碗扣式满堂支架受力分析与验算

碗扣式满堂支架受力分析与验算
摘要：本文结合满堂支架的工程实际，对杆件在均布荷载、集中荷载下的受力进行分析，并通过验算，确定了杆件的空间布置，为该工程满堂支架施工提供了理论依据。

并通过该工程实例，介绍了满堂支架搭设的一般要求，以作同行参考。

关键词：满堂支架受力分析验算
1.工程概况
某现浇箱梁桥分三联，全长224m，C50砼2095m3，跨径组合为（3×20+4×26+3×20）m。

箱梁高1.40m，为单箱双室等高度截面连续箱梁，底部宽10.7m，顶宽15.5m。

箱梁施工时，采用WKJ碗扣式支架体系。

2.初拟支架布置和构件尺寸
1）传力系统
本桥支架设2层方木作为传力系统，其中大方木置于碗扣式支架托撑上，截面为12cm×12cm，顺桥向布置，间距0.9m；小方木置于大方木之上，截面为8cm×10cm，横桥向布置，间距0.3m。

2）支架规格及间距
支架立杆钢管外径φ48mm，壁厚3.5mm，具体参数见下表。

立杆采用600mm 可调底座与600mm可调托撑,规格有3000mm、2400mm、1800mm、1200mm四种，空间布置为0.9m×0.6m。

两种横杆规格为600mm、900mm，步距1.5m。

钢管截面特性
外径φ
（㎜）壁厚t
（㎜）截面积A
（cm2）回转半径i
（㎝）抗弯强度σ
（Mpa）
48 3.5 4.89 1.58 205
3）整体稳定性保证措施
为保证支架的稳定性，纵桥向及横桥向每隔3.6 m连续布置剪刀撑。

纵向在支架边缘必须设置剪刀撑，确保支架稳定。

剪刀撑与地平面成45°，角度偏差小于15°，每一处与碗扣支架连接处必须用扣件紧固，必须上至底模板，下至地面。

支架在箱梁宽度外各伸lm便于施工。

3.荷载及受力验算
1)荷载
 箱梁砼荷载：q1=19.95KN/m2；
 模板及方木荷载q2：取q2=0.5 KN/m2；
 支架自重q3：q3=1.558KN/m2；
 倾倒砼冲击荷载q4：取q4=2.5 KN /m2；
 混凝土振捣荷载为q5：取q5=2 kN/m2。

2)竹胶面板力学验算
竹胶面板规格为2440mm×1220mm×12mm，静曲强度：[σ]纵向≥25Mpa，[σ]横向≥16Mpa；弹性模量：[E]纵向≥8.5×103Mpa，[E]横向≥4.5×103Mpa，跨度/板厚=300/12=25＜100，属小挠度连续板，故按均布荷载下的四等跨连续梁计算。

支架受固定荷载和活荷载，荷载分项系数分别为1.2、1.4，则有：
q0=1.2×(q1+q2)+1.4×(q4+q5)=30.84KN/m2；
面板线荷载q=30.84×1.22 = 37.625KN/m；
W=bh2/6=2.928×10-5m3；
I=bh3/12=1.7568×10-7m4；
查路桥施工手册附录二“结构静力计算表”得四等跨连续梁弯距系数Km=－0.107，挠度系数Kf=0.632，故:
Mmax=KmqL2=0.107×37.625×103×0.32
=362.329N•m；
σ=M/W=362.329×103/(2.928×10-5)=12.375Mpa
＜[σ]横向=16Mpa，抗弯强度满足要求。

竹胶面板的背带为8cm×10cm木方，净跨径L为220mm，故：
f=KfqL4/（100EI）
=0.632×37.625×103×0.224/(100×4.5×
103×1.7568×10-7)=0.71mm
＜[f]=300/400=0.75mm，挠度满足要求。

3)小方木力学验算
大小方木均使用鱼鳞云杉，允许抗弯强度值[σ]=13N/mm2，弹性模量E=9000N/mm2；小方木截面为8cm×10cm，间距为30cm，跨距L为60cm，按承受均布荷载的简支梁计算：
单根方木线荷载q=0.3q0=9.252N/mm；
W=bh2/6=1.33×10-4m3 ；
I=bh3/12=6.67×10-6 m4 ；
Mmax=qL2/8=9.252×103×0.62/8=416.34N•m；
σ=M/W=416.34/1.33×10-4
=3.13N/mm2<[σ]=13N/mm2，抗弯强度满足要求。

f=5qL4/384EI=5×9.252×6004/(384×9000×6.67×10-6×1012)=0.26mm<
L/400=1.5mm，挠度满足要求。

4)大方木受力验算
大方木截面为12cm×12cm，间距为60cm，跨距L为90cm；按集中力作用下的简支梁进行计算；
承受小方木的集中力
P=30.84×103×0.6×0.3=5.551KN ；
W=bh2/6=2.88×10-4m3 ；
I=bh3/12=1.728×10-5 m4 ；
联梁按简支梁计算，无均布荷载下，因为n=3，n为奇数，L=900mm，所以Mmax=（n2-1）PL/8n
=（32-1）×5.551×103×0.9/（8×3）
=1665.3N&#8226;m；
σ=Mmax/W=1665.3/（2.88×10-4）
=5.78MPa<[σ]=12MPa，强度满足要求；
fmax=（5×n4-4n2-1）PL3/（384n3EI）
=（5×34-4×32-1）×5.551×103×9003/（384×33×9000×1.728×10-5×1012）；
=0.92mm<L/400=2.25mm，挠度满足要求。

5)支架受力验算
①碗扣立杆分布0.9m×0.6m，单根受力计算，支架承受荷载：
q0＝1.2（q1+q2+q3）+1.4（q4+q5）
=32.71KN/m2；
单根立杆受力为：
N＝0.9×0.6×32710=17663N，抗压承载能力σ=N/S=17663/489=36.12Mpa<［σ］=205Mpa，满足承载力要求。

②支架稳定性验算
主要验算支架横桥向稳定性(按双排架计算、步距1.5m 验算)。

稳定性按下式验算:
长细比：λ=L/i=1500/15.8=95，查JGJ166-2008规范附录E，得φ=0.626
钢管容许应力［N］=［σ］Aφ
=2.05×108×4.89×10-4×0.626×10-3
=62.75 KN；
N=17.663KN <［N］= 62.75 KN，满足稳定要求。

4.结束语：
满堂支架施工作为一种成熟的工艺，在工程施工中得到了广泛的应用。

而满堂支架的受力验算，是施工环节中比较重要的节点。

通过对满堂支架的受力验算，及在该工程的应用，为现场施工提供了理论保证和用料的依据，保证了实体施工的安全、进度和质量，起到了很好的经济和社会效益。

［1］周水兴.何兆益.皱毅松.路桥施工计算手册.人民交通出版社，2001，第1版
［2］交通部行业标准.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）.人民交通出版社.2000，第1版
［3］建设部行业标准.建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范（JGJ166-2008）.中国建筑工业出版社，2008
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。