墩盖梁承重支模架的设计及分析

　　摘要：结合宁波市**立交工程，对墩盖梁承重支模架分别从设计、施工、地基处理及地基承载力、支架自身结构的稳定性、支架预压等方面进行了分析。结果表明，在墩盖梁施工中采用的这种承重支模架体系是稳定的。另本人在该立交工程中担任项目经理。
　　关键词：墩盖梁；支模架；设计；分析
　　在桥梁工程中，墩盖梁是桥梁工程中必不可少的组成部分，为提高当前城市品质的需要，除了满足其使用功能外，其外形设计得越来越美观。扣件式承重支模架又是墩盖梁施工中一种使用十分广泛的支架形式，它施工方便、成本低，但是，过去的墩盖梁施工中也曾发生过一些因承重支模架的变形而形起墩盖梁沉降形起质量缺陷等情况，给经济造成损失。虽然发生事故的原因不同。但是施工支架搭设不合理是其中一个重要的因素，应该引起足够的重视。承重支模架在设计过程中。必须进行强度、刚度和稳定性验算。本文通过对宁波市**立交工程墩盖梁施工过程的承重支模架的设计及分析，总结出一套较为简单实用切合实际的设计方法。
　　一．工程概况
　　宁波**立交工程全长635m，分为28跨，桥梁标准宽度2×17.0m，主线桥设有盖梁40根，匝道桥设盖梁57根，除中间六跨横梁与连续箱梁支架一起搭设外，余盖梁设置均采用独立承重支模架。墩盖梁断面基本形状为倒“T”字型，底面为圆弧形，圆弧半径为44.44m。盖梁长度标准段为16.8m，加宽段为16.85m～23.283m。底宽2.0m。桥梁加宽段盖梁两边底部为圆弧形和标准段相同，中间为直线段。墩盖梁结构均采用预应力钢筋混凝土结构。
　　
　　二．承重支模架设计及施工
　　1．承重支模架的设计
　　在计算强度时考虑的荷载主要有混凝土自重、施工及倾倒混凝土产生的荷载、振捣混凝土产生的荷载、方木及模板自重。
　　主线桥设有盖梁40根，匝道桥设盖梁57根，主线盖梁最长的盖梁为L26，长度为23.21m，本方案按L26为计算对象，地基处理范围为盖梁投影面四周各外加2m左右，即27.0m×6.0m，墩盖梁支架采用扣件式支架体系，满堂支搭。纵横向间距均为0.5m，扫地杆离地面0.2m，水平杆步距为1.5m，为确保支架的稳定性，在盖梁的侧面向两边各设2个剪力撑，顺盖梁向各设4道剪力撑。在支架搭设的过程中将支架与已浇筑完成的立柱包裹捆绑在在一起，增加支架的稳定性。
　　为减少钢管对地基的压强，在钢管下垫15cm×15cm的钢板垫块，由于盖梁底板呈圆弧形，支架顶面的大横杆采用2根Ф4.8×3.5钢管，间距50cm，并按设计图要求加工成圆弧形。小横杆采用10cm×l0cm方木，间距30cm。
　　（1）小横杆（方木）的计算
　　盖梁支架小横杆（顺桥方向），间距30cm。
　　a.顺桥向单位长度内混凝土重量（按最不利荷载考虑，取盖梁中间部位截面最大处为计算对象）：g1=（1.04×0.3+1.25×0.3）×25=17.175KN/M
　　b.施工及倾倒混凝土产生的荷载：g2=2.0×0.3=0.6KN/M
　　c.振捣混凝土产生的荷载：g3=2.0×0.3=0.6KN/M
　　d.方木及模板自重：G4=0.038×0.3=0.011KN/M
　　e.荷载设计值（荷载合计）
　　g=K1×g1+K2×(g2+g3+g4)
　　=1.2×17.175+1.4×(0.6+0.6+0.011)=22.31KN/M
　　式中K1、K2为安全系数。
　　f.横杆最大弯距
　　Mma×=22.31×0.52/8=0.697KN•M
　　g.横杆弯曲强度
　　σ=6Mma×/bh2=0.697×6/(0.1×0.1×0.1)=4182KN/M2<[σ]=11000KN/M2
　　h.横杆抗弯刚度：
　　f=gl4/(150EI)
　　=22.31×0.54/(150×0.11×106×1/12×0.1×0.104)
　　=0.1mm<l/150或3mm
　　结论：横杆方木其弯曲强度和抗弯刚度均满足要求。
　　（2）盖梁支架纵杆（横桥向）
　　a.由横向杆传力给纵向水平杆的集中荷载：F=22.31kn/m×0.5m=11.16KN
　　b.纵向杆最大弯距按跨径为0.5M按三跨连续梁进行计算
　　c.最大弯拒Mma=0.26FL=0.26×11.16×0.5=1.45KN/M
　　d.弯曲强度σ=Mma×/w=1.45×106/5.078×103×2=142.8MPa<215MPa
　　e.挠度计算：
　　f=1.883×FL2/100EI=1.883×11160×5002/100×2.1×105×1.215×105
　　=0.0011mm<l/150或3mm
　　结论：纵向杆的弯曲强度和挠度均满足要求。
　　2．承重支模架施工
　　由于盖梁底面为圆弧形，故在钢管支架最上面钢管弯圆成半径为44.44m的圆弧形，上面安放10cm×10cm的方木，再在上面铺放塑面模板作为底板，底板的接缝放在木枋上，两端底板为R=30的圆弧形，且要在端部预应力张拉，压浆后才能封锚，此部分底板要在封锚时安装。侧模用木模在木工场加工成两块，以中线分开再在现场拼装加宽段直线部分侧模另加工一块形成三块，吊装上去后现场拼装，盖梁三面全部外露，为确保外观，盖梁内不设拉杆，在上下及两侧均用钢管夹紧以避免炸模，盖梁中间墩背采取一次性立模，并一次性分层浇筑混凝土，为确保外观平顺光洁美观，故盖梁侧面不设置对拉杆，由于盖梁上面有墩背，故在上下两边用钢管固定侧模，中间用Φ14拉杆，但需要穿过墩背，在墩背宽度内设一塑料管，便于拉杆穿过。拆侧模时可将拉杆取出。盖梁有横向预应力钢束，在安装盖梁侧模时在两端要安置预应力锚固张拉端的槽口模板。
　　
　　二．地基处理及地基承载力验算
　　1．地基处理
　　在盖梁搭设支架处，填筑30cm塘渣，并进行压实后，浇10cmC20混凝土予以硬化，待混凝土达到强度后进行支架的搭设。
　　2．地基承载力验算
　　该工程中为了尽量避免钢管支架与地基直接接触产生“刺入”效应，在钢管支架底部采用15cm×15cm的钢板。
　　（1）钢板底承载力验算
　　σ=P/A=11160/（150×150）=0.496MPa<[σ]，满足要求。
　　（3）整体承载力验算
　　按直线段最大荷载平均值复核，盖梁荷载最大处为各个立柱间（以最长的盖梁L26计），直线段4.86m
　　a.盖梁混凝土荷载404.8KN
　　b.木坊和模板、钢管荷载5KN
　　c.钢管支架倾倒混凝土及施工人员荷载32KN
　　d.混凝土泵送冲击动载16KN
　　荷载共计457.8×1.2=549.4KN。
　　盖梁4.86m长，2m宽范围支承钢管共50根，平均每根钢管支承压力11.0KN<（每根钢管承载力62.7KN）。
　　e.地基承载力验算
　　每根钢管下垫0.15×0.15垫板
　　549.4KN÷（50×0.15×0.15）=0.49MPa
　　结论：支架和地基承载情况是安全的。
　　
　　三．钢管支架稳定性验算
　　支架自身结构的稳定是墩盖梁施工过程的一项重要的保证。现对支架自身结构体系的稳定性和支架立杆的稳定性进行分析。
　　在对支架的承载力进行验算时。主要考虑的荷载有：顺桥向单位长度内混凝土重量g1，施工及倾倒混凝土产生的荷载g2，振捣混凝土产生的荷载g3，横杆及模板自重g4。
　　立杆承受由纵杆传来的荷载N=11.16KN
　　由于纵横杆的步距为1.50m,长细比λ=l/i=150cm/1.58cm=95
　　查表得稳定系数ø=0.626
　　容许立杆承载力[N]=øA[σ]=0.626×489×205=62.7KN
　　由N<[N]，故立杆承载力满足要求，支架立杆稳定性是能够满足要求的。
　　
　　四．支架预压
　　为了检查支架的承载能力，减小和消除支架的非弹性变形及地基的压缩沉降量，支架搭设完毕铺设梁底模板后对支撑体系预压，为墩盖梁底模设置预拱度值提供依据。
　　承载面为满铺5cm木板后的墩盖梁正投影范围的顶面，压力荷载采用过磅砂袋堆载形式，在墩盖梁底模上堆放与荷载等重的砂袋(最大荷载为设计荷载的1.2倍)，并按照换算高度逐层进行码放。
　　在支架顶部和地基上第一节无接头的立杆上作好标志，并作为加载前的观察记录即为初始值，然后按荷载总重的O→25%→5O%→100%→5O%→25%→O进行加载，并测得各级荷载下测点变形值。直至加载至100%荷载，作好每次加载量的观察记录。
　　预压加载量观察期不能少于24小时，观察期内每隔4小时观察一次沉降和变形。
　　待消除支架非弹性变形量及压缩稳定后测出弹性变形量，即完成支架压重施工。撤除压重砂袋后，设置支架施工预拱度，为其它墩盖梁的支模架提供数据。
　　经对支模架预压，数值均小于3mm，故认为按此方案施工是安全的，质量是可以得到保证的。
　　
　　五．结论
　　在本工程施工过程中严格按照本方案进行操作，经过对97根钢筋混凝土盖梁工序验收，施工质量均符合设计及施工验收规范的要求，安全目标符合要求。因此在本工程中采用的盖梁承重支模架能够满足墩盖梁的稳定性和沉降要求。同时也说明这种计算方法在工程实际中是一种切合实际、简单实用的方法。
　　
　　参考文献：
　　《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130－2001。
　　刘群主编：《建筑施工扣件式钢管脚手架构造与计算》，中国物价出版社2004年1月第1版。
　　周水兴等：《路桥施工计算手册》，人民交通出版社，2001年5月第1版。