劉輝

摘要：結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)某等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁采用滿堂支架進(jìn)行施工。對(duì)滿堂支架方案布設(shè)情況進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)建立滿堂支架有限元模型，對(duì)支架系統(tǒng)的應(yīng)力位移進(jìn)行分析，并對(duì)支架系統(tǒng)的沉降進(jìn)行監(jiān)控。結(jié)果表明：此橋梁現(xiàn)澆箱梁滿堂支架方案合理，支架系統(tǒng)的應(yīng)力位移在合理的范圍內(nèi)，可為類型項(xiàng)目提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；現(xiàn)澆箱梁；滿堂支架；結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算

0? ?引言

在橋梁工程建設(shè)中，因?yàn)橄淞喉敳扛拱遢^寬，為確保工程順利開(kāi)展，常用滿堂支架現(xiàn)澆施工工藝。滿堂支架具有多個(gè)支撐點(diǎn)，為避免滿堂支架由于荷載導(dǎo)致的形變，需要保障滿堂支架垂直方向的沉降在安全范圍內(nèi)，以防滿堂支架出現(xiàn)不均勻沉降導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力超標(biāo)。施工過(guò)程中，需要對(duì)現(xiàn)澆箱梁滿堂支架的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度情況進(jìn)行分析，并利用邁達(dá)斯-Civil2019有限元分析軟件得到更加直觀完整的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度響應(yīng)數(shù)據(jù)，從而更好地確定橋梁現(xiàn)澆箱梁滿堂支架方案的科學(xué)性和合理性。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)某等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁采用滿堂支架進(jìn)行施工。

1? ?工程概況

某橋梁采用4×50m的等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，主梁高度2.8m，為單箱梁四室構(gòu)造。箱梁頂部寬度為35m，梁頂設(shè)置坡度為2%的人形橫向坡。梁底寬度25m，懸臂長(zhǎng)4.0m，邊腹板采用斜腹板，腹板斜率1.25。箱梁頂部、底部腹板厚300mm，跨中腹板厚650mm，支點(diǎn)周邊腹板厚80cm，對(duì)跨中腹板、支點(diǎn)周邊腹板設(shè)置300cm過(guò)渡區(qū)域。箱梁頂端橫梁厚2m，橫向設(shè)置支座2個(gè)，距離20m。外挑臂型中橫梁厚3m，超出箱梁兩側(cè)3m。

現(xiàn)澆箱梁采用滿堂支架臨時(shí)支撐形式。單聯(lián)箱梁的支架需連續(xù)搭設(shè)完成，以確保箱梁的施工連續(xù)性。對(duì)支架沉降進(jìn)行全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。澆筑前開(kāi)展支架預(yù)壓，以消除滿堂支架形變。論證支架的承力能力，確保預(yù)壓值不小于混凝土自重，待支架沉降趨于穩(wěn)定才能進(jìn)行正式施工。

2? ?滿堂支架方案布設(shè)情況

2.1? ?確定支架布設(shè)方案

橋梁工程施工中，現(xiàn)澆箱梁是常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，其具有跨度大、荷載大等特點(diǎn)。為了提高現(xiàn)澆箱梁施工的安全性，需要對(duì)滿堂支架方案進(jìn)行優(yōu)化，提高其可靠性和安全性。在實(shí)際工程中，通過(guò)對(duì)支架方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠滿足混凝土澆筑工作的基本需求。

在該工程中，支架布設(shè)采用滿堂支架方案。該橋梁工程屬于T型剛構(gòu)，箱梁截面為變高度矩形，在箱梁澆筑完成后，需要對(duì)箱梁頂板、腹板以及底板等部位進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉施工。橋梁工程施工中采用的是掛籃懸臂澆筑法，因此需要在掛籃上澆筑混凝土。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及工期要求等因素，在箱梁頂板、腹板以及底板等部位均布置支架。

2.2? ?確定澆筑法

將原設(shè)計(jì)的鋼管腳手架改為雙排碗扣式鋼管腳手架，并根據(jù)實(shí)際施工要求和工期要求等因素進(jìn)行合理布設(shè)。在該工程中，現(xiàn)澆箱梁施工中采用的是掛籃懸臂澆筑法。當(dāng)混凝土澆筑完成后，需要將掛籃懸臂澆筑法應(yīng)用到現(xiàn)澆箱梁施工中。

2.3? ?支架布設(shè)要點(diǎn)

該橋梁的滿堂支架采用碗扣連接形式，單元支架部分采用Ф50.4×3.8 mm的鋼管。為保障滿堂支架穩(wěn)定性，按照4m間距設(shè)置剪力橫撐，豎向設(shè)置20道剪力撐。在箱梁頂部設(shè)置縱梁加筋，用槽鋼作為縱向橫梁。預(yù)壓荷載分配梁采用200mm×200mm木方，現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)置情況如表1所示。滿堂支架布置圖橫斷面如1所示。

中軸必須采用10mm厚的高強(qiáng)度鋼板，以保證中軸與基礎(chǔ)的緊密接觸。下支架的長(zhǎng)度不得縮短，對(duì)于4個(gè)旋鈕，絲杠開(kāi)口長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)總長(zhǎng)度的1/3。梁的位置取決于支撐結(jié)構(gòu)的中心。在2.5m長(zhǎng)的部分，每個(gè)方向的桿間距為700mm，間隔為1.5m，控制臺(tái)的有效支撐面積為0.55m²。

豎向框架置于箱梁空心內(nèi)，各方向距離為1000mm，支撐架間隔1.5m，有效承載面積為0.55m2。在箱梁空心隔板位置加支撐桿，各方向間距為1000mm，支架節(jié)距為1.5m，一根桿的有效支撐面積為0.55m2。在翼緣板位置加支撐桿，每個(gè)方向的距離為1000mm，間隔為1.5m。

3? ?滿堂支架有限元模型

該次研究針對(duì)橋梁施工的2、3聯(lián)現(xiàn)澆混凝土箱梁，按照控制臺(tái)裝配圖，運(yùn)用邁達(dá)斯-Civil2019建立滿堂支架有限元模型，對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等情況開(kāi)展仿真分析。

滿堂支架整個(gè)結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱，可選對(duì)稱一半結(jié)構(gòu)中最不利位置進(jìn)行分析。模型寬33m，其沿橋梁方向的豎向長(zhǎng)50×2m。支架模型橫向分布如圖2所示。整個(gè)模型基礎(chǔ)為竹膠合板，下部模板采用板單元模擬，木方、槽鋼、支撐桿等采用梁?jiǎn)卧M。為保證荷載作用下滿堂支架結(jié)構(gòu)模型變形的連續(xù)可控，各結(jié)構(gòu)單元的連接位置采用通用連接方式。

滿堂支架設(shè)計(jì)驗(yàn)算荷載取值表如表2所示。由表2可知，支架結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量q1，取值為0.85kN/m²；風(fēng)荷載為0.32kN/m²；新澆筑混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的載荷為30kN/m²；傾倒混凝土產(chǎn)生的水平?jīng)_擊荷載為2kN/m²；施工人員及施工設(shè)備、施工材料等荷載為3.0kN/m²；混凝土對(duì)側(cè)模的壓力為43.75kN/m²；振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的振動(dòng)荷載為2kN/m²。

確定承載力階段，對(duì)應(yīng)的自重和超載組合系數(shù)分別為1.3和1.5，搭設(shè)好滿堂支架后，澆筑混凝土前，結(jié)構(gòu)荷載體系最不穩(wěn)定。此時(shí)荷載最小，可進(jìn)行支架穩(wěn)定性檢驗(yàn)計(jì)算。

4? ?支架系統(tǒng)應(yīng)力與位移分析

通過(guò)上述的分析，能夠看出支架系統(tǒng)具有較大的變形，特別是在地基承載力不足情況下，容易出現(xiàn)變形和開(kāi)裂現(xiàn)象。在實(shí)際施工中，需要對(duì)支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果對(duì)支架系統(tǒng)進(jìn)行必要的優(yōu)化和改進(jìn)，以提高支架系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？梢圆捎肕IDAS/Civil有限元軟件對(duì)支架系統(tǒng)進(jìn)行必要的計(jì)算分析。對(duì)于地基承載力不足時(shí)，需要采取一定的加固措施。采用MIDAS/Civil有限元軟件中的SHELL63單元建立支架系統(tǒng)模型。

4.1? ?支架系統(tǒng)的應(yīng)力分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析可知，整個(gè)滿堂支架的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在跨中截面橫橋剪力支座的底部，應(yīng)力大小取47.67MPa。最大壓應(yīng)力為跨中截面順橋向剪力支座的底部，應(yīng)力大小取192MPa。Q235A鋼的允許屈服強(qiáng)度為235MPa。

支架系統(tǒng)應(yīng)力值如表3所示，根據(jù)表3可知，極端拉伸和壓縮應(yīng)力不超過(guò)鋼材的屈服強(qiáng)度，因此滿堂支架結(jié)構(gòu)的承載能力滿足設(shè)計(jì)和施工要求。使用邁達(dá)斯軟件的仿真結(jié)果表明，滿堂支架的剪力支座對(duì)整個(gè)支架結(jié)構(gòu)的承載力貢獻(xiàn)很大。

4.2? ?支架系統(tǒng)的位移分析

滿堂支架系統(tǒng)的位移分析結(jié)果具體如表4所示。在實(shí)際施工環(huán)境下，滿堂支架所用縱梁位移最大值為2.11mm，橫梁位移最大值為2.21mm，竹膠合板位移最大為2.14mm，上述位移都出現(xiàn)在均橋梁跨中區(qū)域的橫梁中腹板位置。

確定滿堂支架、混凝土模板的抗變形剛度環(huán)節(jié)，任何情況下橋梁結(jié)構(gòu)變形都不得超過(guò)下列允許值：開(kāi)模時(shí)變形量不得超過(guò)l/400；模板隱蔽時(shí)，變形量應(yīng)控制在計(jì)算跨徑的1/250。表4中的數(shù)據(jù)表明，橋梁構(gòu)件的撓度在規(guī)范范圍內(nèi)，滿堂支架系統(tǒng)的剛度符合施工設(shè)計(jì)要求。

5? ?支架系統(tǒng)的沉降監(jiān)控

支架系統(tǒng)的沉降監(jiān)控是橋梁現(xiàn)澆箱梁施工中的重要環(huán)節(jié)，支架沉降主要是由于地基沉降、模板變形和預(yù)應(yīng)力施加等因素引起的。在實(shí)際施工中，支架系統(tǒng)的沉降監(jiān)控需要根據(jù)地基沉降情況來(lái)確定。若地基發(fā)生較大沉降，會(huì)影響到混凝土澆筑的質(zhì)量，因此在實(shí)際施工中，需要對(duì)地基進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)。

根據(jù)有限元模擬軟件邁達(dá)斯得到沉降監(jiān)控計(jì)算表。該橋梁箱梁滿堂支架的水平位移可忽略不計(jì)，計(jì)算以豎向位移為主，因此有必要增加對(duì)野外垂直沉降的監(jiān)測(cè)。順橋梁方向的縱軸共設(shè)置6個(gè)監(jiān)測(cè)截面，每個(gè)監(jiān)測(cè)截面分別設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，總計(jì)36個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)布置見(jiàn)圖3。

根據(jù)實(shí)地監(jiān)測(cè)，滿堂支架立桿下部沉降主要為基礎(chǔ)沉降，沉降數(shù)值基本在5mm以內(nèi)。立桿上部沉降包括基礎(chǔ)沉降、桿壓縮變形、桿塑性變形，沉降大小基本在10mm以內(nèi)。滿堂支架結(jié)構(gòu)的整體沉降都符合施工設(shè)計(jì)要求，可保證施工的安全性。

通過(guò)對(duì)模擬值和實(shí)測(cè)值的分析可以看出，仿真值普遍低于實(shí)際測(cè)量值。主要原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)總體剛度建立后，會(huì)出現(xiàn)模型“過(guò)剛”的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致模擬值普遍低于實(shí)測(cè)值。偏差處于工程可接收范圍內(nèi)，故完全可以在橋梁工程模擬中廣泛推廣邁達(dá)斯有限元分析工具，以便提高支架方案的合理性。

6? ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，滿堂支架結(jié)構(gòu)承力性能直接關(guān)系到施工的整體安全。滿堂支架具有多個(gè)支撐點(diǎn)，為避免滿堂支架由于荷載導(dǎo)致的形變，需要保障滿堂支架垂直方向的沉降在安全范圍內(nèi)。本文使用邁達(dá)斯有限元分析工具，對(duì)該橋梁工程的2跨、3跨現(xiàn)澆混凝土箱梁的滿堂支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，得到以下結(jié)論：

鋼管支架的豎桿、橫桿均符合施工設(shè)計(jì)要求，無(wú)受壓損壞。滿堂支架各支撐組件中的所有桿件均符合變形規(guī)范要求。通過(guò)仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比可知，該有限元分析工具在滿堂支架變形仿真中的應(yīng)用效果顯著。

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