发布时间：2022-10-05 10:08 热度：
【摘 要】：本文介绍陕西丹界1标丹江特大桥在独柱大盖梁施工前方案比选时的支架计算原理及过程，对类似工程方案确定具有一定的指导意义。
【关健词】：独柱 大盖梁 施工支架 方案比选
1、工程概况
西(安)合(肥)西部大通道陕西境商州至陕豫界高速公路丹界段第DJN1标段。起止桩号为〔K145+321.873——K150+650〕，路线全长5.328米。主要工程为路基、桥涵工程，设计为双向6车道，路基宽度为33.5米：含特大桥一座1190.5米、大桥一座146米、中桥一座46米，合计桥梁长度1382.5米。其中丹江特大桥处于丹江河道内， 18#--32#墩柱为独柱上设一个盖梁，墩柱最高达到41米，最大盖梁是18#墩，有112m3混凝土。其余盖梁有102 m3混凝土。并且，18#--32#墩位于平曲线超高段上，最大横坡为6%，施工难度很大。丹江特大桥18#-33#盖梁示意图如下：
图1 设计图
19#-33#最大墩高：41.1m
18#盖梁混凝土方量为：112.8方，横坡2%
19#-33#盖梁混凝土方量为：102.5，最大横坡6%
2 、初选施工方案简述：
丹江特大桥18#-33#盖梁支架初选方案示意图及实际施工图如下：
2.1 抱箍受力面板为1.8cm厚钢板，每个抱箍依靠24个M30高强螺栓连接。
2.2 盖梁支架为全钢结构。支架高6.5m，上弦杆采用56b工字钢，弦杆长15.2273m并考虑6%单向横坡;斜杆采用350×175H型钢，由于横坡影响，两侧斜杆分别长8.6721m和9.7791m;其它各连接杆件为对抱14槽钢。盖梁支架与抱箍之间用高强螺栓连接。
2.3 盖梁支架上的横耽用350×175H型钢，间距1.5m。
2.4 荷载数据：按最不利工况考虑：
(最不利工况指：103方混凝土，盖梁钢筋，模板全部作用在盖梁支架及抱箍上，实际上墩柱之上的盖梁混凝土和盖梁钢筋重量大部分被墩柱本身承受。)
(1)、配套设施：1 T
(2)、砼重：103*2.4=248T
(3)、钢筋重：5T
(4)、模板重：5T
合计：259T 验算荷载按照300吨计算。荷载安全系数为300/259=1.16
2.5 荷载传递路径：
2.6 验算重点：
2.6.1 抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求;
2.6.2 盖梁支架的强度及空间稳定;
3、 抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求验算：
3.1 螺栓个数确定(反算)
竖直压力(最不利工况下的荷载总和)—-静摩擦力(抱箍)--正压力(螺栓)--螺栓数
计算得24个M30高强螺栓连接的抱箍能够承受荷载计算如下:
抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即F=f×N
而正压力N与螺栓的预紧力是对平衡力，根据抱箍的结构形式，每排螺栓个数为3，左右共8排，则螺栓总数为24个，若每个M30螺栓预紧力为F1取300KN(参考《桥梁施工常用数据手册》522页，人民交通出版社出版)，则抱箍与墩柱间的总正压力为N=24×300=7200 KN。钢板加橡胶垫后与混凝土间的摩擦系数为0.3～0.4，取f=0.4，则一个抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为F=f×N=7200*0.4=2880KN (288吨)
根据上面的结构形式,两个抱箍共同承受300吨的荷载,每个抱箍平均承受150吨, 抱箍安全系数为: 288/150=1.86 考虑到荷载安全系数为300/259=1.16
在最不利工况下抱箍的综合安全系数为：1.86*1.16=2.15
3.2 抱箍尺寸验算：
3.2.1 抱箍钢板高度
根据螺栓中心间距的允许值和螺栓中心至边缘距离的允许值确定：抱箍钢板高度取50 cm。
3.2.2 抱箍钢板厚度
根据抱箍钢板的抗弯、抗剪强度反算钢板厚度(拟取3号钢板)，计算得钢板厚度 t≥5.1mm。
现取钢板厚度t=18mm。
4、 盖梁支架结构强度及稳定性验算：
支架施工方案立面图如下：
图4 盖梁支架施工方案立面图
4.1计算参数
为确保盖梁支架在施工中的安全，采用大型商用有限元分析软件MIDAS Civil对此结构进行计算，计算结果中以考虑支架本身的自重。各计算参数取值如下：
表1 支架各类杆件截面特性表
钢的弹性模量Es=2.1×105MPa .钢密度 =7850kg/m3. 计算荷载按300t
4.2计算模型
4.3 计算结果：
4.3.1 静力计算
a.在计算荷载作用下，支架的最大变形为9.1mm。满足施工要求。
b.在计算荷载作用下，弦杆的最大拉应力为108MPa，出现在弦杆与抱箍牛腿相接处;最大压应力为81.8MPa，出现在弦杆与短斜杆相接处。以上应力均满足钢材容许应力。
c.在计算荷载作用下，斜杆全截面受压，最大压应力出现在短斜杆与弦杆相接处，应力大小为125MPa〈140 MPa。满足钢材容许应力。
d.根据图5支架轴里力图：大斜杆的最大压力为60吨，四个大斜杆在竖直方向上的分力为170吨，此重量被下抱箍所承受，则上抱箍承受130吨重量。根据预压及理论计算结果，抱箍可以承受。
4.3.2 稳定计算
在计算荷载作用下，支架的第一阶失稳模态为结构整体面外失稳，稳定安全系数为2.521。满足施工要求。
5 、初选方案结论
在我们实际施工时，第一次荷载试压失败，出现的主要问题是上抱箍下滑2cm,下抱箍下滑4cm， 支架斜杆变形。分析原因为：
5.1 抱箍摩擦力不足，但我们在计算过程中抱箍的摩擦力是足够的，实际施工时的偏差太大，没能测出实际加在抱箍螺栓上的预紧力是否达到300KN。我们要考虑在加大抱箍的尺寸基础上加强抱箍螺栓的预紧力监控。
5.2 支架横向连接无法恢复计算模型。支架计算模型为一个整体刚结构，但实际操作时，由于横向连接是在空中进行的，很难达到计算模型的要求。必须加强横向连接。
5.3 预压材料应选择可流动的水。在实施预压过程中出现了较危险的场面，需要及时卸载，由于使用卵石子加载，不能及时卸载，如果改用水来加载，情况会好很多。
5.4 预压位置没做到均匀加载。卵石子的不可流动性很难做到加载均匀，如果改用水来加载会解决此问题。
5.5 预压监控实施不到位。
我们寻求加固办法，只要做到施工阶段的连接达到设计计算阶段的连接要求，我们相信结果是可行的。支架预压后的图片如下：
图7 支架预压后的图片
6 、重新确定方案
6.1 解决问题
6.1.1抱箍摩擦力不足
重新设计抱箍：宽度由50cm增加到105cm，钢板厚度由18mm增加到20mm，螺栓个数由24个增加到36个,螺栓排列位置改为两排。
买扭力扳手测力(16000人民币)，以测得螺栓实际加在抱箍的正压力。
6.1.2支架横向连接无法恢复力学计算模型
在地面上将横向连接连好并加斜向连接
分片安装方案——整体吊装方案，减少在高空中的作业频率
6.1.3在原来支架上改装后，新方案示意图及计算模型如下：
6.1.4 新方案计算
a.由于抱箍各个尺寸加大加强，所以抱箍和墩柱的摩擦力肯定满足竖向荷载要求
b.由于新旧方案的差别在于施工的可操作性，新方案在旧方案的基础上作了适当的结构加强，整体受力与稳定性要增强。但计算模式和旧方案一样，所以各项计算结果满足施工要求。
c.在计算荷载作用下，弦杆的最大拉应力为108MPa，出现在弦杆与抱箍牛腿相接处;最大压应力为81.8MPa，出现在弦杆与短斜杆相接处。以上应力均满足钢材容许应力。
d.在计算荷载作用下，斜杆全截面受压，最大压应力出现在短斜杆与弦杆相接处，应力大小为125MPa〈140 MPa。满足钢材容许应力。
6.1.5施工中应该注意事项：
a.计算表明，支架结构的最大压应力出现在弦杆与短斜杆相接处。为降低该处的应力值，在弦杆上布置横担时，应将最外侧横担尽可能靠内摆放。
b.由支架轴力图可知，最大轴力出现在长斜杆的中部，可在该长度范围内H型钢的两侧焊接封板以提高截面刚度。
c.计算表明，横担在抱箍牛腿处要承受较大的集中反力，为确保横担工字钢的腹板不出现局部失稳，施工时应对该位置工字钢的腹板予以局部加强
d.工人在支架上施工，可以考虑将安全带连接在盖梁钢筋上，因为盖梁钢筋与墩柱预埋钢筋直接焊接，是在整个临时支架系统之外，安全系数较高，即使整个支架失稳后，盖梁钢筋亦不会与架子同时掉下。
e.整个结构必须在低处进行模拟预压后才能施工
f.支架的尺寸与连接必须保证严格按照图纸施工，以保证实际受力情况与理论计算吻合。
g.试验时做好详细的试验记录，支架变形，抱箍的滑移，高强螺栓的紧拉力。
h.试验后 ，总结一套完整施工要求及数据。
i.专人施工，专人检查。
j.支架连接构件要专业焊接工人焊接。
k.制定切合实际的混凝土施工工艺(塌落度，缓凝时间，灌注分层)保证混凝土不会由于支架变形而产生裂缝。。
l.抱箍避免运输中变形
m.均匀对称浇注，严禁偏载
7 、新方案结论
在我们实施新方案时，第一次荷载试压出现的主要问题全部解决，预压材料选择了一部分卵石和一部分可流动的水，以利于采取紧急卸载。预压时加载均匀，采用两个吊车分别从两侧加载。预压监控实施到位，测量队对整个预压过程进行了全方位的监测。证明我们的新方案结果是可行的。
参考文献：
[1] 杨文渊编《路桥施工常用数据手册》
[2] 大型商用有限元分析软件MIDAS Civil
