现浇混凝土箱梁支架设计与计算分析
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摘要：本文以某高速公路桥梁工程为例，介绍了现浇箱梁支架的设计进行，从支架及模板布置、结构要求、地基处理三方面对支架及模板方案进行了介绍，最后验算了支架结构相关力学参数，通过验算各参数均符合规范要求，严谨施工后该桥梁现浇箱梁安全地投入使用。
关键词：现浇箱梁；支架；力学参数；验算
引言
随着我国经济的不断增长，人们对公路运输的要求也越来越高，跨海的高速公路桥梁工程已经十分常见。这类工程因为施工条件等因素施工难度较大，所以要保证施工质量就需要各方面考虑周密。在高速公路桥梁工程中对于现浇混凝土箱梁支架的施工是一个关键的步骤，下面就这方面进行讨论分析。
1 工程概况
某大桥连续梁位于0号～3号墩之间，起讫里程为K29+165～K29+240，连续梁全长75m，梁部采用满堂支架现浇施工，桥梁基础采用钻孔桩基础，桥墩采用圆柱式墩。梁体为双箱室、等高度、变截面结构。箱梁顶宽由15.7m变化到12m，箱梁底宽由11.7m变化到8m。顶板厚度由43cm变化到25cm，腹板厚度为从105cm变化到45cm，底板厚度由45cm变化到22cm。全联在端支点和中支点设中横梁。
2 支架及模板方案
2.1 支架及模板布置
在硬化好的混凝土基础顶面放置底座，在底座上搭设WDJ碗扣式多功能脚手架。托架顶部放置15cm×15cm横桥向方木。上面放置顺桥向铺设的10cm×10cm的方木托梁，间距20cm，作为竹胶板（厚度1.5cm）的背楞。全部支架搭设成相同的高度。
顺桥向布置为：间距0.9m。横桥向布置为：在翼缘板和顶底板处间距为0.6m，其余部位为0.9m。
所有立杆必须设扫地杆。钢管接头应相互错开。底部一层横杆步距为0.6m，其余部分横杆步距为1.2m。
为保证支架体系的稳定性，顺桥向每4.5m设1道通长剪刀撑。横向每隔2跨设1道剪刀撑，支架高度通过可调底座和可调顶托调节。
2.2 支架结构要求
支架结构必须有足够的强度、刚度、稳定性。支架在承重后期弹性和塑性变形应控制在15mm以内。支架部分地基的沉降量控制在5mm以内，地基承载力大于200kPa。
2.3 地基处理
对于不满足基底承载力要求的原状土全部清除换填，换填采用路基填料分层回填，每层填筑厚度30cm。基底顶层浇筑20cm厚C30混凝土，并做2%的横向坡排水坡（桥中心两侧排水）。两侧排水沟深度为50cm。地基处理范围宽度按照支架宽度，两侧各加宽0.4m即18.5m。基底处理长度按照箱梁施工所需的范围全部进行处理。
3 支架检算
混凝土容重取26kN，钢管支架自重、模板重量及振捣动力等荷载取混凝土自重的30%。该地区基本风压为0.30kN/m2，由于碗扣支架的宽度很大，经计算作用于钢管上的荷载极小，忽略不计。
支架及模板均属于临时性结构，其强度设计采用容许应力法。
3.1 WDJ碗扣脚手架力学参数
1）WDJ钢管力学参数。
在步距为1.2m时单根钢管容许承载力[N]=30kN。钢管截面几何特性见表1，钢材的容许应力为[σ]=140N/mm2，[τ]=85N/mm2，弹性模量E=205000N/mm2。
2）方木力学参数。
方木统一采用松木，对松木的要求如下：
弹性模量E=10000N/mm2，抗弯强度[σw]=13N/mm2，抗剪强度[τ]=1.5N/mm2。
横桥向方木（下层、腹板处）横截面150mm×150mm。其抗弯量：
I1=1/12bh3=1504/12=42187500mm4。
W1=1/6bh2=1503/6=562500mm3。
顺桥向方木（上层）横截面120mm×120mm。其抗弯模量：
I2=1/12bh3=1004/12=8333333mm4。
W2=1/6bh2=1003/6=166667mm3。
3）竹胶板力学参数。
竹胶板厚度15mm，E=6500N/mm2。
3.2 钢管检算
由于该梁为等高截面，只需分别计算腹板处和顶底板处的钢管承载力。
1）腹板处钢管承载力。
钢管间距0.9m×0.6m，混凝土厚度合计1.5m，单根钢管承担的混凝土重量。
NG=1.3×1.5×0.9×0.6×26=27.4kN
2）顶底板处钢管承载力。
钢管间距0.9m×0.9m，混凝土厚度合计0.88m，单根钢管承担的混凝土重量。
NG=1.3×0.88×0.9×0.9×26=24.1kN
3）翼缘板处布置同顶底板处，不必计算。
4）钢管稳定性。
横杆步距为1.2m，故立杆计算长度为1.2m。
长细比λ=L/i=1200/15.78=76
对任意立杆进行整体稳定性验算，查表得λ=76时φ=0.744，则：
σ=P/（φA）=27400/（0.744×489.3）=75.3N/mm2
3.3 方木检算
1）腹板处，上层顺桥向方木间距为0.3m，因此受力宽度为0.3m，跨度L=0.9m，其均布荷载：
q=1.3×0.3×1.5×26=15.21kN/m。
M=qL2/8=1.54kN・m。
Q=15.21×0.9/2=6.85kN。
抗弯强度：
σ=M/W2=1540/166667=9.24N/mm2
抗剪强度：
τ=3Q/（2A）=3×6850/（2×100×100）=1.03N/mm2
刚度验算：
此时q=0.3×1.5×26=11.7kN/m。
f=5qL4/（384EI2）=5×11.7×9004/（384×10000×8333333）=1.2mm
2）顶底板（厚度合计为0.88m）处，上层顺桥向方木间距为0.6m，因此受力宽度为0.6m，跨度L=0.9m，其均布荷载：
q=1.3×0.6×0.88×26=17.9kN/m。
M=qL2/8=1.8kN・m。
Q=17.9×0.9/2=8.1kN。
抗弯强度：
σ=M/W2=1800/166667=10.8N/mm2
抗剪强度：
τ=3Q/（2A）=3×8100/（2×100×100）=1.2N/mm2
刚度验算：
此时q=0.6×0.88×26=13.7kN/m。
f=5qL4/（384EI2）=5×13.7×9004/（384×10000×8333333）=1.4mm
3）上层顺桥向方木在翼缘板处布置与顶底板处相同，不必检算。
4）下层横桥向方木在腹板处，跨度L=0.6m，一个集中力P作用于跨中：
P=1.3×0.9×0.6×1.5×26=27.4kN。
M=PL/4=4.11kN・m。
Q=P/2=13.7kN。
抗弯强度：
σ=M/W1=7.3N/mm2
抗剪强度：
τ=3Q/（2A）=3×13700/（2×150×150）=0.9N/mm2
刚度验算：
此时P=0.9×0.6×1.5×26=21.06kN。
f=PL3/（48EI1）=21060×6003/（48×10000×42187500）=0.2mm
5）下层横桥向方木在顶底板处，跨度L=0.9m，一个集中力
P作用于跨中：
P=1.3×0.9×0.9×0.88×26=24.1kN。
M=PL/4=5.42kN・m。
Q=P/2=12.05kN。
抗弯强度：
σ=M/W1=9.6N/mm2
抗剪强度：
τ=3Q/（2A）=3×12050/（2×150×150）=0.8N/mm2
刚度验算：
此时：P=0.9×0.9×0.81×26=17.1kN。
f=PL3/（48EI1）=17100×9003/（48×10000×42187500）=0.6mm
6）下层横桥向方木在翼缘板处荷载较小，不必计算。
3.4 底模模板检算
腹板最宽处为105cm，此处15mm厚竹胶板所受的均布荷载（假定按照1000mm宽度计算）：
q=1.3×1.5×26=50.7kN/m2。
取竹胶板为5跨连续梁计算，b=1000mm，h=15mm，计算跨径为L=200mm，则有：
I=bh3/12=281250mm4。
W=bh2/6=37500mm3。
此时跨间最大弯矩：
M=qL2/10=0.2kN・m。
所以：
σ=M/W=5.3N/mm2
刚度验算：
q=1.5×26×1=39.0kN/m。
f=qL4/（150EI）=39.0×2004/（150×6000×281250）=0.25mm
4 碗扣脚手架地基承载力检算
腹板厚度1.05m，取长度1.0m范围内进行地基承载力验算。作用力：
N=1.3×1.05×1.0×26×1.5=53.2kN。
作用面积：
Ad=1.0×1.05=1.05m2。
地基应力：
σ=N/Ad=50.7kPa
因此，地基经处理后可以满足承载力要求。
5 结语
由上可见，由于该桥梁工程施工中严格按照相关的安全技术规范、设计的支架结构符合要求、施工前制定好方案，大坝大桥现浇箱梁安全顺利地完成了施工。我们在进行此类工程时必须注意设计的严谨性和对其进行验算分析，才能确保施工时能够安全顺利进行。
参考文献：
[1]秦延召.现浇混凝土箱梁支架设计与检算[J].河北交通职业技术学院学报，2012年02期.
[2]罗观云.对于悬浇预应力混凝土连续箱梁桥设计分析[J].城市建设理论研究，2012年第4期.