1、獨柱墩蓋梁扣件式鋼管施工支架設(shè)計王煥強（中國水利水電第七工程局六分局石忠路項目部）摘要：本文簡要論述石忠高速公路工程B8合同段屯田壩大橋右幅4#獨柱墩蓋梁的扣件式鋼管施工支架的設(shè)計計算過程。設(shè)計采用當前公路橋梁工程施工普遍使用的扣件與48×3.5鋼管搭設(shè)模板支架，通過對其進行強度、剛度、穩(wěn)定性驗算，按照支架的承載力的概率極限狀態(tài)設(shè)計要求，遵循對可能出現(xiàn)的最不利荷載組合情況進行設(shè)計、驗算。通過敘述本設(shè)計的計算、驗算、校核，闡述扣件式鋼管支架在公路橋梁工程施工過程中的一些具體的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：獨柱墩 蓋梁 扣件式 鋼管 支架 設(shè)計1 支架設(shè)計計算屯田壩獨柱墩蓋梁砼、鋼筋工程量：C40：33

2、.63m3；鋼筋：2.313t）；墩柱高17.5m；結(jié)構(gòu)及設(shè)計鋼管支架布置尺寸詳見：屯田壩獨柱墩蓋梁（右幅4#）施工支架設(shè)計圖，計算蓋梁自重：P1=32.03Kpa；本支架設(shè)計遵守公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）、建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（GJl30-2001）的要求，施工組織設(shè)計擬采用48×3.5滿堂鋼管支架，間距為60×80，步距為1.5m,蓋梁的底模板采用組合鋼模板，鋼模板下采用10×6方木；模板體系荷載按規(guī)范規(guī)定：P2=0.75Kpa；砼施工傾倒荷載按規(guī)范規(guī)定：P3=4.0Kpa；砼施工振搗荷載按規(guī)范規(guī)定：P4=2.0Kpa；施工

3、機具人員荷載按規(guī)范規(guī)定：P5=2.5Kpa。1.1 鋼管支架強度計算強度的計算的最不利的荷載通常由：模板、支架自重；新澆筑砼、鋼筋砼或其他圬工結(jié)構(gòu)物的重力；施工人員和施工材料，機具行走運輸堆放的荷載；振搗砼時產(chǎn)生的荷載；其它可能產(chǎn)生的荷載，如雪荷載、冬季保溫設(shè)施荷載等。將上述荷載按不同的分項系數(shù)予以組合。當結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)與可變荷載產(chǎn)生的效應(yīng)同號時，恒載分項系數(shù)為1.2，基本可變荷載為1.4。即： Sd(rgG;rqQ)=1.2SG+1.4SQ式中：SQ：基本可變荷載產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)；SG：永久荷載中結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)；Sd：荷載效應(yīng)函數(shù)；rg：永久荷載結(jié)構(gòu)重力的安全系數(shù)；rq：基本可變荷載的

4、安全系數(shù)；強度滿足的條件為：Sd(rgG;rqQ)rbRd式中rb：結(jié)構(gòu)工作條件系數(shù)；Rd：結(jié)構(gòu)抗力系數(shù)；對于鋼管支架為=N/Anf式中N：軸心壓力設(shè)計值（N）；An：鋼管凈截面積2；f：鋼管抗壓強度設(shè)計值值得說明的是上式中用=N/An，而不用=N/An+M/W中隱含的一個條件，鋼管支架的偏心力矩在計算中可以忽略不計。這是因為在下文的鋼管支架的構(gòu)造要求中限定偏心距e55；在滿足此條件下，偏心力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不大。試驗及理論計算表明，考慮與不考慮偏心力兩者的臨界荷載相差在5.6%以下時，為簡化計算，偏心力矩以忽略。這就要求鋼管支架搭設(shè)中鋼管的接連除在支架頂端用搭接方式調(diào)整標高外，其它的接頭采用對

5、接方式。嚴格按照上述要求施工后鋼管支架的偏心距e=53,滿足簡化計算的要求。計算過程：P1=32.03Kpa；G=(32.03+0.75)×0.6×0.8=15.73kNQ=(4.0+2.0+2.5)×0.6×0.8=4.08kN1.2SG+1.4 SQ=1.2×15.73+1.4×4.08=24.59kN已知鋼管48×3.5：I=2.06×1054A=489.3032=N/An=24.59×1000/489.303=50.29(N/2 )f=215(N/2)強度符合要求。1.2 剛度驗算剛度的計算荷載通

6、常由：模板、支架和拱架自重；新澆筑砼、鋼筋砼重力；其他可能產(chǎn)生的荷載如雪荷載、冬季保溫措施產(chǎn)生的荷載等。按照不同的分項系數(shù)予以組合。應(yīng)注意遵循vv（式中v模板的撓度，v模板允許的撓度），對結(jié)構(gòu)表面外露的模板，v為模板構(gòu)件計算跨度的1/400。荷載為均布荷載時v=5ql4/(384EI)，式中:q：荷載的強度；l：模板構(gòu)件的計算跨徑；E：模板構(gòu)件模板的彈性模量；I：模板構(gòu)件的摜性矩。計算過程：E=1.0×104N/2I=5.0×1064q=(32.03+0.75)×1.2=39.34Kpa由于在60×80范圍內(nèi)，10×6木檔并不是全部布滿，中間留

7、有空隙。在60×80內(nèi)擬布置4檔10×6方木，則：q1=39.34×60/6/4=98.35Kpa,則：V=5/384×98.35×0.84×104/(1.0×5.0×106)=0.21800/400=2 剛度符合要求。1.3 穩(wěn)定性驗算穩(wěn)定性驗算荷載選定計算部位同強度驗算荷載一樣，當支架搭設(shè)采用相同步距時應(yīng)計算底層立桿段；當支架搭設(shè)中采用不同的步距時，除計算底層立桿外，還必須對出現(xiàn)最大步距的立桿進行計算。鋼管穩(wěn)定性的計算采用細長中心受壓直桿失穩(wěn)的模式。鋼管受力后，鋼管存在著垂直鋼管軸線的變形。當壓力在一定的范圍內(nèi)

8、，撤除橫向力，鋼管的軸線會恢復(fù)原來的直線平衡；則壓桿原來在直線形態(tài)下的平衡為穩(wěn)定的平衡。當軸向力增大到一定的限值后，撤除橫向力，鋼管的軸線將保持彎曲的平衡狀態(tài)，而不再恢復(fù)其原有的直線平衡狀態(tài)，則鋼管原來在直線形態(tài)下的平衡是不穩(wěn)定的平衡。穩(wěn)定的平衡向不穩(wěn)定的平衡轉(zhuǎn)化的臨界值壓力為臨界壓力，用pcr表示。在不同的桿端約束下，桿受到的支撐約束程度不同，桿的抵抗彎曲能力不同，所得到的臨界壓力也不同。通常用公式Pcr=(2EI)/(ul)2來表達臨界壓力，式中u稱為壓桿的長度系數(shù)。對于理論的直線壓桿，在兩端鉸接的情況下，其臨界力為pcr=(2EI)/l2，即u=1.0。由臨界力對應(yīng)的臨界應(yīng)力為cr=(2

9、EI)/(ul)2A=(2E)/(ul。/i)2,式中的i=（I/A）1/2。從上式可以看出cr與l。/i有關(guān)。鋼管的穩(wěn)定計算通常采用N/(A)f,式中為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，應(yīng)根據(jù)=l。/i值通過規(guī)范查得。式中l(wèi)。為立桿的計算長度。對于滿堂支架，l。=kh式中k：為長度附加系數(shù)，其值取1.55，h：立桿步距。計算過程：已知采用48×3.5 i=1.58，鋼管的步距為1.5m；l=1.55×1.5=2.325m=2.325×100/1.58=147.15查得路橋施工計算手冊附錄三：=0.320N/(A)= / =50.29/0.320=157.16(N/2 )f

10、=215(N/2)穩(wěn)定性符合要求。1.4 立桿地基承載力計驗算立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力應(yīng)滿足下式的要求：N/Afg，式中:A為基礎(chǔ)地面面積；fg為地基基礎(chǔ)承載力設(shè)計值；對于砼基礎(chǔ)，fg為砼設(shè)計強度，本設(shè)計采用C20砼硬化地面。計算過程：p=50.29×1000/(600×800)=0.105(N/2 )20(N/2 )地基承載力符合要求 。2 構(gòu)造要求立桿底腳均墊以底座或墊板，立桿接頭采用對接方式，并在支架頂端用搭接方式調(diào)整標高。對于每個立桿搭接其扣件數(shù)不得少于3個，且端部扣件蓋板的邊緣至桿端距離不應(yīng)小于100，立桿搭接長度不得少于1m。立桿上的對接扣件應(yīng)交錯布置：兩根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)，同步內(nèi)隔一根立桿的兩個接頭在高度方向錯開的距離不宜小于500；各接頭中心至主節(jié)點的距離不宜大于步距的1/3。支架應(yīng)設(shè)置剪刀撐，剪刀撐的斜桿與地面的傾腳宜在 45°60°之間，每道剪刀撐寬度不應(yīng)小于4跨，長度不應(yīng)小于6m, 剪刀撐底腳必須撐在地面上。滿堂支架四邊與中間每隔四排支架立桿應(yīng)設(shè)置一道縱向剪刀撐，由底至頂連續(xù)設(shè)置。3 結(jié)論通過對屯田壩大橋獨柱墩蓋梁（右幅4#）滿堂支架的設(shè)計及校核驗算，計算結(jié)果證明本設(shè)計滿足上述的安全使用條件，即通過強度、剛度、穩(wěn)定性、地基承載力的驗算，并按照構(gòu)造要求搭設(shè)，可以滿足施工的使用要求。