现浇箱梁支架荷载和预压方案

现浇箱梁支架荷载和预压方案

许成林安徽省六安市交通局

摘要：现浇箱梁支架承受的荷载不是均匀分布的，有集中荷载也有均布荷载。均布荷载即是箱梁底板砼和底模板重量，所占比例不到20%，80%以上为集中荷载，集中荷载主要作用在箱梁底板两端的支架上。故支架预压荷载也应重点施加在箱梁底板的两端，以检验支架的稳定性并消除支架的非弹性变形。均匀加载预压的方法是不可取的，很可能在预压时支架没有失稳现象，在箱梁砼浇筑过程突然出现支架失稳倒坍现象。

本文结合界阜蚌高速公路怀洪新河特大桥现浇连续箱梁的支架设计，分析了现浇箱梁垂直荷载分布规律，并对支架钢管的布置和预压加载方案以及防止支架地基湿陷问题提出建议。

关键词：现浇箱梁支架预压失稳

现浇箱梁支架承受箱梁钢筋砼和模板的重力荷载以及临时施工荷载，在支架设计时首先应分析荷载的分布规律。对于现浇箱梁施工期的荷载分布规律很难精确计算。本文结合安徽省界阜蚌高速公路怀洪新河特大桥现浇连续箱梁支架设计，对现浇箱梁支架荷载分布规律进行初步分析，并根据支架竖向荷载分布拟定支架钢管的密度和预压加载方案。

怀洪新河特大桥现浇段为斜腹板空心箱梁，箱梁底宽5m，顶宽12.75m，梁高 2.5m。箱梁模板由底模、侧模和芯模组成。为防止两个侧模向外倾斜移动，在侧模的顶部和底部均设有对拉螺栓。另外，为了便于箱梁底板砼浇筑，箱梁芯模不设底模，芯模框架的两端用短筋支撑在底模上，芯模和芯模上砼重量通过支撑点传递于底模，底模采用大块普通钢模，如图一。

图一

1、空心箱梁垂直荷载分布

按每延米计算，现浇箱梁砼重242.5KN,芯模重9.5KN,两侧模板重8KN，底模板重7.5K N，总重267.5KN。

1.1、芯模支撑点集中荷载F1

芯模支撑点距箱梁底面边缘0.5m，芯模和芯模上方的砼重量作用在两个支撑点上，芯模上砼平均厚度0.45m，长 5.6m。

F1=（0.45×5.6×26+9.5）/2=37.5KN

1.2、箱梁底板均布荷载强度q

箱梁底板砼厚0.35m，底模板重 1.5KN/m2

q=0.35×26+1.5=10.6KN/m2

1.3、底板两端在斜腹板范围内的荷载强度q1

箱梁砼的浇筑顺序是先浇筑底板，再浇筑腹板，最后浇筑顶板。浇筑底板时塑态砼由两侧腹板输送下料，底板浇筑完成后应稍停顿，待腹板砼振捣时不会向芯模翻浆再浇筑腹板。故砼的侧向力有所变化。实心箱梁砼的侧压力如图二（b），而空心箱梁在芯模不设底模时砼的侧向水平压力应如图二（c）所示。

图二

根据液体内压强各向相等的性质q1=0.35×26=9.1KN/m2，也即在箱梁底宽上荷载强度均为9.1KN/m2。

1.4、侧模内支点集中荷载F2

箱梁侧模板制作时考虑安装拆卸方便，一般设有两个支点（如图一），靠近模板面的为内支点，计算内支点集中荷载时，先假定外支点不受力（事实上外支点在箱梁砼浇筑过程中受力很小，详见后文）。由竖向力平衡，箱梁钢筋砼与模板的总重量-芯模支点荷载-底模均布荷载，即为两个侧模内支点荷载。

F2=（267.5－2×37.5－5×10.6）/2=69.75KN

1.5、对拉螺栓的受力计算

对拉螺栓承担的水平力很难进行较精确的计算，它对空心箱梁竖向荷载影响也不大。假定箱梁侧模的竖向荷载为侧模上砼重量，箱梁顶部对拉螺栓拉力为N1′（如图三），根据静力平衡，对侧模内支点力矩为零得N1′=28.29KN，N2′=-N1′=-28.29KN。侧模上的水平侧压力按图二（C）计算，同理可得N1″=20.78KN，N2″=21.13KN（计算过程从略）。

N1=N1′+N1″=28.29+20.78=49.07KN

N2=N2′+N2″=-28.29+21.13=－7.16KN

图三

顶部对拉螺栓承受拉力49.07KN，采用M24螺栓。底部对拉螺栓承受压力7.16KN，似乎可以不设，但在箱梁浇筑过程中可能出现拉力，故仍需配置对拉螺栓。这种计算方法虽不精确，但对箱梁竖向荷载分布影响不大。

1.6、侧模外支点受力分析

箱梁顶部对拉螺栓受力的计算长度L=1280c m，在拉力N1=49.07KN时伸长变形△=N1L/E g A g=6.6m m,也即箱梁侧模板顶端水平位移△1=3.3m m，相当于侧模板顶端绕侧模板内支点转动某一角度△ф

△ф=△1S inф/R

式中：R=4666m m，ф=33.86°(如图二)

△ф=3.3×S in33.86°/4666=3.94×10-4r a d

侧模板内支点和外支点相距180c m，侧模外侧支点的下沉量：

△2=1800×3.94×10-4=0.71mm

侧模板外支点下沉量很小，故可以认为外支点基本不受力。

2、支架立柱钢管的布置和预压加载方案

2.1、支架钢管立柱的布置

支架立柱钢管布置应根据箱梁荷载分布情况进行合理布置。本例中箱梁荷载有集中荷载F1、F2和箱梁底均布荷载q。集中荷载F1作用在底模板上，集中荷载F2作用在底模之外。由于底模为普通大块钢模板，其抗弯刚度力很小。集中荷载主要是通过钢管立柱上的横梁和纵梁传给钢管立柱。集中荷载F1与F2的合力=37.5+69.75=107.25KN，合力作用点距箱梁底边缘14c m（如图四）。钢管立柱以合力中心线对称布置6根钢管立柱，横向间距50c m，每根钢管允许荷载20KN，总允许荷载120KN，而实际荷载为107.25+10.6×0.64=114KN，小于允许荷载。箱梁底板的其余部分为均匀荷载q=10.6KN/m2，按横向间距93c m布置。箱梁的悬臂部分荷载很小，主要是当作施工操作平台，每m2布置1根钢管即可，支架钢管布置如图四。

图四

2.2、支架预压加载方案

支架采用等载预压，预压荷载为箱梁砼自重+模板重量。以合力中心对称布置的2×6根钢管承受总荷载的80%以上，故可仅对

这些钢管进行预压，其余钢管不进行预压，具体加载方法，是在钢管上铺设4m长横梁，使加载面积增加到4m2，采用砂袋加载，砂袋的堆集密度为14.5KN/m3，砂袋的堆放高度约 1.85m。

预压加载应在箱梁底板两端同步分阶段进行，如第一阶段加载50%，第二阶段加载25%，第三阶段加载15%，第四阶段加载10%。

2.3、防止支架地基浸水湿陷问题

箱梁现浇支架基础设在已压实的地基上，在箱梁施工期间如产生较强降雨，地基可能产生饱水湿陷。合徐高速公路某支线上跨桥，在连续箱梁浇筑结束20多小时后突然降雨，支架地基浸入沉降达5c m，钢管立柱下部脱空，所以支架地基浸水沉降问题应引起足够重视。为防止支架浸水湿陷可采取两种办法：