下承式钢管混凝土系杆拱主桥支架体系端横梁处支架研究

1 工程概况

新通扬运河2#桥帮宽桥，横跨三级航道新通扬运河，通航净空60m×7m。桥全长242.4米，桥跨分布4×20m+1×82.4m+4×20m，主桥采用下承式钢管混凝土系杆拱，为满足新通扬河三级航道通航净空要求，设计采用单跨82.4m的系杆拱进行跨越。图1所示。

图1系杆拱桥跨越新通扬运河

2 系杆拱端横梁处支架体系方案设计

2.1支架设计

支架采用碗扣式满堂钢管支架， 碗扣型脚手架材料为:48mm*3.25mm(Q235)热轧钢管，碗扣式支架使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调托撑，采用 50型可调 U型标准顶托，可调高度为 35cm，按下部支撑钢管每根布置，顶托伸出长度不得大于 30cm。支架立杆横向间距 30cm、纵向间距 60cm，横杆步距采用120cm；架设按规范要求设置纵向及横向剪力撑，确保支架稳定性。支架搭设立面图2所示。

图2支架搭设立面

2.2模板设计

端横梁侧模设置1.5cm 厚竹胶板的面板，面板外10×10cm 落叶松方木竖肋，竖肋间距 20cm；竖肋外侧则为 I10#工字钢水平肋，水平肋间距为 60cm；同一高度处两侧面的水平肋再由φ16mm 圆钢对拉，拉杆两头车丝，通过双螺栓拧紧。侧模图3所示。端横梁底模板体系由下至上分别为 30cm 钢管、10cm 上托、I10#工字钢、10cm×10cm 方木、1.5cm 厚竹胶板，使用上托调整模板底标高。在墩顶区域的拱脚底模直接在墩身顶面上设置支撑系统，由下至上分别为20cm 钢管立杆、10cm 上托、10×10 木方、1.5cm 厚竹胶板。

钢管横向使用扣件连成整体。底模图4所示。

在主桥7#、8#主墩处，首先清除原地面承台回填的软弱基层，换填土方并碾压密实，完成后铺设60cm厚废砖渣，碾压密实后浇筑15cm厚 C25混凝土。地坪四周做好排水系统，确保基础不被雨水浸泡，处理后的地基顶面应设置双面1%~2%横坡，以利于排水。

图3侧模布置图

图4底模立面图

3 端横梁处支架体系验算

3.1 计算参数

(1)材料

建筑建材

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(2)荷载标准值

① 梁体自重： 2 5 k N / m 3 ， 分项系数 1 . 2 ； ② 模板、支架重:1.0kPa，分项系数 1.2；③施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载：分项系数1.4计算模板及直接支承模板的小楞时，均布荷载取 2.5kPa；计算直接支承小楞的梁或拱架时，均布荷载取1.5kPa；计算支架立柱及支承拱架的其他结构构件时，均布荷载取1.0kPa；④振捣混凝土时产生的荷载对水平面模板为 2.0kPa，对垂直面模板为 4.0kPa；分项系数 1.4；⑤新浇混凝土对模板侧面压力:

分项系数 1.4。

3.2 模板(竹胶板)受力计算

底模为受弯构件，验算其抗弯强度和刚度，取单位宽度 1m的模板作为计算单元。计算单元的截面抗弯惯性矩 I 和截面抗弯模量 W 分别为：I=1000×153 /12=28.1×104 mm4 ；W=1000×152/6=3.75×104 mm3 底模按照支撑在方木上的三跨连续梁计算，计算跨径 200mm。模板计算简图图5所示。

图5模板计算简图

(1)荷载计算

系杆宽1.2m，截面积为 S=1.566m2，沿纵梁方向上线荷载计算如下：

① 静荷载（ 包括混凝土梁和模板底模的自重） ： q 静 =26×1.566×1+1.0×1.2 = 41.916kN/m②施工荷载(包括人员、材料、机具运输或堆放荷载，混凝土振捣荷载)：q活= (2.5 + 2.0)×1.2 = 5.4kN/m

(2)抗弯强度验算

取荷载最不利作用下最大弯矩值进行验算：M = 0.1×q×l2其中：q = 1.2 ×41.916 +1.4×5.4 = 57.859kN/m；换算到底板计算宽度 1 . 2 m 的面荷载为： q ' = 5 7 . 8 5 9 / 1 . 2 = 4 8 . 2 1 6 k N /m；M m a x= 0 . 1 × 4 8 . 2 1 6 × 0 . 2 0 2 = 0 . 1 9 3 k N · m；底模σm a x =0.193×1000×1000/37500=5.15MPa＜fc=21MPa抗弯强度满足要求。

(3)抗剪强度验算

τmax=3Q /(2 A)其中剪力 Q=0.6ql =0.6×48.216×0.20×1000=5785.9N, A = 15000mm2，τmax=3Q/(2A)=3×5785.9/(2×15000)=0.579MPa＜ft=1.4MPa 抗剪强度满足要求

(4)变形验算（挠度验算）

挠度计算公式为：

模板最大挠度计算值：

ω m a x = 0 . 6 7 7 q l 4 / 1 0 0 E I ≦ [ ω ] = l / 4 0 0 = 0 6 7 7 q l 4 / 1 0 0EI=0.677×41.916×0.204×1000/(100×5500×106×28.1×10-8)=0.294mm＜200/400=0.5mm挠度满足要求。

3.3 底模小纵梁 100×100mm 方木受力计算

对底模板体系， 面板采用 1 5 m m 竹材胶合板， 小楞采用10cm×10cm落叶松方木，大楞采用10#工字钢,小楞间距 20cm，大楞横向置于碗扣支架立杆顶部托撑上，支架立杆横向间距30cm、纵向间距60cm。小楞100×100mm方木按照均布荷载作用下支撑在大楞10#工字钢上的三跨连续梁计算计算跨径600mm。

木方受力图6所示。截面特性计算：方木小梁的截面抗弯惯性矩I和截面抗弯模量W分别为：I=100×1003/12=8.33×106mm4W=100×1002/6=1.67×105mm3

图6木方受力图

（1）荷载计算

静荷载( 包括混凝土梁、模板底模和内楞的自重) ：

q= 26×1.566×0.2 /1.2 + (1.0 + 0.2)×0.2=7.026kN/m②施工荷载( 包括人员、材料、机具运输或堆放荷载， 混凝土振捣荷载):q=(2.5+2.0)×0.2=0.9kN/m

（2）抗弯强度验算 取荷载最不利作用下最大弯矩值进行验算：

M = 0 . 1 × q × l 2其中：q = 1 . 2 × 7 . 0 2 6 + 1 . 4 × 0 . 9 = 9 . 6 9 k N /m ； M m a x = 0 . 1 × 9 . 6 9 × 0 . 6 2 = 0 . 3 4 9 k N . m ； 底模σ m a x =0.349×1000×1000/167000=2.09MPa＜fc= 13MPa 抗弯强度满足要求。

（3）抗剪强度验算

τmax= 3Q /(2 A)其中剪力 Q = 0.6ql = 0.6×9.69×0.6×1000 =3488.4N , A = 10000mm2 τ max= 3Q/(2A) = 3×3488.4/(2 ×10000) =0.523MPa＜ft = 1.6MPa 抗剪强度满足要求。

(4)变形验算（挠度验算）

其中q = 1 . 2 × 7 . 0 2 6 = 8 . 4 3 k N / m模板最大挠度计算值：

ωmax=0.677ql4/100EI≦[ω]=l/400=0.677×8.43×0.64 ×1000/（100×9000×106×8.33×10-6）=0.099mm＜=600/400 =1.5mm 挠度满足要求。

3.4 底模横梁10#工字钢受力计算

对底模板体系，面板采用 1 5 m m 竹材胶合板，小楞采用10cm×10cm 落叶松方木，大楞采用10#工字钢，小楞间距20cm,大楞横向置于贝雷梁上方。大楞（横梁）10#工字钢按照均布荷载作用下支撑在贝雷梁上的三跨连续梁计算。计算跨径300mm。

10#工字钢的截面抗弯惯性矩I=2.45×106mm4，截面抗弯模量W=4.9×104mm3。

（1）荷载计算

① 静荷载( 包括混凝土梁、模板底模和内楞的自重) ： q =26×1.566×0.6/1.2+(1.0+1.0+0.2)×0.6= 21.588 kN/m，②施工荷载( 包括人员、材料、机具运输或堆放荷载， 混凝土振捣荷载):q=(2.5+2.0)×0.6 =2.7kN/m 则作用在系杆宽度范围内的q=1.2×21.588 +1.4×2.7=29.650kN/m

（2）抗弯强度验算

取荷载最不利作用下最大弯矩值进行验算:M=0.1xq×l2其中：

q =1.2×7.026 +1.4×0.9=9.69kN∕m ；最大弯矩M=0.1×29.65×0.62= 1.067kN .m;底模σmax = 1.067×1000×1000/49000=21.78MPa＜fc=205MPa 抗弯强度满足要求。

(3)抗剪强度验算

τmax=3Q /(2 A)其中剪力 Q=0.6ql= 0.6×29.65×0.6×1000=10674N, τmax=10374/(4.5×85.9)=27.61MPa＜ft=125MPa 抗剪强度满足要求。

(4)变形验算（挠度验算）