桥梁现浇箱梁满堂支架方案研究

刘辉

摘要：结合工程实例，对某等截面预应力混凝土连续现浇箱梁采用满堂支架进行施工。对满堂支架方案布设情况进行了总结，通过建立满堂支架有限元模型，对支架系统的应力位移进行分析，并对支架系统的沉降进行监控。结果表明：此桥梁现浇箱梁满堂支架方案合理，支架系统的应力位移在合理的范围内，可为类型项目提供借鉴和参考。

关键词：桥梁工程；现浇箱梁；满堂支架；结构安全验算

0   引言

在桥梁工程建设中，因为箱梁顶部腹板较宽，为确保工程顺利开展，常用满堂支架现浇施工工艺。满堂支架具有多个支撑点，为避免满堂支架由于荷载导致的形变，需要保障满堂支架垂直方向的沉降在安全范围内，以防满堂支架出现不均匀沉降导致内应力超标。施工过程中，需要对现浇箱梁满堂支架的应力、应变、挠度情况进行分析，并利用迈达斯-Civil2019有限元分析软件得到更加直观完整的应力、应变、挠度响应数据，从而更好地确定桥梁现浇箱梁满堂支架方案的科学性和合理性。本文结合工程实例，对某等截面预应力混凝土连续现浇箱梁采用满堂支架进行施工。

1   工程概况

某桥梁采用4×50m的等截面预应力混凝土连续现浇箱梁，主梁高度2.8m，为单箱梁四室构造。箱梁顶部宽度为35m，梁顶设置坡度为2%的人形横向坡。梁底宽度25m，悬臂长4.0m，边腹板采用斜腹板，腹板斜率1.25。箱梁顶部、底部腹板厚300mm，跨中腹板厚650mm，支点周边腹板厚80cm，对跨中腹板、支点周边腹板设置300cm过渡区域。箱梁顶端横梁厚2m，横向设置支座2个，距离20m。外挑臂型中横梁厚3m，超出箱梁两侧3m。

现浇箱梁采用满堂支架临时支撑形式。单联箱梁的支架需连续搭设完成，以确保箱梁的施工连续性。对支架沉降进行全过程实时监控。浇筑前开展支架预压，以消除满堂支架形变。论证支架的承力能力，确保预压值不小于混凝土自重，待支架沉降趋于稳定才能进行正式施工。

2   满堂支架方案布设情况

2.1   确定支架布设方案

桥梁工程施工中，现浇箱梁是常见的一种结构形式，其具有跨度大、荷载大等特点。为了提高现浇箱梁施工的安全性，需要对满堂支架方案进行优化，提高其可靠性和安全性。在实际工程中，通过对支架方案进行优化设计，能够满足混凝土浇筑工作的基本需求。

在該工程中，支架布设采用满堂支架方案。该桥梁工程属于T型刚构，箱梁截面为变高度矩形，在箱梁浇筑完成后，需要对箱梁顶板、腹板以及底板等部位进行预应力张拉施工。桥梁工程施工中采用的是挂篮悬臂浇筑法，因此需要在挂篮上浇筑混凝土。根据现场施工条件及工期要求等因素，在箱梁顶板、腹板以及底板等部位均布置支架。

2.2   确定浇筑法

将原设计的钢管脚手架改为双排碗扣式钢管脚手架，并根据实际施工要求和工期要求等因素进行合理布设。在该工程中，现浇箱梁施工中采用的是挂篮悬臂浇筑法。当混凝土浇筑完成后，需要将挂篮悬臂浇筑法应用到现浇箱梁施工中。

2.3   支架布设要点

该桥梁的满堂支架采用碗扣连接形式，单元支架部分采用Ф50.4×3.8 mm的钢管。为保障满堂支架稳定性，按照4m间距设置剪力横撑，竖向设置20道剪力撑。在箱梁顶部设置纵梁加筋，用槽钢作为纵向横梁。预压荷载分配梁采用200mm×200mm木方，现浇箱梁支架设置情况如表1所示。满堂支架布置图横断面如1所示。

中轴必须采用10mm厚的高强度钢板，以保证中轴与基础的紧密接触。下支架的长度不得缩短，对于4个旋钮，丝杠开口长度不应超过总长度的1/3。梁的位置取决于支撑结构的中心。在2.5m长的部分，每个方向的杆间距为700mm，间隔为1.5m，控制台的有效支撑面积为0.55m²。

竖向框架置于箱梁空心内，各方向距离为1000mm，支撑架间隔1.5m，有效承载面积为0.55m2。在箱梁空心隔板位置加支撑杆，各方向间距为1000mm，支架节距为1.5m，一根杆的有效支撑面积为0.55m2。在翼缘板位置加支撑杆，每个方向的距离为1000mm，间隔为1.5m。

3   满堂支架有限元模型

该次研究针对桥梁施工的2、3联现浇混凝土箱梁，按照控制台装配图，运用迈达斯-Civil2019建立满堂支架有限元模型，对应力、应变、挠度等情况开展仿真分析。

满堂支架整个结构为轴对称，可选对称一半结构中最不利位置进行分析。模型宽33m，其沿桥梁方向的竖向长50×2m。支架模型横向分布如图2所示。整个模型基础为竹胶合板，下部模板采用板单元模拟，木方、槽钢、支撑杆等采用梁单元模拟。为保证荷载作用下满堂支架结构模型变形的连续可控，各结构单元的连接位置采用通用连接方式。

满堂支架设计验算荷载取值表如表2所示。由表2可知，支架结构自身质量q1，取值为0.85kN/m²；风荷载为0.32kN/m²；新浇筑混凝土、钢筋、预应力钢筋的载荷为30kN/m²；倾倒混凝土产生的水平冲击荷载为2kN/m²；施工人员及施工设备、施工材料等荷载为3.0kN/m²；混凝土对侧模的压力为43.75kN/m²；振捣混凝土时产生的振动荷载为2kN/m²。

确定承载力阶段，对应的自重和超载组合系数分别为1.3和1.5，搭设好满堂支架后，浇筑混凝土前，结构荷载体系最不稳定。此时荷载最小，可进行支架稳定性检验计算。

4   支架系统应力与位移分析

通过上述的分析，能够看出支架系统具有较大的变形，特别是在地基承载力不足情况下，容易出现变形和开裂现象。在实际施工中，需要对支架系统的稳定性进行分析，并根据相关分析结果对支架系统进行必要的优化和改进，以提高支架系统的稳定性。可以采用MIDAS/Civil有限元软件对支架系统进行必要的计算分析。对于地基承载力不足时，需要采取一定的加固措施。采用MIDAS/Civil有限元软件中的SHELL63单元建立支架系统模型。

4.1   支架系统的应力分析

经过计算分析可知，整个满堂支架的最大拉应力出现在跨中截面横桥剪力支座的底部，应力大小取47.67MPa。最大压应力为跨中截面顺桥向剪力支座的底部，应力大小取192MPa。Q235A钢的允许屈服强度为235MPa。

支架系统应力值如表3所示，根据表3可知，极端拉伸和压缩应力不超过钢材的屈服强度，因此满堂支架结构的承载能力满足设计和施工要求。使用迈达斯软件的仿真结果表明，满堂支架的剪力支座对整个支架结构的承载力贡献很大。

4.2   支架系统的位移分析

满堂支架系统的位移分析结果具体如表4所示。在实际施工环境下，满堂支架所用纵梁位移最大值为2.11mm，横梁位移最大值为2.21mm，竹胶合板位移最大为2.14mm，上述位移都出现在均桥梁跨中区域的横梁中腹板位置。

确定满堂支架、混凝土模板的抗变形刚度环节，任何情况下桥梁结构变形都不得超过下列允许值：开模时变形量不得超过l/400；模板隐蔽时，变形量应控制在计算跨径的1/250。表4中的数据表明，桥梁构件的挠度在规范范围内，满堂支架系统的刚度符合施工设计要求。

5   支架系统的沉降监控

支架系统的沉降监控是桥梁现浇箱梁施工中的重要环节，支架沉降主要是由于地基沉降、模板变形和预应力施加等因素引起的。在实际施工中，支架系统的沉降监控需要根据地基沉降情况来确定。若地基发生较大沉降，会影响到混凝土浇筑的质量，因此在实际施工中，需要对地基进行必要的监测。

根据有限元模拟软件迈达斯得到沉降监控计算表。该桥梁箱梁满堂支架的水平位移可忽略不计，计算以竖向位移为主，因此有必要增加对野外垂直沉降的监测。顺桥梁方向的纵轴共设置6个监测截面，每个监测截面分别设6个监测点，总计36个沉降监测点，各点布置见图3。

根据实地监测，满堂支架立杆下部沉降主要为基础沉降，沉降数值基本在5mm以内。立杆上部沉降包括基础沉降、杆压缩变形、杆塑性变形，沉降大小基本在10mm以内。满堂支架结构的整体沉降都符合施工设计要求，可保证施工的安全性。

通过对模拟值和实测值的分析可以看出，仿真值普遍低于实际测量值。主要原因为结构总体刚度建立后，会出现模型“过刚”的问题，进而导致模拟值普遍低于实测值。偏差处于工程可接收范围内，故完全可以在桥梁工程模拟中广泛推广迈达斯有限元分析工具，以便提高支架方案的合理性。

6   结束语

综上所述，满堂支架结构承力性能直接关系到施工的整体安全。满堂支架具有多个支撑点，为避免满堂支架由于荷载导致的形变，需要保障满堂支架垂直方向的沉降在安全范围内。本文使用迈达斯有限元分析工具，对该桥梁工程的2跨、3跨现浇混凝土箱梁的满堂支架结构进行了有限元分析，得到以下结论：

钢管支架的竖杆、横杆均符合施工设计要求，无受压损坏。满堂支架各支撑组件中的所有杆件均符合变形规范要求。通过仿真数据和实测数据的对比可知，该有限元分析工具在满堂支架变形仿真中的应用效果显著。

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