边梁模板盘扣支撑搭设（高墩宽幅边跨梁段现浇模板支撑架斜置结构设计）

边梁模板盘扣支撑搭设（高墩宽幅边跨梁段现浇模板支撑架斜置结构设计）图3 边跨现浇段及合龙段剖面 本连续梁的第27号节段为边跨梁段，长度为888 cm; 26号为边跨合龙梁段，长度为200 cm; 梁高345 cm。边跨梁段及合龙梁段结构如图3所示。斜拉桥的连续箱梁采用变截面、变高度、直腹板的单箱两室变三室结构，箱梁顶宽34 m 底宽20 m 梁高由6.65 m 变化至3.45 m 连续梁共分105个梁段，T构每侧25个节段，总计需要悬浇100个节段。边跨现浇2个节段，每个节段长8.88 m 中支点0号块长度14 m 合龙段总计3个节段，每个节段长2 m。桥梁第22号边墩下部结构为等截面双矩形实体钢筋混凝土墩，单墩截面尺寸为 3.7 m×6.8 m 基础均为钻孔灌注桩，22号边墩墩高为 31 m。 边跨现浇梁段、边跨合龙段及边墩构造如图2所示。图2 22号边墩及主梁边跨梁段构造

李红 王静华中交一公局第一工程有限公司

摘 要：通过对新建汉江河谷公路大桥第22号边跨梁段模板支撑架的结构检算，阐述现浇模板高支撑架斜置结构的力学模型和结构检算方法，为类似专项施工方案的结构设计提供参考。

关键词：斜拉桥;边跨现浇梁段;支撑架;结构设计;

1 工程概况

新建汉江河谷公路大桥是国道G316 跨越汉江节点的关键工程，大桥主体全长4 701.5 m 其中跨越汉江主航道为(110 200 110)m 部分斜拉桥，桥梁墩号为22号～25号，如图1所示。

图1 (110 200 110)m斜拉桥桥跨布置

斜拉桥的连续箱梁采用变截面、变高度、直腹板的单箱两室变三室结构，箱梁顶宽34 m 底宽20 m 梁高由6.65 m 变化至3.45 m 连续梁共分105个梁段，T构每侧25个节段，总计需要悬浇100个节段。边跨现浇2个节段，每个节段长8.88 m 中支点0号块长度14 m 合龙段总计3个节段，每个节段长2 m。

桥梁第22号边墩下部结构为等截面双矩形实体钢筋混凝土墩，单墩截面尺寸为 3.7 m×6.8 m 基础均为钻孔灌注桩，22号边墩墩高为 31 m。 边跨现浇梁段、边跨合龙段及边墩构造如图2所示。

图2 22号边墩及主梁边跨梁段构造

本连续梁的第27号节段为边跨梁段，长度为888 cm; 26号为边跨合龙梁段，长度为200 cm; 梁高345 cm。边跨梁段及合龙梁段结构如图3所示。

图3 边跨现浇段及合龙段剖面

边跨梁段长度超过5 m已不能采用三角托架方案施工；吊架方案经过验算悬臂梁端下挠超过设计允许挠度值；边跨梁段正下方在水中，地质为直径10～80 cm大小不一漂石，钢管柱难以穿越漂石层，支架基础容易失稳，搭设落地支架得不到保障。因此，拟采用倾斜式落地支撑架，支撑架落在边墩承台位置。

2 支撑架结构

边跨梁段及合龙梁段均采用支撑架法就位浇筑。先浇筑边跨梁段、后浇筑合龙梁段。支撑架按边跨梁段和合龙梁段一次浇筑的加载工况进行结构检算。

支撑架总体结构概述：支撑架采用不对称性的倾斜式落地支撑结构，利用墩身抵抗水平倾覆力。支架总支撑高度约31 m 支架平台长度9 m(顺桥向)、宽度36 m(横桥向)。边跨梁段及合龙梁段现浇模板支撑架设计结构如图4所示。

支撑柱—N1:顺桥向前后布置2排，每排8根支撑柱。远离边墩一排倾斜布置。支撑柱采用直径ϕ500 mm×9 mm钢管和I56b工字钢组合搭配设置。前排8根柱，后排4根柱。对应墩身处采用牛腿支撑(在墩身上预埋钢牛腿)。支撑柱下端置于承台或扩大基础上。

图4 边跨梁段及合龙梁段现浇模板支撑架设计结构示意

一次主梁—N2:采用2根I63b工字钢组合梁(水平并置) 横桥向布置，搁置于支撑柱N1上。横桥向通长布置，单根长36 m。

二次主梁—N3:采用普通型贝雷桁架梁。顺桥向布置，每组贝雷桁架梁由3节3 m标准桁片组成，共计布置16组贝雷桁架梁(32片)。采用标准间隔90 cm和135 cm两种规格桁撑架组拼。其中9组90 cm桁撑架，8组135 cm桁撑架。

其他结构：(1)稳定桁撑结构，横撑杆件采用2根[32槽钢组合杆件，斜拉杆或剪刀撑采用斜撑∠75角钢；(2)底模结构，采用截面 15 cm×15 cm方木 18 mm厚竹胶模板；(3)翼缘板下支撑架，在贝雷桁架梁顶上搭设满堂脚手支撑架；(4)安全围栏，支架施工作业平台周边设有安全围栏，围栏高度不低于1.2 m。围栏结构可采用∠75角钢及ϕ20钢筋焊接而成。

3 计算参数

计算参数主要取自河谷汉江公路大桥施工图设计文件和《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)、《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)。其中，钢材弹性模量E=2.1×105MPa; Q235 钢材抗拉、抗压设计控制强度210 MPa 剪切强度120 MPa;钢筋混凝土重度 γc=26 kN/m3;二次分配允许挠度 [w]=L/400;恒载分项系数 1.2 活载分项系数 1.4;施工人员及机械活载为1.0 kN/m2 模板重量q=2.0 kN/m2 振捣混凝土荷载取2.0 kN/m2。

贝雷桁架梁检算指标依据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB 10110—2011) 见表1。

表1 贝雷梁的承载力设计值及几何特性

型号	几何特性		容许内力
单排单层 不加强型	Ix/cm4	W/cm3	弯矩/(kN·m)	剪力/kN
	250 497.2	3 578.5	788.2	245.2

荷载组合可按下列公式计算：

q=1.2(q1 q2 q3) 1.4(q4 q5) (1)

式中：q1为梁段恒载；q2为支撑架结构荷载；q3为模板结构恒载；q4为施工人、机活载；q5为振捣混凝土时产生的荷载。计算得到的A支撑截面的施工荷载q=1 751 kN/m; B支撑截面q=1 112 kN/m。

4 支撑架结构内力

建立边跨梁段及合龙梁段模板支撑架结构力学模型(纵向分布) 如图5所示。

利用结构力学求解器对图5模型进行计算，边跨梁段及合龙梁段支撑架纵向结构内力计算影响线如图6所示。

图5 边跨梁段和合龙梁段支撑架力学计算图示

图6 边跨梁段及合龙梁段支撑架(纵向)结构内力计算影响线

(1)N1支撑柱的分担荷载。

A排垂直支撑，其分担竖向荷载RA=4 100 kN。

B排支撑柱斜置，斜置比例为404∶2 939。其分担的竖向荷载为 RB=6 483 kN。产生的水平分力为FB=891 kN;B排支撑柱轴向荷载为RZ=6 544 kN。

(2)贝雷桁架梁(N2)的结构内力。

最大剪力Tmax=4 259 kN;最大弯矩Mmax=5 912 kN·m。

建立支撑架横桥向布置结构的横桥向分布力学模型，支撑架横向A、B轴的计算力学模型分别如图7和图8所示。

图7 支撑架横向A轴力学模型

图8 支撑架横向B轴力学模型

支撑架A轴分担的总荷载为：RA=4 100 kN。支撑架A轴(墩旁)反映出的各个结构内力：

①N1主梁(2I56组合梁)结构的最大剪力TmaxB=470.4 kN 最大弯矩MmaxB=-261 kN·m 正弯矩M=189 kN·m(控制刚度);

②A轴上各支撑柱分担荷载RA1=143 kN RA2=509 kN RA3=624 kN RA4=775 kN。

支撑架B轴分担的总荷载为：RB=6 483 kN。支撑架B轴的各个结构内力为：

①N1主梁(2I56组合梁)结构的最大剪力TmaxB=724.3 kN 最大弯矩MmaxB=-318 kN·m 正弯矩M=254.3 kN·m(控制刚度);

②B轴各支撑柱分担荷载：

RB1=352 kN RB2=1 009 kN RB3=753 kN RB4=1 119 kN。

5 支撑架结构安全检算5.1墩身倾覆检算

支撑架斜置产生的水平荷载，对22号边墩构成威胁，需要检算边墩的抗倾覆能力。

支撑架水平荷载所产生的倾覆力矩(对墩身而言):

M倾覆= FBH=891×29.39=26 186 kN·m;

墩身自重的抵抗矩：

M抵抗=26Vb=26×(3.7×6.8×31×2)×(3.7/2)=75 032 kN·m。

抵抗安全系数：K= M抵抗/M倾覆=2.87 大于1.5 边墩结构安全，不会倾覆。

5.2N1—支撑柱强度检算(1)检算荷载。

A轴(排)支撑柱分担竖向总荷载为RA=4 100 kN 平均每根分担荷载R1A=512.5 kN;B轴(排)支撑柱分担的竖向总荷载为RB=6 483 kN 平均每根分担荷载R1B=810.4 kN。

A轴和B轴支撑柱数量一样多，前后标准一致。比较后可只验算B轴分担荷载最大的支撑柱承载能力。

B轴钢管支撑柱分担荷载最大的为RB4(横向中间2根) 其承担竖向荷载RB4=1 119 kN;B轴工字钢支撑柱(2I56b)分担荷载最大为RB2 其分担竖向荷载为RB2=1 009 kN。

(2)支撑柱能力检算。

钢管支撑柱规格：直径ϕ500 mm、壁厚9 mm 材质Q235钢材。其物理几何指标：截面惯性矩Ix=Iy=41 850 cm4;回转半径ix=iy=17.36 cm; 横截面积A=138.8 cm2;g=109 kg/m。

RB4(横向中间2根)承担竖向荷载RB4=1 119 kN 承担轴向荷载RB4Z=1 130 kN 承担的水平荷载FB4=154 kN(柱顶对墩身的拉扯荷载)。

从设计图中可知，支撑柱上下桁撑约束高度：横桥向均为400 cm 顺桥向最大约束高度784 cm。故按最大约束长度检算。对大约束高度的长细比为λ=45.2 对应稳定系数ψ=0.877。

钢管支撑柱的支撑能力：[N]=ψAf=2 556 kN 大于RB4Z=11 30 kN 安全储备系数K=2.26 钢管支撑能力满足施工需要。

(3)工字钢支撑柱承载能力验算。

工字钢支撑柱规格为I56b 材质Q235钢材。其物理几何指标：截面惯性矩Ix=48 560 cm4 Iy=1 170 cm4;回转半径ix=19.4 cm、iy=3.01 cm; 横截面积A=129 cm2;g=101 kg/m。

RB4(从外向内第2根)承担竖向荷载RB2=1 009 kN 承担轴向荷载RB4Z=1 018 kN 承担的水平荷载FB4=139 kN(柱顶对墩身的水平拉扯荷载)。

从方案设计图中可知，支撑柱上下桁撑约束高度：横桥向(即I56工字钢的y轴方向)均为400 cm 顺桥向(即I56工字钢的x轴方向)最大约束高度784 cm。工字钢截面不均衡，应分别检算。

I56工字钢的x轴：最大约束高度784 cm 长细比为λ=45.1 对应稳定系数ψ=0.877。I56工字钢x轴支撑柱的支撑能力：[N]=ψAf=2 376 kN 大于RB4Z=1 018 kN 安全储备系数K=2.33 钢管支撑能力满足施工需要。I56工字钢的y轴：约束高度400 cm 长细比为λ=132.9 对应稳定系数ψ=0.375。I56工字钢y轴支撑柱的支撑能力：[N]=ψAf=1 016 kN 近似等于轴向荷载RB4Z=1 018 kN 支撑能力满足现行《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)要求。

(4) N2——一次主梁强度检算。

支撑架结构的A轴及B轴均采用2I56b工字钢组合梁。B轴的L1主梁承担荷载大，故此以B轴L1主梁为检算对象。

B轴L1主梁结构控制内力：最大剪力TmaxB=724.3 kN 最大弯矩MmaxB=-318 kN·m 正弯矩M=254.3 kN·m(控制刚度)。

I56b工字钢，材质Q235钢材，其物理几何指标：截面惯性矩Ix=48 560 cm4;回转半径ix=19.4 cm; Ix/Sx=42.4 cm; d=14 mm; 横截面积A=12 9 cm2;g=101 kg/m。

最大弯曲拉压应力：σ=MmaxYmax2Ix=91.7σ=ΜmaxYmax2Ιx=91.7MPa 强度满足要求。

最大剪切应力：τ=Tmax2d(Ix/Sx)=61.0τ=Τmax2d(Ιx/Sx)=61.0MPa。强度满足要求。

(5) N3——贝雷桁架梁强度检算。

N3——贝雷桁架梁最大剪力Tmax=4 259 kN 最大弯矩Mmax=5 912 kN·m。

贝雷桁架梁的物理几何指标见表2。

22号边墩支撑架，共计布置n=32片(排)普通型贝雷桁架梁。

32排抗剪能力：nT1=32×245.2=7 846 kN 远超过最大剪切荷载Tmax=4 259 kN;K=1.84 抗剪能力满足要求。

表2 贝雷梁的承载力设计值及几何特性

型号	几何特性		容许内力
单排单层 不加强型	Ix/cm4	W/cm3	弯矩/(kN·m)	剪力/kN
	250 497.2	3 578.5	788.2	245.2

32排抗弯曲能力：nM1=32×788.2=25 222 kN·m 远超过最大弯矩荷载Mmax=5 912 kN·m; K=4.27 抗弯能力满足要求。

支撑架墩身连接强度：最上排横撑总的抗拉能力不小于FB=891 kN;其中B4钢管支撑柱的上横撑水平抗拉能力不小于FB4=154 kN。

稳定桁撑杆件刚度：纵立面水平横杆最长L=5.21 m 横立面横撑最长5.05 m。横撑性质按压杆对待，规范要求其长细比不大于250。反算其回转半径不得小于i=2.08 cm。纵横立面水平横撑杆件，均采用2根32槽钢组合杆件。最小组合回转半径i=12.5 cm。远远大于2.08 cm 横撑杆件刚度满足要求。横桥向立面斜拉杆，最长L=6.4 m。交叉斜拉杆按拉杆看待，规范要求其长细比不大于350。反算其回转半径不得小于i=1.83 cm。横桥向立面斜拉杆件，均采用∠75 mm等边角钢。最小组合回转半径i=2.16 cm。大于1.83 cm 杆件刚度满足要求。

6 检算结论及建议

(1)22号边跨梁段及合龙梁段现浇模板支撑架专项施工方案，总体结构承载能力满足公路工程现行《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)的要求，能够保证施工安全。

(2)两侧最外支撑柱设置的临时基础，施工麻烦、又增加施工成本、沉降变形也比承台大，可以考虑横桥向斜置，以便利用承台做支撑。

(3)A轴和B轴上各个支撑柱分担荷载差别较大，支撑柱的布置间距不够合理，应按照等荷载分配原则进行调整，使得每根支撑柱承担荷载基本一致。

(4)B轴斜置支撑柱对支撑架有明确的水平分力，最大一根支撑柱的水平分力F1=153.8 kN 对墩身有拉扯作用。最上层横撑杆件(2[32槽钢])的结构设计强度，应满足抵抗水平分力F1的能力要求。