浅论石拱桥拱圈模板支架强度的稳定性计算

浅论石拱桥拱圈模板支架强度的稳定性计算

摘要：石拱桥拱圈模板施工中采用可调式重型门架是常用的技术措施，但其稳定性计算是一个技术难点。本论文以金华市通济桥拓宽工程为例，详细介绍了拱圈模板和可调式重型门架及地基承载力等各支点的计算步骤，希望能给从事类似工程的同行以借鉴作用。

关键词：拱圈模板稳定性

一、工程概况说明

金华市通济桥拓宽工程位于金华市区八一路的跨江段，为金华市区交通流量最大的路段，城南桥及两桥间引道为双向四车道，已不能满足交通需要，现在老桥下游拼宽改造增加车道，拼宽宽度为8米，使改造后的全路段设双向六车道，以解决八一路的交通瓶颈问题。

城南桥拼宽的部分为5孔23米空腹式悬链线石拱桥，全桥长146.6米。下部结构采用U型桥台，重力式桥墩。桥台采用2~3级L形扩大基础，桥墩采用2~3级矩形型扩大基础，材料采用C20片石混凝土，30cm厚M15砂浆砌Mu60料面镶石，基础底嵌入中风化粉砂岩0.5米，桥墩墩帽及桥台拱座采用C40钢筋混凝土。主拱圈采用M20砂浆砌料石，料石标号不少于Mu80，腹拱圈采用M15砂浆砌料石，料石标号不少于Mu60。

二、参数信息

（一）构造基本参数

1. 门架型号：HR可调式重型门架，门架拱顶搭设高度为8.37m；

2. 扣件连接方式：双扣件；

3. 承重架类型设置：纵向支撑垂直于门架；

4. 门架参数：横距为1.00m，纵距为0.75 m；门架几何尺寸（mm）：b=1000.00，b1=600.00，h0=1900.00，h1=1536.00，h2=100.00，步距=1900.00；加固杆的钢管类型为Φ48×3.5，门架立杆钢管类型：Φ57×2.5；

（二）荷载基本参数

模板自重：0.35 kN/m2，拱石自重：25.0 kN/m3；12#槽钢每延米自重0.1022kN/m；施工均布荷载：2.5kN/m2；混凝土振捣时对水平面模板产生的荷载标准值：2.0 kN/m2。

（三）.材料参数

木材品种：东北松木，木材弹性模量E=10000.0 N/mm2，抗弯强度设计值fm=17.0 N/mm2，抗剪强度设计值fv=1.6 N/mm2。

模板类型：胶合面板；弹性模量E=9500 N/mm2，抗弯强度设计值为35.00 N/mm2。钢材：弹性模量E=21000.0N/mm2，抗弯强度设计值为205.00 N/mm2，抗剪强度设计值为120.00 N/mm2。

三、模板计算

取宽度为1m的长条作为计算单元，采用三跨连续梁模型计算，板底方木间距为150mm，计算简图如图示。

荷载（1）①模板自重②施工荷载③拱石自重----强度

（2）模板自重拱石自重-------挠度验算

（一）抗弯强度计算

（一）抗弯强度验算

模板抗弯强度验算考虑模板自重、拱石自重、施工人员和机具以及混凝土振捣时产生的荷载等四个因素的共同作用。

M=0.1ql2

式中：

M——面板最大弯矩（kN·mm）；

l——计算跨度，l=200mm；

q——作用在模板上的线分布荷载，q=1.2×（q1+ q3）+1.4（q2+ q4）；

q1为拱石自重荷载，q1=25×0.75×1=18.75kN/m；

q2为施工人员及机具荷载，q2=2.5×1=2.5kN/m；

q3为模板自重，q3=0.35×1=0.35 kN/m；

q4为混凝土振捣时产生的荷载标准值，q4=2×1=2.0kN/m。

q=1.2×（18.75+0.35）+1.4×（2.5+2.0）=28.8kN/m

M=0.1×28.8×0.152=0.0648kN·mm

σ=6M/(bh2)=1.215MPa<35MPa（抗弯强度设计值）

模板抗弯强度符合要求。

（二）挠度验算

模板挠度验算只需考虑模板自重及拱石自重两项荷载的影响。

挠度符合要求。

四、板底横向方木支撑计算

板底横向支撑采用密排方木，断面尺寸为80 mm×100mm，间距为150mm。强度和抗剪验算要考虑模板及方木重量、拱石重量、施工人员和机具以及振捣混凝土产生的荷载；挠度验算只考虑模板及拱石重量。

（一）荷载的计算

1. 拱石的重量

q1=25×0.75×0.15=2.813kN/m

2. 模板自重

q2=0.35×0.15=0.053kN/m

3. 方木自重

q3=4.4×0.08×0.1=0.0352kN/m

4. 可变荷载

P=（2.5+2）×0.15 =0.675kN/m

5. 计算强度时均布荷载

q=1.2×（2.813+0.053+0.0352）+1.4×0.675=4.43kN/m

6. 计算变形时均布荷载

q=2.813+0.053+0.0352=2.9kN/m

（二）方木抗弯强度验算

取两根方木之间0.15m范围为计算单元，采用三跨连续梁模型计算，方木底纵向拖梁间距为1000mm，计算简图如图示

M=0.1ql2=0.1×4.43×12=0.443 kN·m

σ=6M/(bh2)=3.32MPa<17MPa（抗弯强度设计值）

方木抗弯强度符合要求。

（三）方木抗剪强度验算

Vmax=1.1×4.43×1=4.873kN

（抗剪强度设计值）

方木抗剪强度符合要求

（四）方木挠度验算

挠度验算符合要求。

五、弧形槽钢（纵向支撑）验算

纵向支撑采用槽钢弯曲成弧形，型号为[12，一孔为9根，横向间距为1m，槽钢放在门式支架托座内，相邻槽钢反向放置。槽钢支撑点水平间距为750mm，计算时简化为水平方向三跨连续梁计算，计算跨径为750mm。

（一）荷载计算

1. 拱石重量q1=25×0.75×1=18.75kN/m

2. 模板重量q2=0.35×1=0.35kN/m

3. 12#槽钢自重q3=10.43×9.8×10-3=0.102kN/m

4. 施工人员及机具荷载q4=2.5×1=2.5kN/m

5. 振捣混凝土产生的荷载q5=2.0×1=2.0 kN/m

6. 集中力F=[(q1+q2+q3)×1.2+(q4+q5)×1.4]×3×0.75/16=4.126kN

经计算，最大弯矩Mmax=1.4kN/m，最大剪力Vmax=14.3kN，最大挠度为0.136mm。

1. 弧形槽钢抗弯强度验算

查表12#槽钢W=50.6cm3

σ=Mmax/W=27.664MPa<205MPa

弧形槽钢抗弯强度符合要求。

2. 弧形槽钢抗剪强度验算

查表Iz=303.9cm4，b=52mm，h0=120mm，δ=4.8mm，h=104.4mm

弧形槽钢抗剪强度符合要求。

3. 挠度验算

最大挠度ν=0.136mm<750/250=3mm

弧形槽钢变形符合要求。