公路桥梁施工临时支架稳定性计算与分析

４ ３ 支架计 算过 程分析 ．
２ 对影响支架稳定性破 坏的各种影响 因素 进行 了分析 ， 括杆件 ） 包
１ 有限元模型 的建立 。本工程采用 ＭＩ Ａ ／ ｉｌ ） Ｄ Ｓ Ｃｖ 作为空 间有 制作缺陷 ， ｉ 杆件体 系在组合 过程 中的构造 因素 ， 现场施 工 因素 ， 自 限元分析软件 ， 照支架 设计 方案 ， 按 选择 计算 较为不 利 的第三跨 然 因素等 。３ 对工 程设计 中的支架设计 方法进行 了分 析与讨 论 。 ） 支架 。采用梁单 元 模拟 钢 管墩 、 管 支架 、 钢 贝雷 梁 、 字梁 等 构 ４ 从工程实例出发 ， 工 ） 对工程设计 中临时支架采用 的设计计 算方法
第３ ８卷 第 ２ ３期 ２０ １２ 年 ８ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ： Ｔ】（ＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ２ １３ ． ３
Ａｕ ． ２ １ ｇ ０２
・１ ６７ ・
・
桥 梁
・隧 道
・
文 章 编 号 ：０ ９ ６ ２ （ ０ ２ ２ — １ ７０ １０ —８ ５ ２ １ ） ３ ０ ６ —３
公 路 桥 梁 施 工 临 时 支 架 稳 定 性 计 算 与 分 析
文 瑜 谢 玮
（ 机械工业 第三设计研究 院， 重庆 ４０ ３ ００ ９）
摘
要： 对桥梁施 工临时支架倒塌 的常见原因进行 了分析 ， 对影响支架 稳定性 的因素和 支架稳定 性计算 方法进 行 了总结 ， 以实际
工程 为例 ， 工程设计 中的支架设计方法及计 算内容进行 了分析 与讨论 ， 对 并对现 有支架 的施 工方 法提 出了合理 的建议 ， 以达到指
・
１８・ 第 ０１ 第 ２ ６ ２３ ８月 ８卷 ２年 ３期
山 西 建 筑
１２恒载 ＋１４活载 ） ． 验算构件应力 ， 按照 １０恒载 ＋ ． 雷梁计算跨 径 １． 最内侧 贝雷架计算 跨径 １ ． ５ ３ｍ， ２ ４ｍ。钢管墩间 力极 限组合 （ ． ． 设计 ２道横 向联 系， 间距 ４ｉ， 贝雷梁 布置图见图 １ ） ｎ 。１ 材料与截 １０活载之组合验算 支架变 形及基底 承载力要 求。 面特性 。贝雷梁采用 １Ｍｎ钢 ， ６ 碗扣 式支架 、 管墩 、 钢 工字 钢 、 钢管
导 同类工程设计施工的 目的。
关键词 ： 梁 ， 架 ， 定性 ， 析 桥 支 稳 分 中 图分 类 号 ：４ ５ Ｕ ４ 文献标识码 ： Ａ
随着 国民经济 的发展 ， 通建 设不 断加 强 ， 交 公路桥 梁 的建 设 工设备 和建筑材料 的移 动都 对支 架 的稳 定性 有显 著影 响 ， 因此 ，
工 均布活载 ： ｋ ／ ；． 板体系重量按照 支架 方案 中的材料及 ３ Ｎ ｍ２ｄ 模 布置间距来计算 ， 所有 荷载 等效成 均布 面荷载 ， 将 并将 该值 施加
给贝雷架 ；． ｅ 由于实 际施工 时通 常采用 先浇 筑底板 和腹 板 ， 浇 后 筑顶板的施工 工艺 ， 筑 顶板 时底 板 及腹 板 已具 有一 定承 载 能 浇
较为随意 ， 采用 的钢管厚度不足 ， 扣锁质 量较差 ， 一切 都对支 架 进行复 杂的运算 ， 这 求解超 常规 方程 。而工 程设计人 员 只需 要输 入 的稳 定性有严重影 响 ， 也是 施工 事故 频发 的 主要原 因 ， 在今 后 的 结构 的各个 尺寸材料 参数 ， 后进 行荷 载及 约束 的定义 ， 构 软 然 结 设计 施工 中应予 以相 当的重视 。
ａ 主梁钢筋混凝 土容重 ：６ｋ ／ ｂ 钢材容重 ：８ ５ｋ ／ ｅ 振 ． ２ Ｎ ｍ ； ． ７ ． Ｎ ｍ ；． 捣混凝 土 、 倾注混凝 土 、 作业 机具 和人在模 板上 走动 时产生 的施 ３ 计算结果分析 。根据有限元计算结 果 ， ） 可得 到贝雷架 弦杆
见 ， 。 墩平联等采用 Ｑ ３ ２５钢材 ， 主要构件截面类型见表 １ ） 。２ 荷载取值。 及 腹 杆 应 力 ， 图 ３ 图 ４
造成 的 ， 即几何 非线 性 的影响 十分 明显 。其 次 ， 正定性不 足 时 ， 突然产 生 会
较大 的位移 ， 有脆 性 破坏 的特征 。通 常是一 个压 杆构 架 破坏 ， 便 会导 致相邻构 件 的失 稳 ， 终 导致 整 个 网状 临 时支 架 的整 体 破 最
坏， 如果不采取及 时 的加 固措施 ， 成 的后 果是 严重 的 ， 造 因此 ， 保 证 临时支架结构体 系 的整体 稳定性 满 足要 求是设 计过 程 中 的首
． ｎ ． 缓 要 问题 。影响临时支架 出现失 稳破坏 的因素 多种多样 ， 纳起来 ７ ５Ｉ＋２ ０ｍ。本桥平面 分别 位 于直 线 、 和 曲线 和 圆 曲线 上 ， 归 ．％ 最大超高 ４ ， 大加 宽 １２ ｍ。主梁 采用 单 ％ 最 ． 主要有 以下几种 ： ） １ 杆件 制作缺 陷 的影 响 ： 如杆 件在制 作过 程 中 纵断 面纵坡 ０ ３ ， 梁高 １５ｍ， ． 下部 结 出现初 始偏心 、 初始 弯 曲等几何 缺 陷 ， 件在 生产 过程 中出现 的 箱双室 预应 力混凝土等截面直腹板连续箱梁 ， 杆 构采用双柱式桥 墩 ， 墩身直径 １４ｎ。基础 采用机械钻孔灌 注桩 ， ． ｑ 初始应力 等等 ， 以及 杆件材料 的质量 问题等 等。２ 杆件 体系在组 ） ． 明挖扩大基础 。 合过程 中 的构造 因素影 响 ： 主要 是受 力 杆件 ， 括支 杆 、 包 纵横 杆 、 桩径 １６ｍ。桥台采用重力式 Ｕ形 台 ，
重要 。
３ 支 架稳定 性 设计 的主 要计 算方 法
目前 ， 求解支架稳 定性 的方 法很 多 ， 但是 归根 结底 可 分为 两
１ 支 架倒 塌 常见原 因分 析
常见 的主要有设计 和施 工两个方面 的原 因。
大类 ， 一类为理论计算 方法 ， 另一类 为有 限元 计算方法 。 第 一类 求解方法 主要是 理论 计算 方 法。该方 法 以结 构力 学
分析整体 结构 稳定性 ， 出支架体系整体变形如 图 ５所示 。 得
筮
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图 １ 桥梁施工支架体 系布置图 表 １ 各构件截面类型
编号 ｌ 构件 碗扣式支架 截面类型 ４ ｉ × ． ｍ钢管 ８ｍｌ ３５ｍ ｌ
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２ ３ ４ ５ ６ ７
Ｉ ６工字梁 １
图 ５ 支架体 系变形图
由图 ５可知 ， 最大挠度 １ ｍ， ５ｍ 发生在 最外侧 贝雷架 跨 中， 小
于设计规范中 ／ ８０的限值 （９ １ｍｍ） 故设计满足要求 。 ＿ ０ ， ／ １ ． ，
５ 结 语
１ 从 设计和施 工 两方 面 分析 了桥 梁施 工 支架 倒塌 的原 因。 ）
方法落后 ， 凭借 经验进行设计 ； 设计荷 载简化 也不够 合理 ， 没有 考 理论上 较为成熟 ， 而在 实际工程结构计算 中较少采用 。 虑实际荷载 的分布情况 和选 取合理 的简化模 型 ； 以及 荷 载组合 的 第二类 求解方法 为有 限元模 拟计 算方 法 。随着计 算机 在 工 不合 理 ， 导致 荷载偏 差等 等 。在 现场施 工方 面 ， 有严 格执 行 相 程 中的应用越来越广泛 ， 构计 算软 件也应运 而生 。结构 软件 的 没 结 关规 范和施工组织方案 的要 求 ， 工单位 未按要求 对桥梁 支架进 基础为有 限单元计算 方法 ， 施 即将结 构离 散为若 干个 块单 元 ， 后 然 行搭设 ， 个别施 工人员 的安 全意 识不 强 ， 扫地杆 和剪 刀撑 布置 按 照结构 力学的方法方程进行各个 单元 的力学 计算 ， 对 计算 机能 够
力， 主梁将承担部 分 自身重量 ， 据经验 考虑 主梁混 凝土 重量 的 根
７ ％ 由 支架 承 担 。 Ｏ
图 ３ 弦杆应力云图
Ｋ） ｋ ＜ ＿
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８
贝雷粱弦杆 贝 雷梁腹杆 贝 雷梁增加腹杆 钢管墩 钢管墩平联 墩顶分配梁
贝雷架顶分配梁
２ Ｉａ型钢 ［Ｏ Ｉ ８工字 梁 ２ １ａ ［ Ｏ 型钢 ８０ｆ ２ ｌ ｉ ｍ×１ ｍ钢管 ０ｍ ６ ０ｆ ３ ｌ ８ｍｌ钢管 ｉ ｍ× ｉ ｌ ２Ｈ ６ ０× ０ Ｎ ０ ２ ０工字钢
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图 ４ 腹杆 应力云图
由图 ３ 图 ４可 以看 出 ， ， 弦杆 组 合应 力最 大值 为 １９ ２ ＭＰ ６ ． ａ （ ） 发生 在位 于 支点 附 近 的下 弦杆 处 ， 杆组 合 应 力 最 大 值 压 ， 腹
１７ ４ＭＰ （ ， ３ ． ａ 拉） 发生在 位于支 点附 近的 竖腹杆处 。钢材 应力 容 许值 为 ２ ３ＭＰ ， ７ ａ 故设计满足要求 。
以及数 学理 论 为基 础 ， 临时 支架 群简 化为 铰接 的杆 件 进行 计 将 设计方面 的主要原 因表现为设计方 案 中设 计计算 错误 ， 导致 算 ， 该方法设计到力学方程 的求 解 问题 ， 在特 殊情况 下 ， 还可能 出 与现 场施工条件不 吻合 ， 以至 于结 构失效 。通常表 现为结 构计算 现微分 方程 ， 以及能量方法求解 ， 因此计算工作 量相 对较 大 ， 在 故
也得到 了飞速 的发展 。为了保证工程 的建设 速度 ， 搭设 临时施 工 施工： 场管理人员应合理安排 现场秩序 ， 现 保证 支架安全 。４ 自然 ） 支架辅助施工 是不可 缺少 的措 施 。由于施 工单 位技术 力 量相 对 因素的影响 ： 主要 表现 为风 荷载 ， 以及 有水 位影 响桥 梁 的波浪 荷 薄弱 ， 往往 忽略 了支架 的安全性 ， 使得 支架倒塌 事故 频频发 生 ， 据 载等 。 统计 ， 每年都有桥梁 因为支架 的倒 塌而 产生人员 伤亡 ， 因此 ， 梁 桥 施 工支架 的搭设对 于工 程建 设 的顺利 进行 以及 结构 的安 全至关
关重要 ， 包括 临时支 架上的混凝土 浇筑程度 ， 梁 的吊装顺序 ， 箱 施 析 。支架 中钢管墩高 １ Ｉ １ ． 混凝 土段 长 ２ｍ。最外侧 贝 ２ｉ 和 １５ｍ， Ｔ
收稿 日期 ：０ ２ ０ —２ ２ １ — ６０ 作者简介 ： 文 瑜 （９ ５ ， ， 级 工程 师 １７ 一） 男 高
件就 能 自动进行计算 ， 该计算 方法操作 较为简 单 ， 论要求 较低 ， 理
２ 影 响支 架稳 定性 的 主要 因素
且结构计算 结果 较 为精确 ， 因此 ， 限元分析 法 已经逐 渐成 为 最 有 目前 ， 临时支架的破坏形式 主要为失稳 破坏 ， 即支架 的倒 塌 。 主 流的计算 方法 ， 是进行结 构稳 定性分析 的有力工具 。 常见 的倒塌主要是 由 于支架 承受 施工 临时 荷载 时位移 变形 过 大 ４ 工程 实例 分析 ４． 工 程 概 况 １ 本桥梁 位于构造剥蚀丘陵地貌 区。桥位 区水 面宽 ５ ．０ｍ～ ００ ６ ．ｏｍ， Ｏ ０ 水深 ３ ４ ．０ｍ一５０ ， 速平 缓 ， ．０Ｉ 流 ｎ 河谷成 “ ” 谷 ， 岸 Ｕ形 左 平缓 ， 地形坡角 ６ 一１ 。 右岸地形较陡 ， 。 ３， 地形坡 角 １。～ Ｏ ， 梁 ０ ２ 。桥 全长 ９ ． 荷 载 等 级 ： 路 一 Ⅱ级 ； 面 净 宽 ： ． ＋净 ６ ０ ｍ， 公 桥 ２ ０ｍ
扫地 杆和剪刀撑等连接构件 的布置 。一 个完整 稳定 的结构体 系 ， ４ ２ 主要 尺寸 及计 算参 数 ． 为了计算 的简便 ， 以及 减少 重复工 作 ， 在设 计计 算 时选取 故 除 了满 足构造要求 外 ， 还必 须满 足结 构 的力学 性能要 求 ， 样 的 这 体 系才能安全可靠 。３ 现场施工 因素 的影 响 ： ） 现场 的施 工环境 至 最不利位 置 ， 即第 三跨支 架体 系为 研究 对象 ， 进行 结构 稳定 性 分