高速公路支架在橋梁施工中的應(yīng)用
2011-11-04 來(lái)源：中國(guó)鳴網(wǎng)
在山區(qū)高速公路施工過(guò)程中，橋梁一般占總里程的60%以上，且橋梁普遍墩柱較高，由于地形復(fù)雜，吊車(chē)一般都不能使用。由于橋梁較多，在施工立柱過(guò)程中如果采用塔吊將會(huì)使成本大幅度增加。從施工經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，在保證施工安全、可行的前提下，提出采用全支架法施工，利用支架進(jìn)行模板提升、支護(hù)，完成混凝土澆筑工作。
1、模板吊裝過(guò)程
由于采取全支架免塔吊法施工，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)作為模板提升動(dòng)力設(shè)備，模板按每塊重量不超過(guò)400kg進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，便于人工配合卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行模板的安裝?；詈奢d分項(xiàng)系數(shù)取1.4[1]，G=0.4×10×1.4=5.6kN
2、支架受力驗(yàn)算
根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，采用G=5.6kN荷載作為控制設(shè)計(jì)根據(jù)。
2.1立桿受力計(jì)算
2.1.1立桿步距取1.2m
立桿按實(shí)際到場(chǎng)的鋼管直徑與厚度進(jìn)行計(jì)算，外徑48mm，厚度2.5mm。故其面積A為:357.2mm2;慣性矩Ⅰ為92709.2mm4;柔度系數(shù)λ為149.1[2]。
查λ-系數(shù)表[3],0.343。
此時(shí)立桿的承載能力為:
式中:為Q235A的抗拉極限強(qiáng)度，=210MPa。
計(jì)算得N=25.7kN>G=5.6kN
故此時(shí)立桿承載力顯然滿(mǎn)足要求，且山區(qū)墩柱其樁基多為挖孔樁，在此立桿步距條件下，樁基鋼筋籠下放階段兼可作為鋼筋籠下放反力架，一般15t重鋼筋籠下放由8根立桿承擔(dān)是能夠滿(mǎn)足要求的。此時(shí)反力架既作為鋼筋籠下放工具，也作為墩柱施工支撐反力架，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。
2,1.2立桿步距取1.5m
按同樣方法計(jì)算得:
N=0.228×357.2×210=17.1kN
按此布置若進(jìn)行樁基鋼筋籠下放沒(méi)有足夠的安全系數(shù)，但可以進(jìn)行模板安裝，這就要求根據(jù)計(jì)算結(jié)果，合理布置反力架。在作為鋼筋籠下放的持力段（根據(jù)鋼筋長(zhǎng)度，一般為9m）采用1.2m步距搭設(shè)反力架，其余段落采用1.5m步距搭設(shè)反力架。
2.2橫桿受力計(jì)算
以直徑最大的2.2m墩柱作為計(jì)算模型，其受力結(jié)構(gòu)如圖1，橫桿布置如圖2。
圖1支架頂受力簡(jiǎn)圖（尺寸單位:cm）
圖2支架平面布置圖（單位:cm）
支座處的反力為:
R=F/2=2.8kN
查公路橋涵計(jì)算手冊(cè)，3不等跨連續(xù)梁的最大彎矩為:
Mmax=0.0308×F×1.84=0.32kN•m
橫桿、支撐桿材料與立桿相同，也為Q234A。
（1）橫桿強(qiáng)度驗(yàn)算
截面系數(shù)
MPa，能夠滿(mǎn)足要求。
（2）支撐桿強(qiáng)度驗(yàn)算
支撐桿長(zhǎng)度為:
（此時(shí)支撐系數(shù)μ取1）
查系數(shù)表，
立桿的承載能力為:
N=0.297×357.2×210=22.2kN<2.8kN,滿(mǎn)足要求。
2.3支架整體受力及抗傾覆計(jì)算
2.3.1支架整體受力計(jì)算
按半幅墩柱單獨(dú)施工進(jìn)行最不利考慮計(jì)算，墩柱周?chē)贾昧U如圖3。
圖3整體支架平面布置圖（單位:cm）
半幅立桿慣性矩計(jì)算如下:
支架高按50m考慮，其柔度系數(shù)。
查表，。
支架的豎向承載能力為:
N=0.924×357.2×32×210=2218kN,顯然滿(mǎn)足要求。
2.3.2抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算
（1）水平風(fēng)荷載
式中:Wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa;為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4]規(guī)定，支架最高50m，按表7.2.1取;f為腳手架風(fēng)荷載體形系數(shù)，按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)》[3]取值，本計(jì)算中取;W0為基本風(fēng)壓，kPa，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，本計(jì)算中按西昌市（工程所在地）50年一遇，取W0=0.3。
Wk=0.7×1.67×0.15×0.3=0.053kPa
最大水平風(fēng)力為:Fw=Wk×50×15=9.75kN（15為半幅施工時(shí)支架的寬度，m）
（2）抗傾覆計(jì)算以1.2m墩柱直徑進(jìn)行計(jì)算最為安全，其寬度最小，為4m，支架重量為:
G=（32×50+50/1.5×（4×15+8×4））×2.8×=130.67kN（2.8為鋼管線質(zhì)量，kg/m）
支架可能承受的最大水平推力為:
Fmax=Fw+50×1.4=109.75kN
式中:50為卷?xiàng)顧C(jī)最大提升力，kN;1.4為提升安全系數(shù)。
轉(zhuǎn)動(dòng)平衡方程為:
Fmax×4≤G×2
439kN•m>261.34kN•m，不滿(mǎn)足要求，必須拉纜風(fēng)繩。
需要風(fēng)纜繩提供的抵抗力矩為:
439一261.34=177.66kN•m
風(fēng)纜按最大角度60°考慮，其布置如圖4所示。
圖4支架風(fēng)纜安裝示意圖
要求風(fēng)纜具有的最小拉力FL為:FL×4×sin60°+FL×50×cos60°=177.7kN•m
FL=6.2kN，顯然這是很容易做到的。
3、最大翻模高度計(jì)算
在高墩施工中，墩柱混凝土不能一次澆筑完成，需采取翻模法施工。要求混凝土澆筑后最頂上一節(jié)模板不予拆除，便于下一步支模，同時(shí)作為上部模板的支撐體系。這時(shí)就要根據(jù)未拆除模板的長(zhǎng)度，確定上部模板支立的最大高度，同時(shí)需要考慮模板垂直度控制對(duì)模板支立高度的影響。
根據(jù)《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》[5]，查得新澆筑混凝土與模板間的切向連接力為8.8kPa（C30混凝土），翻模后支模最大高度按20m計(jì)算，取1m寬模板進(jìn)行（相當(dāng)于周長(zhǎng)1m的模板）計(jì)算。
模板重量為:G=1×1.0×20=20kN式中:1.0為1m2的模板重，kN。
模板與混凝土間的連接反力為:
F=8.8×1×H
由以上2式就有:F≥G+Fh
式中:Fh為活荷載，取2kN。
也就是說(shuō)在支立20m高模板時(shí)，需要沒(méi)有拆模的模板長(zhǎng)度至少為2.5m。m?？紤]最不利情況下模板分節(jié)長(zhǎng)度只有1m時(shí)，再考慮1,2的安全系數(shù)，最大的模板支立高度為:
如要加大支模高度，需要增加未拆模板高度或在其下部用抱箍加強(qiáng)。
4、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)反力架承載能力、翻模施工的支模高度進(jìn)行理論計(jì)算，為免塔吊全支架高墩施工提供了理論依據(jù)。通過(guò)該種施工工藝，大大節(jié)省了山區(qū)公路施工中的塔吊使用費(fèi)用，節(jié)省了較多的工程成本。
