现浇拱桥满堂支架顶托水平力抵抗技术研究

现浇拱桥满堂支架顶托水平力抵抗技术研究

汪于景 刘祥 符传钰

中建八局西南公司，成都， 610041

[摘要]市政工程中，在一些跨域河流、人造湖区等具有通行功能兼景观效应的地方较大比例采用下承式钢筋砼拱桥，该类拱桥在采取满堂支架现浇施工时，由于拱脚起拱角度较大且梁底为弧形，而满堂支架纵横步距分布较为固定，最终要在顶部靠顶部悬背杆及顶托调节形成设计要求的弧形界面，由于弧形拱桥梁底在支架步距范围内高差较大且每个步距高差变化不等而导致顶托悬背杆长短不一，部分较长的悬背杆由于承受拱桥斜面梁底产生的较大水平推力而容易失稳破坏，现就结合项目已实施的成功经验进行归纳总结，确定一个可以实际操作和推广的措施以便指导类似桥梁工程的架体施工，以此确保施工安全和节约工期。

[关键词]拱桥、满堂支架、顶托悬背杆、水平推力、抵抗措施。

Research on Horizontal Force Resistance Technology of Full-span Bracket Support of Large Slope Angle Arch Bridge

Wang yujing liu xiang li jingdi Yang caijun

（Southwest Corporation of China Construction Eighth Engineering Bureau，chengdu，610041）

Abstract: In municipal engineering, under-reinforced concrete bridges are used in a large proportion in places with cross-regional rivers, artificial lakes and other places that have traffic functions and landscape effects. Such arch bridges have to The arch angle is large and the bottom of the beam is arc-shaped, and the vertical and horizontal step distribution of the full-frame bracket is relatively fixed. Finally, the top-to-top suspension bar and support adjustment are required to form the curved interface required by the design. The height difference in the step range is large, and the height difference of each step varies, resulting in different lengths of the top suspension rods. Some of the longer suspension rods are easy to bear by the large horizontal thrust generated by the bottom of the inclined beam of the arch bridge,unfixed and damaged. we will summarize the successful experience of the project implementation and determine a measure that can be practically implemented and promoted in order to guide the construction of similar bridges to ensure construction safety and save construction time.

Key words: arch bridge, full-frame bracket, top suspension rod, horizontal thrust, resistance measures.

0前言

现浇钢筋混凝土拱桥满堂支架的搭设较一般满堂支架的搭设复杂，且顶部顶托自由杆受水平力较一般满堂支架顶托受水平力大得多，较一般支架存在更大的安全隐患，本文结合现场实体工程的成功经验总结研究抵抗水平力的技术措施，以此确保架体施工和使用过程中的安全，具体分析见下。

1工程实体运用情况对比介绍

(1)常规满堂支架现浇桥梁： 常规桥梁梁底为一条直线且纵坡相对较小，则架体顶部基本水平，架体顶部顶托的自由端长度（规范规定小于650mm）基本可以控制在规范允许的高度之内，且架体杆件主要承受竖向压力，水平分力较小，顶托自由端在规范允许的长度内完全能承受所受到的水平荷载，因此此类接近水平梁体满堂架施工无需对顶托部位做特殊处理。

(2)本工程实体拱型桥梁位于成都市天府新区CBD核心区，工程名称为双燕西桥，属于三连拱现浇混凝土桥梁，在进行满堂支架搭设时需按设计要求把架体顶部调成圆弧形，由于梁底为弧形导致于顶托在步距范围内存在高差，进而使顶托自由端长度不一致，由于梁底为倾斜面，会产生较大的水平分力，部分自由端较长的顶托由于在顶端受到较大的水平力，该力将在横向节点处产生的弯矩致使顶部悬背杆产生受弯破坏，这就是拱形桥梁和常规水平梁式桥在架体顶部受力的主要区别。

图1 工程实体拱桥桥型布置图

2措施原理介绍

根据该实体工程的设计参数，梁体自重较大再加上混凝土浇筑时的施工荷载在梁底倾斜角度较大情况下会对支架顶部悬背杆产生较常规平底支架顶部大数倍到十几倍的水平分力，为了抵消该部分水平分力可以在较长的悬背杆的适当部位加一层水平杆件或加小斜撑杆来减小顶部自由端的长度同时通过水平杆件或小斜杆将水平分力传递到横向支撑，最终通过横向支撑传递到墩台墙体，让墩台墙体的反力来抵消该部分水平力，为了在保证安全的情况下降低措施费用，本工程采用小斜撑杆加固顶部悬背杆，通过小斜杆将水平力传到既有水平杆件上，加固原理见下图。

图2 拱架满堂支架立面图

3顶部悬背杆件加固验证检算

3.1加固前试算确定临界长度

在未加固前对各长度不一的悬背杆件分别进行验算，验算其受弯承载力，以此来确定在该种工况下允许的悬背杆长度，而超过该长度的悬背杆件均需要进行加固，现以最危险的区域为例进行计算分析，具体计算过程如下：

(1)借用建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范，水平杆抗弯强度计算公式：

λ0Ms/ W≤f （5.2.1-1）

Ms=1.2 MGk+1.4 MQk （5.2.1-2）

式中：Ms——杆弯矩设计值

W ——杆的截面模量（mm³）；按本规范表5.1.10

MGk——杆由上部恒载产生的弯矩标准值（N.mm）

MQk——水平杆由施工荷载产生的弯矩标准值（N.mm）

f ——钢材的抗弯强度设计值（N/mm2）按本规范表5.1.9采用

(2)Ms的计算

MGk计算由本工程实体梁体钢筋砼按2.5t/m³计，梁板最大厚度为1.6m，立杆纵横间距为0.6m*0.6m，单根立杆承受的重量为=2.5*1.6*0.6*0.6=1.44 t/m³，换算为荷载标准值为G=1.44*10=14.4 kN/㎡，由于梁底为弧形，荷载将产生较大的水平分力F，如下图:

图3 悬背自由杆受力分析图

由于弧形梁底切线水平面夹角为21°，则N=Gcos21°,F1=Nsin21°=4.81 kN。

悬臂端弯矩计算，按规范允许最允许自由端长度为0.65m计算，则MGk = F1* 0.65=3.13kN.m。

施工荷载标准值，桥梁为4 kN/㎡。

同理得F2=4*0.6*0.6* cos21°sin21°=0.48kN，MQk=0.48*0.65=0.313kN.m。

Ms=1.2 MGk+1.4 MQk=1.2*3.13kN.m +1.4*0.313=4.19kN.m =4.19*106 N.mm。

(3)验算

碗口架外径Φ=48.3m，壁厚3.5mm，W=5.15cm3=5.15*103 mm³。

重要性系数λ0=1.1

则有λ0Ms/ W=1.1*4.19*106/5.15*103=896N/mm2＞300 N/mm2（Q345抗压强度设计值f）

不满足要求

(4)确定合理的自由端临界长度

由f=λ0Ms/ W ⇒ Ms=f W/λ0=1.4*106 N.mm

由Ms=1.2 MGk+1.4 MQk=（1.2 F1+1.4 F2）*h=1.4*106 ⇒ h=0.25m=25cm，在最危险的区域内自由端的临界长度应控制在25cm内。

3.2确定加固范围及方式

(1)加固范围

由于梁底为弧形，梁底与水平面的夹角在不同区段存在变化，因此应根据横杆和立杆的排布确定现场自由端的实际长度，再根据起坡角度和自由长度采用以上计算方法试算是否需要加固，以此来确定加固范围。

(2)加固方式

对于超过临界长度的悬背杆均需进行加固，为了保证更高的安全度，均在临界安全长度的基础上减少3cm作为加固点，加固小斜杆均需与架体立杆和横杆节点牢固连接，使其成为一个整体，架体范围内沿受水平力方向的横撑均需设支座与墩台相连，以墩台墙体的反力来抵消架体受到的梁体及施工荷载产生的水平力。

4结束语

经过对本工程弧形顶面满堂支架架体的研究和实践经验，主要从弧形梁底的受力特点和水平梁底受力特点进行比较区别，通过计算分析弧形梁底水平分力较大容易导致较长悬背自由杆的弯折破坏的原因，从而寻找一种抵抗水平分力的合理措施，从目前所查阅的规范和相关书籍，暂时没有单独针对拱形桥梁顶部悬背杆件过长及受水平分力的较大的相关理论知识，本论点是根据现场实体工程的具体解决措施总结而来，希望能对类似城市拱桥的施工提供一些参考和帮助，不足之处请多指正。

参考文献

[1]建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范（JGJ 166-2016）。

[2]周水兴，路桥施工计算手册．人民交通出版社，2001（2014.7重印）

作者简介：汪于景 男1984.1 本科 工程师 四川省成都市天府大道北段1480号拉德方斯大厦西楼9层 610041