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现浇箱梁支架搭设与受力验算
一、 工程概况
XX枢纽互通立交桥现浇部分桥梁共含有四座匝道跨线桥、三座分离式立交桥以及两座3×13m中桥，以上各桥上部结构均为整体现浇，下部支撑均采用满堂支架进行施工。
二、 支架搭设方案概述
本标段现浇箱梁支架搭设分为两种形式：一般路段上搭设满堂碗扣式支架，跨线路段上采用加密碗扣钢管支架支墩、工字钢搭设梁柱式支架（简称门洞支架）。
1、满堂支架（一般路段）
由于一般路段上的匝道跨线桥及分离式立交结构形式及断面尺寸大部分均相同，故以AK0+741.1为例来进行支架施工方案的阐述。
匝道桥标准断面尺寸图如下（单位：cm）

A匝道跨线桥全桥共16孔分四联，上部结构为预应力混凝土等截面连续梁，桥面宽10.5ｍ，梁高1.7ｍ，跨径组合为：（4×30+4×30+4×30+4×25）ｍ。箱梁为单箱双室现浇混凝土连续箱梁，各联具体支架形式见下表：
跨墩
跨径(m)
支架形式
备注
Z0~Z4
4×30
满堂钢管脚手支架
一般路段
Z4~Z8
4×30
满堂钢管脚手支架
一般路段
Z8~Z12
4×30
满堂钢管脚手支架
一般路段
Z12~Z16
4×25
满堂钢管脚手支架
一般路段
Z8~Z12跨为上跨保津高速跨，由于拟采用辅道绕行方案，故按一般路段支架搭设即可。
根据上表，支架计算取荷载最大的，本支架方案取Z4~Z8跨为例。
根据箱梁的单位面积平均重量, 以验算竖杆的允许荷载确定支架搭设尺寸。当横杆步距为0.6m时，竖杆允许荷载为40KN/根；步距为1.2m时，允许荷载为30KN/根；步距为1.8m时，允许荷载为25KN/根；步距为2.4m时，允许荷载为20kN/根。
本跨线桥箱梁断面为标准横断面，跨中段纵向横杆选用0.9m，横向横杆翼缘板下为1.2m，底板下为0.6m和0.9m,横杆步距1.2m,此种组合每根竖杆承载力为3t；横梁处前后4m范围内纵向横杆选用0.6m,横向横杆翼缘板下为1.2m，底板下为0.6m和0.9m,横杆步距1.2m,此种组合每根竖杆可承载力为3t。
支架横杆步距1.2m，纵横向横杆长度选用按上面设计的进行。竖杆要求每根竖直，采用单根钢管，立竖杆后及时加纵、横向平面钢管固定,竖杆底部设置纵、横向扫地杆。搭设支架时要切实保证横杆的水平，如有高差用底托或方木进行调整。
为了确保满堂支架的整体强度、刚度和稳定性，支架横向剪刀撑每6m设置一道，沿桥梁总宽设置；纵向剪刀撑设置3道，设在每幅支架两侧及箱梁中心位置，每联通长设置。剪刀撑拉杆斜度控制45°左右，必须用扣件扣紧，确保空间网架结构的稳定性。
支架搭设完毕后，计算每根钢管的高度（每根钢管的高度按其位置处梁底高减构造模板厚度和方木楞、木楔的厚度计算），然后用可调上托准确调节支架高度，保证整个支架的高度一致并满足设计要求。
支架底部设平板底座，顶部设U形可调托座，在托座上纵向铺15cm×15cm的方木，间距同支架间距，横向按30cm间距铺设10cm×10cm的横向方木，然后在方木上安装模板（本箱梁模板拟采用高强度竹胶板）。每幅支架两侧各搭设宽度不小于1m的作业平台，平台上铺设脚手板，外侧设置安全防护栏杆，高度不小于1.5m。具体搭设见下示意图：

2、门洞支架（跨线路段）
XX枢纽互通内需要搭设门洞支架施工的有跨越苏三路的CKO+522、GK0+219、FK0+582三座苏三路分离式立交以及跨越大宁口村乡村道路的K25+472.5中桥，这些桥的跨线路段均需搭设门洞式支架，其它路段按上述一般路段的要求搭设满堂碗扣式支架。
门洞式支架要根据下穿道路车流量的大小、原道路设计标准以及本段现浇箱梁结构尺寸和自重力来设计、搭设跨线支架平台。
为保证平台承载力，跨机动车道采用加密碗口钢管支架支墩，每个支墩4排立杆，立杆间距按0.6m×0.3m布置，即纵桥向0.3m，横桥向0.6m，横杆布距1.2m，横桥向沿桥宽方向满铺。支墩两侧采用加密型碗扣式支架搭设人行通道，支架间距同支墩支架。支墩搁置支墩基础上，支墩基础采用混凝土条形基础，平面尺寸为宽1.2m，厚0.3cm，长12m，采用C20混凝土，支墩支架底部用平托直接放置在混凝土条形基础上。
支墩顶顺门洞方向放置4根I10工字钢做横枕梁，工字钢直接放置在可调顶托上。工字钢横梁调平后搭设纵向Ⅰ36a工字钢主梁,支架支墩横向利用斜向剪刀撑连成整体，纵向利用工字钢纵梁和工字钢横梁焊成整体。加密碗扣支架顶连接U形可调托座，托座上横向放置15cm×15cm方木碗扣支架利用钢管及扣件设置斜向剪刀撑，从而形成框架稳定结构。纵向工字钢顶横向铺设10×10cm方木，间距为30cm一道，然后在方木上铺设模板。（本跨线桥梁底距地面净空最小为5.2m，在保证通行净空的条件下，直接利用支架顶可调托调节支墩顶工字钢高度直至控制标高。）门洞具体搭设方法见下图：

三、支架受力验算
（一）、一般路段支架
搭设好的WDJ碗扣式支架是空间整体网架结构，稳定性可不需验算，仅做承载力验算。承载力验算以AK0+741.1匝道跨线桥第二联（Z4~Z8跨）为算例。
Z4～Z8号墩跨径组合为30m+30m+30m+30m，箱梁顶宽10.5m，梁高为1.7m，梁体砼方量849.4m3，梁体钢筋重约185.138t(包括预应力钢筋和普通钢筋)，本联为该跨线工程量最大的一联，故以此作为支架受力验算的荷载组合，因而一般路段支架以30m跨径为例进行验算。
1、 30ｍ一跨荷载计算
支架横向按（1×1.2+2×0.9）+（1×0.6+2×0.9+2×0.6+2×0.9+1×0.6）+（2×0.9+1×1.2）搭设（两边留有工作平台），纵向按7×0.6+24×0.9+7×0.6搭设，横杆步距按1.2m布置，单杆允许承载力为3t。由于荷载主要集中在箱梁底、腹板宽度范围，故支架有效受力竖杆根数仅考虑底、腹板宽度范围数量。
1.1、荷载计算：
W钢筋混凝土自重=（849.4×2.5+185.138）/120×30=577.159t;
W支架自重=W立杆+ W横杆=14.02×（9/2.4）×15×38+（2×5.12+8×3.97+4×2.82+3.97×15）×7×38=59.98t
（支架高度按9m高算，查《路桥施工计算手册》得2.4m立杆重量14.02kg，1.2m横杆重量5.12kg，0.9m横杆重量3.97kg，0.6m横杆重量2.82kg）
W施工人员及其它堆放荷载：1×10.5×30=315KN=31.5t；
W振捣混凝土产生的荷载：2×10.5×30=630KN=63t；
（查《路桥施工计算手册》表8-1）
1.2、总荷载
总荷载=W砼+ W支架+W施工+W振捣=577.159+59.98+31.5+63=731.64t
每米线荷载=731.64/30（t/m）=24.39t/m
2 、 30ｍ一跨承载力验算
2.1、跨中支架受力验算（按平均线荷载）
跨中支架纵向间距为0.9ｍ，则支架横向单排承受压力为：24.39×0.9=21.95t，
箱梁底腹板宽度范围内横向单排竖杆数量为9根；
则单杆竖向承受力为N=21.95t/9=2.43t﹤3t（横杆步距1.2m时单杆承载力）
（跨中支架承载力满足要求）
2.2 横梁周围支架受力验算
横梁周围支架纵向间距为0.6ｍ，端横梁处每米荷载为31.967+（1×10.5+2×10.5）/10=35.117t
则支架横向单排承受压力为：35.117×0.6=21.07t，
箱梁底腹板宽度范围内横向单排竖杆数量为9根；
则单杆竖向承受力为N=21.07t/9=2.34t﹤3t（横杆步距1.2m时单杆承载力）
（横梁周围支架承载力满足要求）
2.3 立杆强度及稳定性验算
2.3.1 强度计算
强度计算即立杆轴心受压压力计算(考虑1.2的安全系数) :
σ=1.2N/A=1.2×24.3×1000/(4.78×10-4)=61Mpa＜【σ】=170Mpa
式中：σ—立杆所受压应力；
N—立杆所受压力；
A—碗扣钢管截面面积；
【σ】—碗扣钢管设计抗压强度
（立杆强度符合要求）
2.3.2 稳定性计算
立杆两端约束按铰结考虑，计算长度取1.2m
柔度λ=h/i=120/1.54=77.92（i为碗扣钢管的回转半径）
查《路桥施工计算手册》由线性内差得稳定性系数φ=0.686
σ=1.2N/φA=1.2×24.3×103/0.686/（4.78×10-4）=88.9Mpa＜【σ】=170Mpa
（立杆稳定性符合要求）
2.4、 地基承载力验算（按单杆最大荷载计算）
地基承载力应满足：N/Ad≤K.fk
N-立杆传至基础顶面的轴心力（此处取最大单杆承载力）；

Ad-底座面积0.22×0.9=0.198m2
K-调整系数，取1.0；
fk-地基承载力标准值（fk=200Kpa）；
即ｆ＝24.3KN/0.198 m2＝122.8Kpa< fk=180Kpa
（地基承载力满足要求）。
（二）、跨线路段门洞支架
梁柱式支架纵梁采用Ⅰ36a工字钢，纵梁长度11.6ｍ。加密支架支墩横向满堂布置，纵向支墩按2×4m（净距）布置。取半幅一孔梁柱支架按简支梁方式来验算梁柱式支架的强度，此时纵梁的计算长度为5.2m。跨线路段支架验算以FK0+582苏三路分离式立交第四跨为例。
1、 竖向荷载计算
纵梁5.2ｍ内钢筋砼结构荷载①：（162.1×2.5+37.93）/20×5.2＝115.23ｔ
施工人员及其它堆放荷载②：1×10.5×5.2=5.46t
混凝土振捣荷载③：2×10.5×5.2=10.9t
纵梁Ⅰ36a工字钢自重④：65.6ｋｇ/ｍ×16×5.2＝5457.9ｋｇ＝5.46ｔ
2、 纵梁工字钢受力计算
荷载按最不利情况设计，荷载＝①+②+③+④＝137.05ｔ，每延米荷载为137.05/5.2＝26.36ｔ/ｍ，则单根纵梁承受荷载为ｑ＝26.36/16＝1.65t/ｍ＝16.5kN/m，计算简图如下：

2.1、应力计算
I36a工字钢相关参数:
截面面积A＝76.3cm2
弹性模量E＝2.1×105N/mm 2
截面惯性矩I=15760cm4
截面抵抗矩W=875cm3
计算跨径l=4500 mm
截面塑性发展系数γ＝1.15
跨中弯矩 q=16.5kN/m
MB=ql2/8=16.5×5.22/8 =55.77kN·m
σ=M/γW=55.77×106/(1.15×875×103)=55.4 N/mm3＜[f]=200N/mm2

（纵梁强度满足要求）。
2.2 纵向工字钢挠度计算
ωABmax=5ql4/384EI
=(5×16.5×52004)/(384×2.1×105×15760×104)
=4.75㎜＜[ω]= L/400=13㎜
（工字钢的挠度满足要求）。
3、支墩顶枕梁I10工字钢受力验算
支墩顶部枕梁采用I10a普通热轧工字钢，每排立杆放置一根，每个支墩放置4根I10a普通热轧工字钢，在中间的支墩所受的荷载最大，取中间的支墩进行检算，检算时按连续梁计算，计算跨度取l=0.6m。
3.1、强度检算
支墩立杆顶枕梁承受由纵梁传递的上部荷载及自重，纵梁传递的力以纵梁中间支墩处的剪力进行计算。支墩立杆顶按跨中受集中荷载这一最不利情况进行检算。
纵梁传递的剪力计算V=2×0.5q总L=2×0.5×16.5×5.2=85.8KN
V—中间支墩的剪力
I10a普通热轧工字钢自重计算W=0.6×A×γ10工字钢=0.6×14.33×10-4×78.5=0.067KN
式中：A--I10a普通热轧工字钢截面面积
γ10工字钢—钢材的重度；
支墩立杆顶单根枕梁跨中集中荷载计算P=1/4V+W=21.52KN
Mmax=0.175PL=0.175×21.52×0.6=2.26KN.m
最大应力计算σmax= Mmax/Wx=2.26×103/39×10-6=57.95Mpa<[180]Mpa
式中Wx--I10a普通热轧工字钢截面地抗矩
（强度符合要求）
3.2、扰度计算
ωABmax=1.146×PL3/100EI=1.146×21.52×103×0.63/100/(2.1×1011)/(245×10-8)
=0.103mm<l/400=1.5mm
（ 枕梁扰度符合要求）
4、门架支墩验算
门洞支架采用碗扣支架，每个支墩4排立杆，横向间距30cm，纵向间距60cm，立杆步距120cm。按由支墩立杆顶枕梁传递的荷载P这一最不利荷载进行检算。
4.1、立杆单杆承载力计算
单根立杆所受荷载N=P=21.52KN<【30KN】（步距为1.2m时单根立杆承载力）
（承载力符合要求）
4.2、立杆强度计算

σ=1.2N/A=1.2×21.52×103/(4.78×10-4)=54.023Mpa<【170Mpa】（碗扣钢管的抗压设计强度）
（支墩立杆强度符合要求）
4.3、立杆稳定性计算
立杆两端约束按铰结考虑，计算长度取1.2m
柔度λ=h/i=120/1.54=77.92（i为碗扣钢管的回转半径）
查《路桥施工计算手册》由线性内差得稳定性系数φ=0.686
σ=1.2N/φA=1.2×21.52×103/0.686/（4.78×10-4）=78.7Mpa＜【σ】=170Mpa
（支墩立杆稳定性符合要求）
4.4、支墩基础承载力验算
门架支墩基础采用C20混凝土条形基础，基础宽1.2m，厚0.3m，长12m。
基础应力为地基承载力应满足：N/Ad≤K.fk
N-立杆传至基础顶面的轴心力（此处取最大单杆承载力）；
Ad-一个立杆范围内的受力面积=0.3×0.6=0.18m2
K-调整系数，取1.0；
fk-地基承载力标准值（fk=200Kpa）；
即ｆ＝21.52KN/0.18 m2＝119.6Kpa< fk=180Kpa
四、支架施工安全技术措施
1、支架搭设场地必须平整、带有排水坡度，场地周边要有排水沟。支架的基础应坚实、平整，并应定期检查。每根竖杆底部应设置垫板或底座，不得使用砖及脆性材料铺垫。横杆应保持水平，竖杆杆底应设置纵、横向扫地杆。
2、从事架子、起重作业人员，定期检查身体，必须持证上岗。高处作业人员须戴好安全帽、系好安全带、穿防滑鞋，安全带定期检查，禁止穿拖鞋、高跟鞋、或赤脚上岗。
3、施工现场的防护设施、安全标志、警示牌不得擅自拆动，需要拆动的，要经工地负责人同意。
4、支架杆件堆放整齐稳妥，不要过高。高处作业面上用的料具须放置稳妥，小型工具、材料随时放入工具袋内，传递料具段安全可靠，严禁抛掷，禁止重叠施工。
5、现浇箱梁模板支架两侧要设置宽度不小于1.0m的作业平台，平台上满铺脚手板，作业平台外侧设置高度不小于1.5m的栏杆。作业平台上的脚手板必须满铺，且平顺、牢固、无探头板。施工搭设的梯道、脚手架、防护栏、安全网等防护设施须符合安全要求，经安全员检查合格后方可投入使用。
6、满堂式支架外侧从地面以上2m到架顶防护栏杆全部满布密目式安全网，安全网外侧利用斜向剪刀撑固定牢靠，施工梯道及扶手也应挂设安全网。梁柱式支架平台两侧各留不小于1m的防护平台，平台顶至支架顶挂设安全网。

7、模板的支架应自成体系，严禁与非承重脚手架进行连接。支架应具有足够的强度、刚度和稳定性，能可靠地承受新浇混凝土自重、侧压力和施工中产生的荷载及风荷载。
8、在搭设好的梁柱式平台醒目位置设置宣传标语及施工铭牌，平台洞口悬挂安全网，两侧及顶部设置警示灯并昼夜开启。
9、对于弯曲或锈蚀比较严重的型钢支墩，应进行调整和加强，主要采取角钢帮焊的方式，以增加其截面面积，提高整体承载力。修补钢支墩时应注意焊缝长度和与两端连接板的焊接。
10、在交叉路口全天配备现场安全协管员负责指挥车辆通行，夜间照明要满足车辆行驶亮度，加强夜间巡逻。
11、加强施工车辆管制，禁止其停放在行车道上；加强现场施工人员管理，严禁向下乱扔杂物。
12、在远离支架100m处设置施工警示牌及限速标志；在跨中悬挂限高标志牌，本项目中跨苏三路门洞净空为4.5m；为避免车辆碰撞支墩，在各排支墩靠行车道一侧设置反光水马
13、为避免支架拆装过程中坠物伤人，门洞处派专人日夜24小时值班确保车辆通行安全。
五、紧急预案
1、搭设中的坍塌
原因：搭设速度不均匀，造成某一区域搭设高度过高，且未及时加以固定（缆绳或其他支撑）。
预防：要求速度一致；及时对已搭设的支架进行固定（包括扫地杆和剪刀撑的设置）。
处理：对坍塌临边先进行加固，然后拆除坍塌的支架。
原因：支架立杆底部未加填实，造成局部失稳坍塌。
预防：地基夯实整平；对每根立杆底部予以填实。
处理：对坍塌临边先进行加固，然后拆除坍塌的支架。
2、浇筑混凝土时的坍塌
原因：个别立杆的失稳，引起连锁反映，造成局部甚至整体的坍塌。
预防：选用材质和尺寸合格的、无锈蚀、无弯曲的材料；正确的布置立杆。
处理：立即停止浇筑混凝土，并对坍塌区域模内混凝土加以清除（可用高压水冲去，必须扩大清除范围，以减少日后凿除的工作量。）。然后待混凝土终凝后，开始清理现场：拆除模板、凿除松散混凝土、剔除变形的钢筋；清除地面废料；更换支架、模板和钢筋，重新浇筑混凝土。
原因：模板搁栅断裂。
预防：选用无裂纹、无结疤的相拟落叶松之类的合格材料；布置正确。

处理：同上。
3、预应力张拉时的坍塌
原因：未完整无缺地设置剪刀撑，确保其应有的整体稳定性；预应力张拉过程，梁体起拱变形，对支架产生水平力，而支架不足抵御该水平力，造成坍塌。
预防：将支架与立柱联系在一起（立柱外表必须加以保护，以免损伤其表面），增加支架的整体稳定性。
处理：加快张拉的速度，使梁体尽快地建立预应力。然后再处理支架。
4、拆除时的坍塌
原因：局部拆除速度过快造成失稳；过早拆除剪刀撑等有稳定作用的杆件，甚至先拆除了下面的杆件或干脆予以整体拉倒。
预防：拆除时必须按施工操作规程，均匀地先上后下进行拆除。教育操作人员文明施工。
处理：对坍塌临边先进行加固，然后再拆除坍塌区域的杆件，最后总体拆除。
5、高空坠落
原因：操作人员未按规定系好安全带；抛掷物品以致物品从高空坠落或物品在缝隙中漏下；脚手板有翘头现象。
预防：操作人员必须正确使用安全带，教育职工对物品的高空传递都必须用绳索，严禁抛掷；固定脚手板，尤其是两端，不使其翘头；安装包括竹篱笆和密目安全网在内的临边防护措施，以防止物品的落下；组织文明施工小分队进行巡逻督促检查和补救（设施）。
处理：组织对受伤人员的抢救；对损坏的临边设施进行补救。
6、项目部成立以项目经理为首的应急和事故处理小组，并建立日常抢修队。做到一旦事故发生有领导统一指挥；有力量进行抢救。