高速公路支架在橋梁施工中的應用
2011-11-04 來源：中國鳴網
在山區(qū)高速公路施工過程中，橋梁一般占總里程的60%以上，且橋梁普遍墩柱較高，由于地形復雜，吊車一般都不能使用。由于橋梁較多，在施工立柱過程中如果采用塔吊將會使成本大幅度增加。從施工經濟性角度出發(fā)，在保證施工安全、可行的前提下，提出采用全支架法施工，利用支架進行模板提升、支護，完成混凝土澆筑工作。
1、模板吊裝過程
由于采取全支架免塔吊法施工，利用卷揚機作為模板提升動力設備，模板按每塊重量不超過400kg進行控制設計，便于人工配合卷揚機進行模板的安裝。活荷載分項系數(shù)取1.4[1]，G=0.4×10×1.4=5.6kN
2、支架受力驗算
根據荷載計算結果，采用G=5.6kN荷載作為控制設計根據。
2.1立桿受力計算
2.1.1立桿步距取1.2m
立桿按實際到場的鋼管直徑與厚度進行計算，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。
此時立桿的承載能力為:
式中:為Q235A的抗拉極限強度，=210MPa。
計算得N=25.7kN>G=5.6kN
故此時立桿承載力顯然滿足要求，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根立桿承擔是能夠滿足要求的。此時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，達到了經濟實用的目的。
2,1.2立桿步距取1.5m
按同樣方法計算得:
N=0.228×357.2×210=17.1kN
按此布置若進行樁基鋼筋籠下放沒有足夠的安全系數(shù)，但可以進行模板安裝，這就要求根據計算結果，合理布置反力架。在作為鋼筋籠下放的持力段（根據鋼筋長度，一般為9m）采用1.2m步距搭設反力架，其余段落采用1.5m步距搭設反力架。
2.2橫桿受力計算
以直徑最大的2.2m墩柱作為計算模型，其受力結構如圖1，橫桿布置如圖2。
圖1支架頂受力簡圖（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
查公路橋涵計算手冊，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）橫桿強度驗算
截面系數(shù)
MPa，能夠滿足要求。
（2）支撐桿強度驗算
支撐桿長度為:
（此時支撐系數(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,滿足要求。
2.3支架整體受力及抗傾覆計算
2.3.1支架整體受力計算
按半幅墩柱單獨施工進行最不利考慮計算，墩柱周圍布置立桿如圖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,顯然滿足要求。
2.3.2抗傾覆穩(wěn)定驗算
（1）水平風荷載
式中:Wk為風荷載標準值，kPa;為風壓高度變化系數(shù)，按現(xiàn)行國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》[4]規(guī)定，支架最高50m，按表7.2.1取;f為腳手架風荷載體形系數(shù)，按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)》[3]取值，本計算中取;W0為基本風壓，kPa，按現(xiàn)行國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》規(guī)定，本計算中按西昌市（工程所在地）50年一遇，取W0=0.3。
Wk=0.7×1.67×0.15×0.3=0.053kPa
最大水平風力為:Fw=Wk×50×15=9.75kN（15為半幅施工時支架的寬度，m）
（2）抗傾覆計算以1.2m墩柱直徑進行計算最為安全，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為卷楊機最大提升力，kN;1.4為提升安全系數(shù)。
轉動平衡方程為:
Fmax×4≤G×2
439kN•m>261.34kN•m，不滿足要求，必須拉纜風繩。
需要風纜繩提供的抵抗力矩為:
439一261.34=177.66kN•m
風纜按最大角度60°考慮，其布置如圖4所示。
圖4支架風纜安裝示意圖
要求風纜具有的最小拉力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，同時作為上部模板的支撐體系。這時就要根據未拆除模板的長度，確定上部模板支立的最大高度，同時需要考慮模板垂直度控制對模板支立高度的影響。
根據《橋梁施工常用數(shù)據手冊》[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計算，取1m寬模板進行（相當于周長1m的模板）計算。
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。
也就是說在支立20m高模板時，需要沒有拆模的模板長度至少為2.5m。m?？紤]最不利情況下模板分節(jié)長度只有1m時，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。
4、結語
通過對反力架承載能力、翻模施工的支模高度進行理論計算，為免塔吊全支架高墩施工提供了理論依據。通過該種施工工藝，大大節(jié)省了山區(qū)公路施工中的塔吊使用費用，節(jié)省了較多的工程成本。
