现浇箱梁盘扣支架设计及计算实例:满堂支架布置、荷载与验算要点
一、工程概况与箱梁断面
本实例为高架桥单箱四室等宽现浇混凝土箱梁的盘扣满堂支架设计。箱梁横梁分三种:端横梁宽 1.5m、高 2m;中横梁宽 2m、高 2m;变高衔接段梁高 2.3m、宽 1.5m。
| 横梁类型 | 梁高 m | 梁宽 m |
|---|---|---|
| 端横梁 | 2 | 1.5 |
| 中横梁 | 2 | 2 |
| 变高衔接段梁 | 2.3 | 1.5 |
主线高架桥 π 型桥墩系梁概况:
| 类型 | 墩身截面 m | 系梁高 m | 系梁宽 m | 桥墩高 m | 数量 | 墩型 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 1.7×1.7 | 1.2 | 1.7 | 6.4~14 | 86 | 连续墩 |
| B | 1.7×1.7 | 1.2 | 上顶 2.4 / 下底 1.93 | 6.45~13.5 | 33 | 交界墩 |
| C | 1.5×1.8 | 1 | 1.8 | 7.5~11.4 | 4 | 连续墩 |
| D | 1.5×1.8 | 1 | 上顶 2.5 / 下底 2.21 | 8.4~12 | 4 | 交界墩 |
| E | 1.5×1.8 | 1 | 上顶 2.5 / 下底 2.21 | 14.5 | 1 | DZ000 |
标准段 26m 宽箱梁采用单箱四室:顶板宽 25.8m,两侧翼缘悬臂长 3.4m,顶板厚 0.25m;底板宽 18.068m、厚 0.22m;腹板厚 0.6~0.9m(腹板钢束采用梁顶张拉时厚 0.6~1.0m);端横梁厚 1.5m、中横梁厚 2.0m。变宽段按情况适当增加箱室数量。
二、荷载统计
按部位统计的最大总荷载(承载能力极限状态)如下,腹板处是荷载最集中的部位:
| 类型 | 规格 | 位置 | 最大总荷载 kN/m² |
|---|---|---|---|
| 主线高架箱梁 | 宽 26m、高 2m | 腹板处 | 52 |
| 主线高架箱梁横梁 | 宽 2m、高 2m | 中心处 | 52 |
| 立交匝道箱梁 | 宽 12m、高 1.8m | 腹板处 | 46.8 |
| 上下桥匝道箱梁 | 宽 9m、高 1.8m | 腹板处 | 46.8 |
| π 型桥墩系梁 A/B 类 | — | 中心处 | 31.2 |
| π 型桥墩系梁 C/D/E 类 | — | 中心处 | 26 |
三、危大工程判定
按建办质〔2018〕31 号附件 2「超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围」第 2.2 条:混凝土模板支撑工程搭设高度 8m 及以上、搭设跨度 18m 及以上、施工总荷载 15kN/m² 及以上、集中线荷载 20kN/m 及以上的,施工单位应当组织专家对专项方案进行论证。
- 主线高架桥 31 联混凝土箱梁架体:全部符合「跨度 ≥18m、总荷载 ≥15kN/m²、线荷载 ≥20kN/m」,部分符合「高度 ≥8m」。
- 立交匝道 24 联:符合「高度 ≥8m、跨度 ≥18m、总荷载 ≥15kN/m²、线荷载 ≥20kN/m」。
- 上下桥匝道 8 联:符合「跨度 ≥18m、总荷载 ≥15kN/m²、线荷载 ≥20kN/m」,部分符合「高度 ≥8m」。
- 主线高架桥 π 型桥墩系梁、横梁:符合「跨度 ≥18m、总荷载 ≥15kN/m²、线荷载 ≥20kN/m」,部分符合「高度 ≥8m」。
综上,本工程全部箱梁与系梁、横梁模板支撑体系均属超过一定规模的危大工程,须组织专家论证。判定阈值可对照 危大工程对比表 逐项核对。
四、盘扣满堂支架总体设计
支撑体系采用承插型盘扣式满堂支架,材料规格与总体布置如下:
| 项目 | 取值 |
|---|---|
| 立杆 | Φ60×3.2mm Q355B |
| 横杆 | Φ48×2.75mm Q235B |
| 斜拉杆 | Φ42×2.5mm Q235B |
| 横梁下立杆纵距 / 横距 | 0.6m / 0.6m |
| 箱室下立杆纵距 / 横距 | 1.2~1.5m / 1.5m |
| 腹板下立杆纵距 / 横距 | 0.9~1.5m / 0.6~0.9m |
| 翼板下立杆纵距 / 横距 | 1.5m / 1.5m |
| 水平杆步距 | 1.5m |
| 立杆伸出长度 | ≤0.65m |
| 斜腹板支架 | Φ48×3.25mm 钢管预制或定制弧形架 |
| 面板 | 15mm 木胶合板(斜腹板处 6mm 竹胶板) |
| 次楞 | 100×100 方木,底板下间距 0.25m、翼板下 0.3m |
| 主楞 | 14# 工字钢 |
| 剪刀撑 | 依据盘扣标准要求设置 |
盘扣架的立杆、横杆、斜拉杆采用三种不同材质与规格(Q355B / Q235B),节点为承插圆盘连接,与扣件式脚手架是两套体系,杆件不得混用。
五、分区支架布置与龙骨
5.1 盘扣支架分区布置
标准段 26m 箱梁按四个区域布置盘扣支架:
| 序号 | 区域 | 横距 m | 纵距 m | 步距 m |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 横梁区 | 0.6 | 0.6 | 1.5 |
| 2 | 腹板及底板加厚区 | 0.6 / 0.9 | 0.6 / 0.9 | 1.5 |
| 3 | 空箱区 | 1.2 / 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 4 | 翼缘区 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
5.2 主楞(工字钢)布置
主龙骨采用 14# 工字钢,沿箱梁纵桥向布置,间距按区域取值:
| 序号 | 区域 | 工字钢间距 m | 方向 |
|---|---|---|---|
| 1 | 横梁 | 0.6 | 纵桥向 |
| 2 | 腹板及底板加厚区 | 0.6 / 0.9 | 纵桥向 |
| 3 | 空箱区 | 1.2 / 1.5 | 纵桥向 |
| 4 | 翼缘区 | 1.5 | 纵桥向 |
5.3 木枋与底模
盘扣架分配梁上铺设 100×100mm 木枋:实心区中心间距 100mm(满铺),空箱区 300mm,顶底板加厚区 200mm;木枋上铺设 15mm 竹胶板作为底模板。
5.4 墩身抱柱
箱梁支撑架与本联已施工完成的墩身抱柱连接,采用 4 根 Φ48.3×3.5mm 钢管箍住墩柱,钢管与墩身之间填木楔,墩柱内侧抱柱杆外 300mm 加设强化杆(外悬臂段长 800mm)。抱柱钢管按支架高度设于底部、中部、顶部,间距不大于 3m,相互用扣件连接,并与盘扣架立杆用扣件连接。
六、箱梁内模支撑设计
内模板采用木模板、钢管支撑,按全断面一次浇筑设计。内模面板选取 15mm 竹胶板,内楞为 5×10cm 方木(间距 20cm),分配梁采用双拼 Φ48.3×3.5mm 钢管。
- 腹板内模之间采用 Φ14mm 拉杆(外套 Φ16mm PVC 管)固定,或钢管对顶在模板压杆上固定;拉杆竖向间距 80cm、纵向间距 60cm。
- 斜腹板内模用钢管支撑架支撑;内模顶板采用 Φ48.3×3.5mm 满堂支架,立杆横距 60~90cm、纵距 100cm、步距 50~90cm。
- 下倒角支撑面宽度不小于 10cm。
七、支架临边防护设计
支架搭设完成后,箱梁支架外侧布置临边防护,采用定型化网片式护栏:
- 护栏防护板宽 1.9m、高 1.2m,采用 30×30mm 方钢与钢板网加工成型,两侧各焊 2 个预留孔与支架立杆固定。
- 钢板网钢丝直径不小于 2mm,网孔边长不大于 20mm。
- 防护板底 20cm 设踢脚板(薄铁皮制作,涂刷黄黑相间油漆,铆钉安装)。
- 支架两侧预留不小于 80cm 施工通道及操作平台。
- 最外侧布置 Φ48.3×3.5mm 防护立杆,中心间距 2.0m;防护立杆长 4m,与模板支撑架相交处用 2 排十字扣件固定在支撑架横杆上。
八、模板支架计算书要点
以 26m 主线四箱梁模板(盘扣式)为例,计算依据为 JGJ 162-2008 建筑施工模板安全技术规范、GB 50010-2010、GB 50009-2012、GB 50017-2017、盘扣式钢管脚手架安全技术标准、GB 50068-2018。
8.1 主要构造参数
| 参数 | 取值 | 参数 | 取值 |
|---|---|---|---|
| 立杆纵向间距 la | 1500mm | 模板支架搭设高度 H | 13m |
| 横梁、腹板下横距 lb | 600mm | 立杆计算步距 h | 1500mm |
| 箱室下横距 lc | 1500mm | 立杆伸出顶层水平杆长度 a | 550mm |
| 翼缘板下横距 ld | 1500mm | 立杆顶部步距 h′ | 500mm |
| 底板下小梁间距 l1 | 150mm | 支架立杆步数 | 10 |
| 翼缘板下小梁间距 l4 | 200mm | 横杆依次间距 hi | 350/1500×7/1000/500mm |
8.2 荷载参数
| 参数 | 取值 | 参数 | 取值 |
|---|---|---|---|
| 结构重要性系数 γ0 | 1.1 | 新浇混凝土、钢筋自重 G1k | 25.5 kN/m³ |
| 可变荷载调整系数 γL | 0.9 | 模板及支撑梁自重 G2k | 0.75 kN/m² |
| 支架杆系自重 G3k | 0.15 kN/m | 其他荷载 G4k | 0.4 kN/m² |
| 施工人员设备 Q1k | 4 kN/m² | 泵送/倾倒水平荷载 Q2k | 2 kN/m² |
| 基本风压 ω0 | 0.25 kN/m² | 风荷载体型系数 μs | 0.143 |
| 风压高度变化系数 μz | 1.091(B 类地面) | 风荷载标准值 ωk | 0.039 kN/m² |
8.3 面板验算(15mm 复合木纤维板)
面板取单位宽度按二等跨梁计算,f=15N/mm²、E=6000N/mm²、fv=1.6N/mm²,截面特性 I=281250mm⁴、W=37500mm³。以横梁、腹板处(混凝土较厚,受力最大)面板为验算对象,h₀=1.942m、l=150mm:
| 项次 | 抗弯强度 | 抗剪强度 | 挠度变形 |
|---|---|---|---|
| 验算值 | σ=5.867 N/mm² | τ=0.735 N/mm² | ω=0.085 mm |
| 允许值 | f=15 N/mm² | fv=1.6 N/mm² | [ω]=min(l/150,10)=1 mm |
| 结论 | 符合要求 | 符合要求 | 符合要求 |
8.4 小梁验算(100×100 方木)
小梁按二等跨梁计算,截面特性 I=833.333cm⁴、W=166.667cm³,f=15.444N/mm²、E=9350N/mm²、fv=1.782N/mm²。横梁与腹板底小梁跨度 lb=600mm、箱室底 lc=1500mm、翼缘板底 la=1500mm,均满足强度与挠度要求。
主梁、可调顶托、立杆稳定、抗倾覆与基础验算为计算书后续章节(原文从略),此处不展开。桥梁满堂支架的立杆稳定与抗倾覆是专家论证的重点,务必以正式计算书为准。
九、估算与复核
盘扣支架立杆、横杆、斜拉杆用量按分区立杆纵距、横距、步距与箱梁平面尺寸估算,可先用 盘扣脚手架材料估算计算器 复核杆件用量,再用 模板面积计算器 核对底模与侧模接触面积。
混凝土浇筑量按箱梁断面面积与联长估算,可用 混凝土工程量计算器 复核方量;支架自重与 14# 工字钢、钢管配重可参考 钢材重量计算器。
十、边界与依据
本实例用于说明现浇箱梁盘扣满堂支架的设计口径、荷载统计、危大判定与验算思路,不能替代正式专项施工方案、计算书与专家论证报告。实际工程的分区参数、荷载取值、构造要求与验收标准,应以设计文件、经审批的专项方案及现行标准为准。
主要依据:JGJ 162-2008 建筑施工模板安全技术规范(模板支架计算主依据)、JGJ 166-2016 建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术标准(盘扣体系构造,与新版盘扣标准一致)、JGJ 130-2011 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(扣件式对比)、GB 50666-2011 混凝土结构工程施工规范(混凝土浇筑)、GB 50204-2015 混凝土结构工程施工质量验收规范(模板验收)、JGJ 80-2016 建筑施工高处作业安全技术规范(临边防护)、JGJ 59-2011 建筑施工安全检查标准(检查评分)。荷载、钢结构与混凝土结构设计另依据 GB 50009-2012、GB 50017-2017、GB 50010-2010、GB 50068-2018。
桥梁现浇箱梁盘扣支架属高风险临时结构,本实例所示荷载(腹板处最高 52kN/m²)与搭设高度 13m 均已达到超过一定规模的危大工程标准,必须编制专项方案并组织专家论证后施工,浇筑与拆除过程按规定监测、验收。
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