架(采用抱箍挑架式)的设计计算做简单介绍。盖梁长为23.8m,跨度为14m,悬臂长为4.9m,截面为T字形,顶宽2.4m、底宽1.2m,混凝土总方量为78.56m3,下部圆柱直径为2.2m,每延米自重荷载82.5kN/m(未计入荷载分项安全系数1.2),截面见图5所示。3.1已材料的荷载在计算前,横梁初步选用普通热轧工字钢,间距为0.5m,其弯曲抗压强度[σw]=210MPa,抗剪强度[τ]=120MPa。横梁计算简图见图6所示,跨度b=2.4m,均布荷载q=68.75kN/m(未计入荷载分项安全系数1.2)。把以上数据依次代入相应横梁计算式得:Mmax=52kN·m,Qmax=49.5kN、W=247.2cm3、A=41.2cm2(已考虑荷载分项系数)。横梁间距30cm,每米有3.3根同时受力,按以上计算的纵梁W和A的数值选取Ⅰ12工字钢,其W=77.4cm3、A=18.1cm2、I=488cm4、弹性模量E=2.1×105MPa,理论重量为14.21kg/m。由以上数据,计算横梁最大挠度fmax=0.7cm,基本等于b/400=0.6cm,符合要求。3.2荷载分值的计算两条纵梁,同样在计算前初步选用普通热轧工字钢,其弯曲抗压强度[σw]=210MPa,抗剪强度[τ]=120MPa。在纵梁计算简图7中,L=14m(即两墩柱的中心距离),均布荷载q=82.5kN/m(未计入荷载分项安全系数1.2)。根据以上数据,依次代入相应纵梁计算式,得:Mmax=1237kN·m,Qmax=693kN,W=5890cm3,A=57.75cm2。按以上计算的纵梁W和A的数值选取I63b工字钢,计算纵梁最大挠度fmax=4.9cm,大于L/400=3.5cm,挠度不符合要求,但Mmax、Qmax满足要求,挠度可通过给盖梁底模设3cm的预拱度进行调整。3.3抱再支架式钢设计验算抱箍选用优质钢抱箍,抱箍两侧带牛腿,加工尺寸见图8所示。其弯曲抗压强度[σw]=210MPa,抗剪强度[τ]=120MPa,采用M20高强螺栓,单根螺栓最大预拉力155kN,摩擦系数μ=0.3,在抱箍计算简图中,d=2.2m(即墩柱的直径),q=650kN(未计入荷载分项安全系数1.4)。设计单柱采用双抱箍,2个立柱共安装4套抱箍,每个抱箍高50cm,配M20高强螺栓20套,把以上数据依次代入式(5),得:Fmax=2×930=1860kN≥Qmax=1.4×2×650=1820kN,符合要求。焊缝抗剪强度计算,因纵梁紧贴立柱,牛腿弯矩较小,验算焊缝抗剪强度时按纯剪应力计算,焊缝高hf=5mm,抗剪强度[τ]=85MPa。∑Lf=N/(0.7hf[τ])=910×1000/(0.7×0.05×85×106)=30cm,小于抱箍焊缝长度,满足要求。由以上计算可见,盖梁采用抱箍挑架式支架时,支架的稳定性主要由摩擦力控制,而不是牛腿焊缝的抗剪强度来控制。上述工程盖梁都已经完成施工,支架都是按本文计算公式及方法设计和施工的。在施工过程中,没有发生质量及安全事故。根据工程实例可见:自落地支架式结构简单,但在荷载作用下支架变形较大,耗用材料较多,文明施工管理工作量较大;采用抱箍挑架式与埋设托架式,在盖梁施工过程中,下部仍可通行,不占地面工作面,易于文明施工管理,但抱箍挑架式中钢箍与墩柱之间的摩擦系数的取值难以掌握,依墩柱表面的平整度或粗糙程度而异,施工时易发生抱箍滑脱等事故,支架能承受的荷载不高;埋设托架式能承受的荷载较大,支架在荷载作用下变形较小,但在埋设钢锭和施工受载时,墩柱混凝土需具备一定的强度,施工后在墩柱中留下小孔,影响墩柱外观,施工后宜用微膨胀混凝土填塞小孔,并处理墩柱表面。4搭满堂支架搭设为提高自落地支架的承受荷载,减少变形或沉降,可利用军用墩、万能杆件拼装成柱式支墩,利用军用梁、贝雷桁架拼装成桁架梁。桁式支架可设计为满堂式,也可设计为柱梁式。对于地面现浇盖梁,如土质条件较差,做适当压实处理并经采取措施后,也可采用自落地支架。在措施方面,可在地面上铺设方木、槽钢或混凝土预制构件,以增大地基受压面积。对于水上现浇盖梁,由于桩基、系梁及墩柱施工时,已搭设了水上操作平台,因此可利用在该操作平台上直接搭满堂支架。但需验算操作平台的稳定性和沉降量,再慎重利用。一般简支梁桥中,在桩基与墩柱间都设计有水平系梁,因而在水上与土质条件差的地面上,如盖梁与系梁的高差不大,可利用系梁作为受力底座,在系梁面上搭设落地支架。但必须计算系梁的强度,必要时可加大系梁截面或加配钢筋。在使用抱箍挑架式时,为预防施工荷载过大造成钢板箍滑脱,宜采用高强螺栓和双螺母拧紧抱箍,也可以采用两层抱箍互相支撑的方法,或在抱箍底部预埋钢筋,以协