桥梁施工中钢管柱格构式临时支架的安全性分析

桥梁施工中钢管柱格构式临时支架的安全性分析

谢君利郭魏源

黄河科技学院河南郑州450000

摘要：为了深入分析钢管柱格构式临时支架在实际工程中的安全性能，依托实际工程，进行精细荷载导算，重点考察了该临时支撑的整体稳定性、单根杆件稳定性及承载力、地基基础承载力等指标，结果表明：该结构搭设临时支撑方案满足实际工程需要，也为其他类似工程提供了重要的理论依据和实际经验。

关键词：临时支架；稳定性；理论依据

1.引言

桥梁工程施工中，钢管柱格构式支架是最常见的一种支撑结构，为了深入分析桥梁结构施工过程中钢管柱的承载力及稳定性能，为相关工程提供足够的理论依据及实践经验，本文将以大桥实例工程为研究对象，开展钢管柱格构式临时支架的安全性分析。

2.工程概况

某大桥设计上部结构均采用40米预应力混凝土（后张）T形连续梁，先简支后结构连续。下部结构采用钢筋混凝土空心墩，空心墩横桥向采用等宽截面，墩宽6.0m，纵桥向采用变宽截面，墩顶宽1.9m，向下放坡至墩底，墩底宽3.18m，下设挖孔桩6根直径为1.5米的灌注桩。现因墩盖梁上部混凝土强度不足，盖梁上部出现裂缝等病害。经核算，盖梁凿出重新浇筑过程中，将上部T梁采用临时支架托起，结合5号墩处的地形、地质条件，施工难易程度和施工工作面，决定采用钢管柱格构支架作为施工期间替代墩柱的结构。

3.临时支架结构计算分析

3.1原设计上部T梁梁底支反力数据

参考原设计单位施工图中数据，5号墩所在上部结构为4×40m一联的连续梁中墩，墩高52m，4跨连续梁中支点反力系数为（0.464+0.464）qL=0.928qL（q为连续梁均布荷载，L为理论跨度），则偏保守的1.0qL，即一跨恒载的反力。因5号墩两侧均需要设钢管柱进行顶升，则一侧各分一半即半跨恒载的反力作为钢管柱柱顶的恒载反力。

3.2电算模型及受力分析

考虑钢管格构柱，采用Φ529×10mm的Q235螺旋焊管，竖向每节长2.5m，顶端根据施工情况长度灵活控制，节与节之间采用法兰盘和螺栓连接。钢管柱的稳定主要依靠侧向支撑，竖向每3个节设一道水平支撑，从上至下设7道支撑；横桥向中间5根钢管采用[12槽钢与墩柱连接，外侧4根（每侧两根）不能与墩柱直接连接，采用X形槽钢连接作为支撑。钢管格构柱柱脚与承台连接，钢管柱柱顶采用HM588x300的H型钢连接，作为分配量，H型钢与钢管柱连接。依据前节梁底荷载计算结果，在分配梁梁顶施加梁底对应荷载。

钢管柱和型钢梁及槽钢支撑自重程序自动计算，并与梁顶荷载进行荷载组合，组合后钢管柱最大柱顶轴力为955.1KN。经对该支架系统进行整体稳定分析，得出各阶稳定系数，整体稳定系数为11.05，第一阶稳定系数约为第二阶稳定系数的0.9倍，其他各阶稳定系数均在12.11至12.52之间，符合规范要求，可以判定该格构式钢管支架稳定。

3.3单根钢管柱稳定性验算

计入钢管柱自重52m，则增加轴力为163cm2×7850×9.8=1.25kN，52米墩高对应52×1.25=65kN，加上两个方向[16槽钢剪刀支撑重量，3×1.414×2.45×19.74×9.8=2.01kN，若设10道支撑，则增加重量2.01×10=20.10kN，65+20.10=85.10kN。钢管柱最大压力为955.10+85.10=1040.2kN。

钢管柱按横桥和顺桥均有约束设计，且圆形截面各个方向截面特性一致，故本工程可仅验算平面内稳定。考虑到分配梁和临时钢垫板（临时支座）对钢管柱有一定的偏心压力，偏心距按不超过100mm考虑，则受弯平面内的弯矩Mx=1040.2×0.1=104.02kN•m。因柱单元每节长2.5m，则支撑间距离3个单元，支撑间距离7.5m，柱子的计算长度偏大的取为10m，长细比小于150。故计算该结构稳定性及强度均满足相关规范要求。

3.4钢管柱支撑验算

为提高支架系统的整体稳定性，两排钢管柱之间应该设置K字形支撑，支撑采用[16a槽钢。组合荷载下槽钢支撑应力范围为94.9-118.06MPa，强度和稳定有保证。说明Q235B材料的[16a支撑强度是有保证的，且构件长度较短，轴力较小稳定性满足相关规范要求。

3.5基础外挑悬臂承载力验算

承台横向宽度10.2m，钢管柱所需基础宽度不小于11m，需要另做基础，形式采用钢筋混凝土条形基础，基础支承于现有的承台之上，基础底面压力通过承台最终传递至桩基，单从C30混凝土条形基础受压角度分析，受力情况较佳，一般不容易出现强度破坏，因此重点分析基础的悬臂部分。横桥方向，两侧均外挑（11－10.2）/2=0.4m，共形成2条长11m（横桥向）×宽2.05m（顺桥向）×1.0m高的钢管柱条形基础；横桥方向可以视为两个长条形基础分别进行计算。其中横向外挑悬臂的最外侧钢管柱作用中点距离承台外表面距离为0.2m，可以认为最外侧钢管柱作用点的作用长为0.2m。

外挑扩大基础自身的外挑部分，对2.05m×1.0m截面基础梁，悬臂根部剪力：0.4×1.0×2.05×25=20.50kN，力矩：20.5×0.4/2=4.1kN•m。边钢管柱底部的1040.2kN压力，对应悬臂根部力矩为0。考虑到支架系统为施工期间的支撑结构，各项内力均取标准值进行计算。因悬臂长度0.4米较悬臂高度1.0m小，悬臂部分按普通梁抗剪强度公式计算。经计算，最小剪力抗力为1060.70KN。故抗剪承载力满足要求，按构造配筋可以满足外挑基础的抗弯要求。

3.6附加重力对桩基竖向承载力的影响

由前节计算可知，新增的18根柱子及分配梁反力约1333.46kN。新增2个条形基础自重：2×1.0×2.05×11×25=1127.5kN。二者合计：1333.46+1127.5=2460.96kN。

桥墩处的上部汽车荷载反力计算，依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中第4.3.1条所述，按照影响线加载计算如下：

40mT梁桥的车道荷载qk=10.5kN/m，集中荷载Pk=350kN，反力计算考虑三个车道满布和规范要求的集中荷载Pk的1.2的增大系数，但计入3车道满布时的0.78的横向折减系数，其中车辆冲击系数偏安全的取1.3。综上，5号桥墩处的汽车反力：（10.5×40+1.2×350）×3×0.78×1.3=2555.28kN。新增荷载2460.96KN<2555.28kN，故下部结构中桩基和承台强度及竖向承载力有保证，二者之差：2555.28-2460.96=94.32kN。故地基承载力完全能满足使用要求。

4结论

本文对置换过程中临时支撑的承载力、稳定性及基础等内容进行详细分析，得到的主要结论如下：该结构搭设临时支撑方案满足实际工程需要，螺旋焊管钢支架，C30混凝土基础系统完全能满足：千斤顶顶升上部T梁和盖梁更换期间的临时支承所需要求，因此按此方案执行并搭设钢管柱。本次研究工作主要考察桥梁施工中盖梁置换过程中支架的安全性能，为其他类似工程提供了重要的理论依据和实际经验。

参考文献：

[1]余永志，李鹏，潘春燕.钢格构柱式混凝土高承台塔机基础设计与施工[J].建筑机械化，2011，32（12）：74-76.

[2]李孝敏.钢格构柱承台式塔吊基础设计与施工技术[J].广东土木与建筑，2015（1）：26-28.