中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇支架(拱架)设计指南

中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇支架（拱架）设计指南1前言拱桥在桥梁设计中应用广泛，钢筋混凝土拱桥主要适用于中、小跨径的桥梁，拱桥的主要受力结构是主拱圈，在竖向荷载作用下，主拱圈主要承受轴向压力，但也承受弯剪，拱座支承反力不仅有竖向反力，也承受较大的水平推力。

中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇，需要搭设支架(拱架)，进行浇注施工，具体作法是：在支架（拱架）上立模、绑扎钢筋、浇注混凝土拱圈。

2支架（拱架）材料分类及有关资料支架（拱架）的种类很多，按结构形式可以分为：满堂式、排架式、撑架式、扇形式、桁架式、组合式、叠桁式、斜拉式等，其常用材料有木材、万能杆件、贝雷梁、扣件式钢管脚手架、碗扣支架、门式支架、型钢组合桁架。

3各型支架适用范围满堂式支架主要采用扣件式钢管脚手架或碗扣支架，钢管直径一般为Φ48mm，壁厚为3.5mm。

满堂式支架对地基处理的要求比较高，原地面要求地形地势相对比较平整，适合旱桥施工。

排架式、撑架式、桁架式主要采用木材、万能杆件、门式支架、型钢组合桁架结构，这些方式支座不采用满堂布置，支架支点较少，支点数量和距离根据实际跨度和计算后得出。

跨河、跨较小的山沟都可以采用这些支架方式。

扇形式只在拱两端支座位置有两个支点，桁架采用贝雷梁、拼装梁或型钢连接成拱弧线形状。

这种支架和主拱圈一样，主要承受轴向压力，同时承受弯剪。

跨深沟，地形条件比较差的拱桥比较适合用这种支架。

斜拉式贝雷梁拱架一般应用在几跨连续施工的情况，在距边墩一定距离处设置临时墩，在中间墩墩顶各设一个塔柱，塔柱顶端伸出斜拉杆拉住贝雷梁，贝雷梁上设拱盔，形成几孔连续斜拉式贝雷梁拱架结构。

其主要构件均由常备式贝雷桁架、支撑架、加强弦杆等组成，结构构件处理方便。

由于整体拱架体系柔性多变，施工中应严格掌握和控制对称加载及塔柱、平梁的挠度变形，控制平梁、斜拉杆、塔柱的受力不得超过容许值。

组合式、叠桁式主要是支架组合的多样性，根据计算受力的需要，支架由不同类型的桁架组成。

4支架（拱架）结构设计支架（拱架）设计的原则为：必须使支架（拱架）上部接近合理拱轴线，能承受施工过程中产生的竖向力与水平力，确保支架（拱架）的稳定，尽量减少非弹性压缩，注意对局部受力不利杆件进行加固。

假设某大桥为现浇混凝土箱拱桥，根据不同地形条件，采用不同支架（拱架）形式进行现浇施工。

4.1 支架（拱架）受力分析箱形截面拱圈一般采用分环、分段进行浇注施工，分环的方法一般是分成二环或三环。

分二环时，先分段浇注底板（第一环），然后分段浇注腹板、横隔板和顶板（第二环）。

分三环时，先分段浇注底板（第一环），然后分段浇注腹板、横隔板（第二环），最后分段浇注顶板（第三环）。

各段间预留隔缝长度一般为50～100cm ，等每一环各分段浇注完后，混凝土强度达到70%设计强度后浇注隔缝。

主拱圈荷载及施工荷载通过模板、枋木传至支架（拱架），支架（拱架）在施工过程中承受竖向力与水平力。

在底板合拢后混凝土达到强度之前，底板的荷载主要由支架承担，当混凝土达到设计强度之后，浇注腹板、横隔板及顶板时，荷载由支架（拱架）承担之外，拱底板也承担一部分重量。

4.2 支架（拱架）材料选用根据主拱的荷载和工程位置、条件、供料来源，选用合适的材料作为支架（拱架）用材。

4.3 支架（拱架）结构设计和受力检算4.3.1 支架结构设计和受力检算（1）采用满堂式碗扣支架：在处理好的地基上，根据梁顶与拱圈内弧之间的高度，布置碗扣支架。

立杆的纵横向间距和横杆竖向步距经检算后确定。

每根立杆底部设置垫座，顶端安装可调天托，根据高度选取30cm 或60cm 天托，可调天托起到精确调整标高和卸架的作用。

天托顶部放置横向枋木和纵向梳形木连成一体，枋木上铺设组合钢模板或木模板，形成底模和施工平台。

碗扣支架应严格按照《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》规定布设。

1）施工荷载分析：（根据各自项目实际情况修正各参数）主拱圈混凝土荷载：容重325/kN m γ=，拱圈厚度为h ，2125(/)g h kN m =； 模板荷载：取22 2.0/g kN m =； 施工荷载：取23 4.0/g kN m =； 振捣冲击荷载：取24 3.0/g kN m =； 碗扣支架自重：25 3.0/g kN m =；2）模板及枋木检算：采用5cm 厚木板作底模模板，上层枋木间距为1l ，下层枋木间距2l 根据碗扣支架间距确定。

①模板检算：按均布荷载五跨连续梁计算： 取1mm 宽度计算1234()1q g g g g mm =+++⨯ （1）图1 模板受力简图抗弯强度：[]MWσσ=< （2） 抗剪强度：3[]2VAττ=< （3） 挠度检算：43100400k ql l f f EI ⎡⎤=<=⎢⎥⎣⎦（4）式中：M -所受最大弯矩，211M k ql =，10.105k =；W -木板的抗弯模量； [][]στ-、分别为木板容许抗弯强度和抗剪强度；V -所求得的最大剪力，21V k ql =，20.606k =，30.664k =； A -1mm 宽的木板截面积；E I -、分别为木板的弹性模量和惯性矩。

②上层枋木：上层枋木间距为1l ，下层枋木间距2l 根据碗扣支架间距确定； 按均布荷载三跨连续梁计算： 荷载：12341()q g g g g l =+++⨯ （5）图2 上层枋木受力简图抗弯强度：[]MWσσ=< （6） 抗剪强度：3[]2VAττ=< （7） 挠度检算：43100500k ql l f f EI ⎡⎤=<=⎢⎥⎣⎦（8）式中：M -所受最大弯矩，212M k ql =，10.10k =；W -枋木的抗弯模量； [][]στ-、分别为枋木容许抗弯强度和抗剪强度；V -所受在大剪力，22V k ql =，20.60k =，30.677k =； A -枋木的截面积；E I -、分别为枋木的弹性模量和惯性矩。

③下层枋木：下层枋木间距2l 根据碗扣支架间距确定。

下层枋木荷载12342()q g g g g l =+++⨯，计算方法同上。

3）立杆计算： ①立杆荷载：1234q g g g g =+++ （9）表1 立杆设计荷载max []P q a b P =⨯⨯< （10）式中：a b -、立杆的纵横向间距。

②立杆稳定性计算： 组合风载时：2[205/]WM N N mm A Wσσϕ=+≤= （11） 式中：N -计算立杆段的轴向设计值， 1.20.85 1.4Gk Qk N N N =+⨯∑； 1G k N -模板及支架自重、新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和；QkN-∑施工人员及施工设备荷载标准值、振捣混凝土时产生的荷载标准值产生的轴向力总和；ϕ-轴心受压构件的稳定系数，应根据长细比λ由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》P50页附录C 表C 取值，当250λ>时，27320/ϕλ=；λ-长细比，ol iλ=； o l -计算长度，2o l h a =+；h -立杆步距；a -模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度；i -钢管截面回转半径； A -立杆的截面面积； W -立杆截面模量；W M -计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩：20.85 1.40.85 1.410k a W Wkw l h M M ⨯=⨯=k w -风荷载标准值，0.7k z s o w w μμ=⋅⋅；z μ-风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ9）规定采用； s μ-支架风荷载体型系数，桁架0.4s μ=； o w -基本风压（2/kN m ），按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GBJ9）规定采用；4）碗扣支架施工注意事项：①支架立杆接长缝应错开，使立杆接长缝不在同一水平面上，保证支架整体强度。

②拼装时随时检查横杆水平和立杆垂直度，注意水平横杆的直角度，防止支架偏扭。

立杆垂直度偏差小于0.5%，顶部绝对偏差小于0.1m 。

③注意剪刀撑的设置，提高碗扣支架的整体稳定性。

剪刀撑不能随意拆除，实有必要暂时拆除时，必须严格控制同时拆除的根数，并及时装上且应先装后拆。

高层支架的低层框架不允许拆除。

④靠近拱座的碗扣支架，应注意连墙撑的设置，提高支架的纵向稳定性。

⑤支架顶天托和底座的自由长度，应根据设计计算确定，超过计算长度的应加设纵横杆，防止碗扣支架失稳。

⑥支架应设置人行梯，方便施工中人员走行。

（2）采用万能杆件、贝雷梁组拼（见图3）支架采用万能杆件和贝雷梁作为主要构件，主要由多片平面主桁通过联结系组成空间结构。

平面主桁相互平行，其间距按拱圈宽度均匀受力来布置。

为支架上部接近拱弧线，在万能杆件顶采用异形杆件进行拼接。

整个支架立于混凝土或片石混凝土临时墩上，基本采用梁柱式结构。

支墩可以采用铁路五六式军用墩，其布置方式为2×5柱，根据位置不同其高度也不同，顶端因支承位置不同略有变化。

拱脚在一定范围内采用万能杆件直接组立，并与梁柱式结构联结，形成一体使支架共同受力。

贝雷梁上弦杆之间及连接处均设有支撑架，通过在贝雷梁连接处设置斜撑及下部弦杆处设置抗风拉杆来增强支架横向稳定性，但由于对与对之间净距较小，故抗风拉杆的截面尺寸需增大以保证支架横向的稳定性。

图3 万能杆件、贝雷梁组拼示意图为全面准确掌握了解结构的内力和变形情况，采用全部支架为计算模型进行受力分析。

1）施工荷载分析：（根据各自项目实际情况修正各参数） 主拱圈混凝土荷载：容重325/kN m γ=，1g ；模板荷载：取22 2.0/g kN m =； 施工荷载：取23 4.0/g kN m =； 振捣冲击荷载：取24 3.0/g kN m =风压：4g ，根据高度确定： 2）杆件支架容许应力和容许内力： ①万能杆件：考虑到支架施工的实际情况，万能杆件的容许应力值取170MPa 。

经初步计算，万能杆件截面及容许应力见表2。

表2 万能杆件容许应力和容许内力②贝雷梁：贝雷梁杆件截面及容许拉应力见表3。

本文将贝雷拱架杆件的容许拉应力值取为1.3×210＝273 MPa ，考虑到压杆的纵向弯曲系数折减，容许压应力取为210MPa 。

3）施工阶段划分：根据拱桥设计要求主拱圈混凝土分环分段浇注，分环按三环考虑，分别为底板环、腹板环（含横隔板）和顶板环。

每一环的分段方式（见图4），图中1、2、3、4表示浇注顺序，只示出半跨，另外半跨对称浇注。

每一环的浇注都分为10段，段间预留间隔槽，间隔槽沿拱弧的长度取50cm ，每一环合拢后，再浇注下一环。

图4 拱圈分段示意图表4 施工阶段划分施工阶段施工内容1 支架、模板等形成，浇注主拱圈节段12 浇注主拱圈节段23 浇注主拱圈节段34 浇注主拱圈节段4（4）万能杆件支架整体检算：根据万能杆件方案计算模型（见图5、图6、图7），采用大型有限元分析软件MIDAS建立万能杆件支架的空间计算模型。