试析钢筋混凝土梁桥大跨度超长钢筋混凝土盖梁支架设计和施工任务书

摘要：在砼构件施工中，通常支设支架所用的材料为扣件式架管及配套材料。该类型支架一般采用单根立杆，步距约为1.5m，架管壁厚约为3.0mm，承载能力约为30KN。对大跨度、大体积盖梁施工，常用的支架系统难以满足工程要求。设计采用较大管径钢管作为竖向受力构件、上部体系采用I36b工字钢作纵横向分布、[14b槽钢作为纵向布设组合，能够形成满足安全、质量和施工要求的支架系统，且经济合算。
关键词：大跨度 盖梁 支架 设计 施工

一、 工程概况

湖南省东安县紫水三桥工程原设计为三跨拱式桥，在施工单位已完成桥梁基础和下部结构施工的情况下，业主对设计文件作了重大变更，将原上部主要结构修改为三跨简支T梁。设计单位在修改文件中，只对桥梁的上部结构进行了全面的变更，下部结构仅作简单调整，而基础部分未做修改。由于前后两次的桥型结构完全不同，桥梁的受力和结构都发生了一定的变化。为满足上部结构的需要，该桥墩台盖梁采用了大跨度超长普通钢筋混凝土结构，单个桥墩盖梁长度达44.1m，其下由4棵直径φ2.8m的独立圆柱支撑，圆柱之间净跨达8.8m，盖梁断面尺寸为宽3.3×高3.2m，为罕见的大跨度、大体积盖梁。如何确保施工的质量和安全，支架设计和施工是关键。
由于前后两次的桥型设计完全不同，为适应上部结构的需要，该桥墩台盖梁采用了大跨度超长普通钢筋混凝土结构，单个桥墩盖梁长度达44.1m，其下由4棵直径φ2.8m的独立圆柱支撑，圆柱之间净跨达8.8m，盖梁断面尺寸为宽

3.3×高2m，为国内所罕见。

二、 支架设计

1. 荷载取值

该桥盖梁施工中的主要荷载有：盖梁自重、模板自重、支架型钢及钢管自重、施工机具和人群荷载、倾倒混凝土产生的荷载、混凝土振捣荷载。各项荷载的标准取值和分项系数如下表：

2. 支架体系的选择

通常支设支架所用的材料为扣件式架管及配套材料。根据经验，该类型支架的单根立杆在步距为1.5m，架管壁厚为3.0mm时，承载能力约为30KN。由于本工程盖梁高度达到了3.2m，底面压力超过了3.2×26×1.2=99.84KN/m2，初略估算架管的分布密度至少约为0.5×0.5m，显然密度很大，施工操作极度不变，不宜使用。为解决这一问题，考虑采用φ529mm钢管作为竖向受力构件，可将立杆的间距适当拉开，有利于施工操作。随之而来的是，支架的上部体系也需要采用大型型材，方能满足要求。上部体系采用I36b工字钢作纵横向分布，纵向（顺桥向）分布为第一层承重主梁兼调平梁，横向（横桥向）分布为第二层承重梁，在第二层承重梁上纵向布设[14b槽钢，传递和分配由模板向下传导的各种荷载。根据本工程需要，经多次试算，确定立柱的分布密度为（盖梁单跨内）3.6×1.8m，对称布置，第二层承重横梁沿纵向间距90cm布置，详细见图。

3. 结构承载能力计算

3.1 横向（顺桥向）工字钢梁验算

横向工字钢I36b实际受力模型，按单根长4m，计算跨度按3.6m，单跨简支，两端无悬臂考虑，分布间距为0.9m。盖梁高度3.2m，自重荷载通过模板下的横向分布槽钢[14传递给横向工字钢I36b，作用在纵向工字钢上的荷载按均匀分布考虑如下:
1）、混凝土自重：0.9×3.2×26×

1.2=89.9KN/m

2）、模板自重：0.9×

1.2×2=3KN/m

3）、工字钢I36b工字钢自重通过查资料得：0.6569×

1.2=0.8KN/m

4）、施工机具和人群荷载：0.9×

1.0×2=1KN/m

5）、倾倒混凝土的冲击河荷载：0.9×4.0×

1.2=4.3KN/m

6）、混凝土振捣荷载：0.9×2.0×

1.2=2.2KN/m

计算强度时，荷载q=1）+2）+3）+4

摘自：本科毕业论文答辩www.udooo.com

）+5）+6）=99.6KN/m
计算变形时，荷载q=1）+2）+3）=9

2.0KN/m

单跨简支梁可能出现的最大跨内弯矩：
M1=0.125×qL2=16

1.4KN·m

查表得I36b工字钢的截面抵抗矩W=919cm3=919000mm3
有最大弯曲应力=16

1.4×106÷919000=17

5.6MPa

≤=180MPa（考虑到所用I36b型钢为全新型钢） 最大剪力V=0.5qL=0.5×99.6×

3.6=179.3KN

则剪应力：=179.3×103÷（271×1

1.5）=5

7.5MPa

≤=80MPa 支座处出现的最大反力可能有：
F=qL=99.6×

3.6=358.6KN

查表得I36b工字钢的截面惯性矩I=16500cm4=165000000mm4
钢材的弹性模量E=

2.1×105MPa

根据《路桥施工计算手册》，有最大跨形
=

5.81mm≤==9mm

3.2 纵向（顺桥向）工字钢梁验算

按图所示，纵向工字钢I36b实际受力模型，按单根长3.6m，计算跨度1.8m考虑，则每根工字钢按二等跨简支连续梁计算，分布间距为按3.6m考虑。横（桥）向工字钢传递给纵向工字钢的荷载按集中力考虑，且按照横向工字钢的受力特点，传递给纵向工字钢的荷载最大值为358.6KN，忽略纵向工字钢的自重，有：
跨内最大弯矩M1=0.156×FL=0.156×358.6×

1.8=100.7KN·m

支座处最大弯矩MB=0.188×FL=12

1.4KN·m

则：最大弯曲应力=12

1.4×106÷919000=13

2.1MPa

≤=180MPa 最大剪力V==0.688×358.6=24

6.7KN

则剪应力：=246.7×103÷（303×1

1.5）=70.8MPa

≤=80MPa
（查《建筑结构工程师手册》得I36b工字钢的截面惯性矩与毛截面面积矩的比值I/S=30.3cm）
支座处出现的最大反力可能有：
P=0.625F×2+F=（

1.25+1）×358.6=80

6.9KN

=0. ≤==

4.5mm

综合上述，支架横梁与纵梁承载能力及变形均能满足要求。

3.3 模板底的[14槽钢承载能力与变形计算

按照3.1中的荷载分析计算，去掉I36b工字钢的自重影响，即为模板底分布槽钢[14所承受的荷载。不计算悬臂端荷载的有利影响，则因下方横向工字钢给槽钢提供的支撑条件，[14槽钢可按四等跨简支连续梁计算，跨度为0.9m，承受荷载的面积为0.4m宽范围内的各种荷载，详细如下：
计算强度时，荷载q=4

4.0KN/m

计算变形时，荷载q=40.6KN/m
查《建筑结构工程师手册》得知：
[14a槽钢的截面惯性矩I=564cm4=5640000mm4，截面抵抗矩W=80.5cm3=80500mm3。
查《路桥施工计算手册》，支座处可能出现的最大弯矩：
MB=0.107×qL2=0.107×44×0.92=

3.8KN·m

最大弯曲应力=

3.8×106÷80500=47.2MPa