小黑河大桥现浇连续箱梁碗扣式满堂支架设计

摘要： 目前碗扣式钢管支架在现浇桥梁施工中的应用十分广泛，工艺相当成熟，并且国家从2009年7月1日开始施行了《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ166-2008，使碗扣式钢管支架的应用更加规范、更加安全可靠。本文根据该技术规范对模板和支架体系设计的要求，结合小黑河大桥现浇连续箱梁的施工实例，介绍了碗扣式满堂支架的设计经验。

关键词：现浇连续箱梁碗扣式满堂支架设计受力验算

中图分类号：S611文献标识码： A

一、工程概况

小黑河大桥是呼和浩特市东二环路延伸段跨越小黑河的五联现浇预应力连续箱梁桥，全长450m，跨径布置为3×30+3×30+3×30+3×30+3×30m，全宽70m，分A、B、C、D四幅，A、D幅为非机动车道和人行道，连续箱梁采用单箱双室截面，箱梁高1.8m，顶宽12.74m，底宽6.1m；B、C幅为机动车道，连续箱梁采用单箱三室截面，箱梁高1.8m，顶宽18.61m，底宽11.97m。设计等级为城市快速路，汽车荷载为公路—I级，人群荷载3.45KN/m2。

二、满堂支架搭设方案

（一）材料选择

碗扣式支架立杆步距1.2m，横杆采用0.6m、0.9m两种，斜杆、剪刀撑、可调底座、可调托撑若干。钢管规格为φ48mm×3.5mm，材质为Q235A级钢，钢管上严禁打孔、焊接，钢管不得有裂纹、锈蚀和弯曲变形现象。纵横向方木和木垫板材质为红松。

（二）基底处理

本桥跨滨河北路沥青路面段地基可不进行处理；其他路段表层为松散的杂填土，厚度为0.2-2.5m，其下层为较密实的褐黄色粉土，地基承载力基本容许值为180kPa，杂填土基底整平压实后浇筑10cm厚的C20混凝土垫层，混凝土硬化宽度每侧应超出支架边缘0.5m，并做好排水系统，确保基底处理后不受水浸。

（三）支架布设方案

顺桥向，在支座中心线两侧6m范围内按步距60cm布置立杆，其他按90cm步距布置立杆；横桥向，腹板和肋板处按60cm步距布置立杆，其他按90cm步距布置立杆，A、D幅支架横向宽度为14.4m，B、C幅支架横向宽度20.1m。在混凝土垫层面上按纵横向弹好支架钢管中心墨线，确保支架钢管安装位置准确，然后在可调底座下横向垫5cm厚20cm宽木板，以增加可调底座受力面积，保证支架底部整体受力均匀。

支架搭设完毕后在托撑顶部设10cm×15cm横向方木，然后在横向方木上铺设5cm×10cm纵向方木，间距20cm，最后铺设箱梁竹胶板底模。

1.A、D幅支架布设方案

图1横断面布置图(单位mm)

图2纵断面布置图(单位mm)

横向间距：900×4+600×2+900×2+600×2+900×2+600×2+900×4

纵向间距：600×10+900×20+600×10

2.B、C幅支架布设方案

图3横断面布置图(单位mm)

图4纵断面布置图(单位mm)

横向间距：900×4+600×2+900×3+600×2+900×3+600×2+900×3+600×2+900×4

纵向间距：600×10+900×20+600×10

三、满堂支架受力验算

（一）计算参数

表1 钢材的强度和弹性模量/（N/mm2）

Q235A级钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值f 205

弹性模量E 2.06×105

表2方木的强度和弹性模量/（N/mm2）

抗弯强度设计值f 13

弹性模量E 9000

表3 钢管截面特性

外径φ

（mm） 壁厚t

（mm） 截面积A

（cm2） 截面惯性矩I

（cm4） 截面模量W

（cm3） 回转半径i

（cm）

48 3.5 4.89 12.19 5.08 1.58

（二）荷载分析

（1）模板及支架自重荷载 Q1=1.0kN/m2

（2）新浇混凝土自重 Q2=26kN/m3，箱梁横梁段荷载26×1.8=46.8kN/m 2

普通段荷载按箱梁整体重量简化为箱梁底板宽度的均布荷载计算，此时数据偏于保守。

A、D幅：719.5×26÷90÷6.1=34.07kN/m2，B、C幅：1089.41×26÷90÷11.97=26.29kN/m2

根据取最不利荷载原则，验算时只验算A、D幅即可。

（3）施工人员及设备荷载 Q3=1.0kN/m2

（4）浇筑和振捣混凝土时产生的竖向荷载 Q4=2.0 kN/m2

（5）风荷载不予考虑

（三）A、D幅桥梁支架受力验算

1.模板底纵向方木计算（按三等跨连续梁建模计算）

1.1截面参数

纵向方木b=5cm，h=10cm，间距20cm

惯性矩I=bh3/12=50×1003/12=4166666.67mm4

截面矩W=bh2/6=50×1002/6=83333.33mm3

1.2抗弯强度验算

（1）箱梁横梁段

纵向方木线荷载：

q＝[1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)]×B＝[1.2×(1+46.8)+1.4×(1+2)]×0.2=12.31N/mm

（2）箱梁普通段

纵向方木线荷载：

q＝[1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)]×B＝[1.2×(1+34.07)+1.4×(1+2)]×0.2=9.26N/mm

方木容许抗弯强度fm=13 N/mm2，故纵向方木抗弯强度满足要求。

1.3挠度验算

（1）箱梁横梁段

方木线荷载：q=(Q1+Q2)×B=(1+46.8)×0.2=9.56N/mm

ω容许=l/400=600/400=1.5mm 挠度满足要求。

（2）箱梁普通段

方木线荷载：q=(Q1+Q2)×B=(1+34.07)×0.2=7.01N/mm

ω容许=l/400=900/400=2.25mm 挠度满足要求。

2.横向方木验算（按简支梁建模计算）

2.1截面参数

横向方木b=10cm，h=15cm

惯性矩I=bh3/12=100×1503/12=28125000mm4

截面矩W=bh2/6=100×1502/6=375000 mm3

2.2抗弯强度验算

（1）箱梁横梁段

横向方木线荷载：

q＝[1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)]×B＝[1.2×(1+46.8)+1.4×(1+2)]×0.6=36.94N/mm

（2）箱梁普通段

横向方木线荷载：

q＝[1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)]×B＝[1.2×(1+34.07)+1.4×(1+2)]×0.9=41.66N/mm

方木容许抗弯强度fm=13 N/mm2，故横向方木抗弯强度满足要求。

2.3挠度验算

（1）箱梁横梁段

横向方木线荷载：q=(Q1+Q2)×B=(1+46.8)×0.6=28.68N/mm

（2）箱梁普通段

横向方木线荷载：q=(Q1+Q2)×B=(1+34.07)×0.9=31.56N/mm

ω容许=l/400=900/400=2.25mm 挠度均满足要求。

3.立杆稳定性验算

（1）箱梁横梁段

模板自重：NQ1=1×0.6×0.9=0.54kN

混凝土自重：NQ2=46.8×0.6×0.9=25.27kN

施工人员及设备自重NQ3=1×0.6×0.9=0.54kN

浇筑和振捣混凝土时产生的竖向荷载 NQ4=2×0.6×0.9=1.08kN

立杆轴心力N=1.2×(NQ1+NQ2)+1.4×(NQ3+NQ4) =33.24kN

长细比λ=120/1.58=75.95折减系数φ=0.744

稳定性满足要求。

（2）箱梁普通段

模板自重：NQ1=1×0.9×0.9=0.81kN

混凝土自重：NQ2=34.07×0.9×0.9=27.60 kN

施工人员及设备自重NQ3=1×0.9×0.9=0.81kN

浇筑和振捣混凝土时产生的竖向荷载 NQ4=2×0.9×0.9=1.62kN

立杆轴心力N=1.2×(NQ1+NQ2)+1.4×(NQ3+NQ4) =37.49kN

长细比λ=120/1.58=75.95折减系数φ=0.744

稳定性满足要求。

4.地基承载力验算

立杆底部为5cm厚25cm宽的横向通长木板，板底为10cm厚的C20混凝土垫层。

（1）箱梁横梁段

立杆底部木板底面平均压力，则混凝土垫层宽高比tana=1.1

混凝土垫层计算宽度为b=b0+2H0tana=250+2×100×1.1=470mm

混凝土垫层底土基的平均压力为， 地基承载力满足要求

（2）箱梁普通段

立杆底部木板底面平均压力，则混凝土垫层宽高比tana=1.1

混凝土垫层计算宽度为b=b0+2H0tana=250+2×100×1.1=470mm

混凝土垫层底土基的平均压力， 地基承载力满足要求

四、结语

小黑河大桥现浇连续箱梁的施工实践证明，上述碗扣式满堂支架的设计是科学合理的，碗扣式钢管支架拆装方便，功效高，经济性也比较高，值得在类似的桥梁施工中推广。

参考文献

1.中华人民共和国住房与城乡建设部，建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范（JGJ166-2008），中国建筑工业出版社，2008年11月，第11-15页，第20页，第44页。

2.中华人民共和国住房与城乡建设部，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2011），中国建筑工业出版社，2011年1月，第13-16页，第20-21页。

3.中华人民共和国住房与城乡建设部，建筑施工模板安全技术规范（JGJ162-2008），中国建筑工业出版社，2010年3月，第29页，第79-80页，第87页。

4.中华人民共和国建设部，木结构设计规范（GB5005-2003），中国建筑工业出版社，2010年8月，第12-14页。

5. 中华人民共和国建设部，建筑地基基础设计规范（GB5007-2002），中国建筑工业出版社，2009年4月，第54-55页。

6. 李守巨，上官子昌，结构工程师实务手册，机械工业出版社，2006年2月，第150页，第163页，第165页。