扣件式及碗口式钢管满堂式支架现浇梁施工技术.docx

扣件式及碗口式钢管满堂式支架现浇梁施工技术

扣件式及碗口式满堂钢管支架现浇箱梁施工技术

摘要：随着我国高速公路建设的快速发展，高敦大跨径现浇箱梁在施工工艺上，多采用钢管满堂支架施工法，其施工工艺都比较成熟，但最近几年，满堂式支架现浇箱梁施工造成的安全事故也不少，有基础强度不够的，有支架布置不合理的，有结构计算出问题的，也有荷载预压出问题的，还有安全防护出问题的，满堂式支架设计涉及到很多方面，笔者结合自己的施工实践和和相关规范谈谈扣件式及碗口式满堂式支架施工设计步骤及相关注意事项，以供技术人员参考。 关键词： 钢管支架 现浇箱梁 施工 技术 1、支架荷载的确定
荷载的确定是支架设计的基础，支架控制计算应为立杆最底一节步距为准，为此计算荷载应包括以下荷载： 1.1恒荷载
①梁体自重：一般钢筋砼取25～26KN/m3(以体积计算的含筋量≤2%时采用25KN/m3，>2%时采用26KN/m3)，由于梁体一般为箱形结构，各部分结构重量不相等，为合理布置支架，应分为范围计算各自的重量，具体包括梁体底板和顶板的重量；腹板重量；翼缘板重量；墩柱处实心段的重量。现以50m现浇箱梁为例说明（见表1 50m现浇箱梁重量统计表）。
表1 50m现浇箱梁重量统计表
②模板自重（包括箱体内模自重）：按实际布置计算。
③立杆顶面的横梁自重：在现浇梁施工中，由于大小横杆受力较小（大小横杆，一般用于施工脚手架），都没有靠大小横杆传力给立杆，而是采用在可调撑托上安装横梁（方木或型钢），为此横梁的自重要按实际所采用的材料及结构布置计算。
④钢管自重（包括大横杆、小横杆）：按实际布置计算，当支架高度小于10m时，计算时可以忽略，
1.2可变荷载
⑤施工人员、施工材料及小型机具荷载：按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录D 普通模板荷载计算取值。
⑥浇筑砼时振捣荷载：按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录D 普通模板荷载计算取值 ⑦风荷载：按《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》（JGJ130-2001）荷载标准取值。
2、施工工况及荷载组合
2.1支架非工作状态
支架非工作状态，是指未浇筑砼前，支架的稳定状态，在规范中未作明确的规定，但在实际施工过程中是必须考虑的状态，尤其在风力较大的山区和沿海地区。在非工作状态中，又分为三种情况：
支架安装完毕，支架自重与水平风力力矩平衡；
模板安装完毕，模板与支架自重与水平风力力矩平衡；
钢筋安装完毕，钢筋、模板与支架自重与水平风力力矩平衡。
在这三种情况中，最不利的情况是支架刚搭设完成的状态，因为该状态的有利荷载最小。根据《建筑施工碗扣式钢管支架安全技术规范》（JGJ166-2008）条文解释，当支架高宽比小于或等于2时，支架的稳定可以忽略不计。
2.1支架工作状态
支架工作状态，是指浇筑砼完成后，支架的稳定状态，在这施工工况下，应根据荷载计算，进行荷载效应组合（见表2 荷载效应组合表）。
表2 荷载效应组合表
注意，为计算准确，荷载效应组合时，砼的自重应采用各部分荷载重量。
3、施工支架设计
根据荷载效应组合，即可得到梁体每一分部的重量，按照每一分部的重量，可初步确定立杆的数量，对于扣件式钢管，每根钢管的承载力可按30KN考虑，对于碗扣式钢管每根立杆、横杆钢管的承载力可按
下表取值（见表3 碗口式钢管立杆、横杆允许荷载表）
表3 碗口式钢管立杆、横杆允许荷载表
3.1模板强度和挠度计算
木模：截面抵抗矩W≥M , 挠度Kwql4lwA=100≤w=，钢模:对于组合钢模除了要计算其强度外，还EI
要计算其跨中挠度和端部挠度，（具体计算见江正荣编著的《建筑施工计算手册》8.7.2 板模板计算）。
3.2横梁计算
按两端简支梁对其强度和挠度进行计算
3.3支架计算
3.3.1概率极限状态设计法
《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》（JGJ130-2001）中采用的是极限状态设计法，支架计算分为工况1与工况2两种情况进行，工况1的支架稳定计算，《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》（JGJ130-2001）中并未提及，这时应由风荷载为主的可变荷载组合成为控制荷载进行倾覆验算，而模板、支架的自重荷载为有利荷载。工况2的支架稳定计算，扣件式钢管支架的承载能力是由稳定条件控制的立杆强度计算，支架的整体稳定，除了构造的要求外，规范中也是由单根杆件的稳定控制的。立杆稳定性验算按以下公式计算：
不组合风荷载：N/φA≤f＝205Mpa（最大应力）
组合风荷载：N/φA+Mw/W≤f＝205Mpa
N为表2规定的组合荷载。
3.3.2容许应力法
这是传统的设计方法，由于是以构件截面的某一点或某一局部的应力达到最大应力为极限状态的，故对受弯构件等应力分布不均匀状况，其设计比较保守，但在临时结构设计中，还经常使用，基本公式：σ≤ [σ]＝fy/Ｋ，fy为屈服强度，Ｋ为安全系数（K＝1.4～1.7），针对Ｑ235钢（Ａ３钢），σ≤ [σ]＝235/1.7=140 Mpa（容许应力）。
下面以一根48×3.5mm钢管为例，来说明一根立杆容许承载力的计算过程：N=ΨFσ，根据钢结构设计规范规定，取λ=100（最大值），查Ψ=0.6(A3号钢，目前新规范中Q235A钢)，F=4.24㎝，σ=140Mpa，可计算N=35.62KN。 2
计算对应梁段每平方米支架所承担的荷载，即L=N/㎡（N为荷载标准值，），则钢管立柱纵横间距a×b=N/L,由此确定纵横间距，a、b的取值一般在0.6～1.2之间。碗口式钢管只有表3中规定的集中间距。 纵向水平钢管步距，由λ=L0/r，得L0=λ×r=100×1.59=159㎝，159㎝为最大允许安全步距，为安全起见，在实际中应取步距为1.5m以下。碗口式钢管只有表3中规定的集中步距。
由于允许应力为最大应力的68％（140/205=68%）， 再加上立杆的纵横间距及横杆的步距一般都比加上值小，所以采用容许应力法计算是比较安全的。
4、支架基础设计
4.1落地式支架基础及地基承载力
为了保证支架体系的安全性，必须首先保证支架基础的承载能力，支架基础须经碾压并硬化达到要求后，再搭设支架，以便能均匀的承受荷载，在硬化前，应先将场地平整后用压路机压实，再铺10㎝垫层，后铺C15砼15㎝（软弱地段换填垫片石和灰土）。
这里的基础承载力包括两方面的含义：一是现浇基础的承载力，如常用的条形砼基础或条石基础；二是地基本身承载力，这一部分的承载力是根据地勘资料确定的，根据规范要求，必须对对地基承载力系数进行调整，对碎石土、砂土、回填土取0.4；粘土取0.5，岩石、砼取1.0。当无地勘资料时，必须通过试验确定，此时承载力系数可以不调整。
4.2梁式支架作为钢管承重梁
这种梁式支架是指钢管不直接落在地上，而是落在门式支架或梁式上(如三角架、贝雷架或型钢梁上)，梁式支架分为两种，一种是跨公路支架，一种是跨河支架。
由于门式支架两端立柱承受了较大的荷载，因此首先要保证基础的承载力，可根据不同的地质情况采用扩大基础、桩基础，在水中采用扩大基础或筑岛施工时，一定要注意减少河床断面，会增加水流速，致使冲刷深度增加，另外，需对门架立柱和横梁要进行验算。
5、支架施工注意事项
5.1 材料选用
支架所用的钢管、扣件应详细检查。不得使用锈蚀、扭曲严重钢管及扣件，材料的规格和型号要符合设计要求。
5.2支架基础
（1）如地面高差较大，而又不能或没有必要挖平时，基础就必须做成台阶，台阶高差一般不得大于1m，立杆到台阶边缘的距离应大于0.5m，当台阶高差较大时，应加密台阶附近的立杆，减少步距，增加稳定性。
（2）支架地基要排水通畅，不允许有积水。
5.3构件连接
（1）扣件式钢管支架安装应特别注意杆件的垂直度，立杆杆件的连接应采用对接（搭接承载力仅为对接强度的40%，连接材料应使用扣件，接头应错开，螺栓要紧固。立杆底端需使用立杆底座。
（2）模板附近的横杆连接主要是以受拉为主，横杆连接以搭接为宜，搭接长度1.5m，扣件不得少于5个。其它地方搭接长度不小于1m，扣件不得少于3个。
（3）扫地杆距离地面不大于20cm，支架底层步距不大于2m，竖向剪刀撑的跨度不应小于4跨（5-7根立杆），且不应小于6m，并与每根立杆连接，斜杆与地面的夹角宜在45°-60°之间。纵横间隔4-6排安装，水平剪刀撑每隔2-3道步距安装一道。
（4）搭设钢管井架相临的两立杆的接头应错开，横杆和剪刀撑要同时安装。
5.4支架稳定措施
（1）架管不得与便桥等有活动的结构物相联，防止支架失稳。
（2）墩台附近的大小横杆应与墩台预埋件连接，以增强支架整体稳定性，墩台上无预埋件时，横杆可做成“井”型与墩柱锁紧。
5.5支架防护措施
（1）支架顶面周围要设置栏杆。敷设的安全设施应经常检查，确保操作人员和小型机械安全通行。
（2）搭设在水中的支架，应经常检查基础受水冲刷情况，发现松动、变形或沉陷应及时加固。
（3）跨线施工中，边通车、边施工路段的安全生产，除应遵守安全方面的有关规定外，还应加强对通行车辆的安全管理，确保施工、交通安全。
6、支架预压
支架预压是一项验证支架设计的工作，也是规范的要求，为此，必须进行该项工作，在具体施工过程中，应选择有代表性的地段进行预压，以验证支架的强度及其弹性变形值和非弹性变形值，预压时，计算要准确荷载，不能集中堆放。
7、模板、钢筋安装及砼的浇筑
模板安装主要是采用刚度较大整体性较好的模板，同时要处理好接缝，避免漏浆；钢筋安装要注意保护层的厚度，避免露筋；砼浇筑可根据现场的实际情况（如砼的拌和能力和运输能力）采用一次浇筑或分两次浇筑
8、支架拆除
支架拆除的时间，应在砼强度到设计要求的70％，支架拆除方法：按顺序分段从上到下拆除，不得留有松动或悬挂的模板，严禁硬砸或用机械大面积拉倒。
9、体会
支架设计涉及到很多方面的内容，所以应做好每一个环节的工作，即从支架基础、支架强度计算、支架预压三个环节要做好施工组织设计，确保支架安全施工。
主要参考文献
【1】《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》（JGJ130-2001）
【2】《建筑施工碗扣式钢管支架安全技术规范》（JGJ166-2008）
【3】《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
【4】五二发.周立臣《满堂钢管支架设计施工应注意的问题》公路 2007/8
【5】李自光.《桥梁施工成套机械设备》.人民交通出版社
【6】江正荣.《建筑施工计算手册》.中国建筑工业出版社