徐庆辉
(中铁十九局集团第七工程有限公司， 珠海519000)
摘 要：根据沪宁城际高速铁路节点工期总体安排要求，站前V标段跨越旺庄路(40+56+40)m连续梁采用支架现浇法施工。连续梁主跨采用装配式钢梁支架系统现浇施工，荷载主要集中于箱梁腹板对应的A区域，故进行A区域内主钢梁和次钢梁的荷载计算、抗弯强度计算、挠度计算及钢管柱的稳定性计算;连续梁边跨选择满堂碗扣式脚手架作为支架结构，主要从墩柱间脚手架和腹板间脚手架2个方面进行荷载计算、立杆的稳定性计算;从主跨和边跨2个方面表述了整个现浇连续梁支架结构系统对地基的影响，通过计算分析对地基采取了相应的处理措施。文章结合沪宁城际高速铁路的施工实例，阐述了现浇连续梁支架结构的受力分析。
关键词：现浇连续梁;支架结构;受力分析
沪宁城际铁路V标无锡东特大桥延长段52～55号墩间采用一联跨度(40+56+40)m预应力混凝土连续梁，连续梁位于平曲线段，跨越旺庄路，公路与线路法线夹角为83°。梁体及钢筋布置均以线路左线中心线为基准线，沿径向依据曲率进行相应的调整，支座亦按径向布置。52号墩身高度为3 m，53号、54号墩身高度均为4 m，55号墩身高度为3.5 m。端支座处及边跨直线段和跨中截面中心处梁高为2.83 m，中支点处梁高为4.23 m。箱梁顶宽12.2 m，边支点处箱梁底宽6.328 m，中支点处箱梁底宽为5.529 m。为了满足旺庄路的车辆通行，连续梁主跨采用装配式钢梁支架系统现浇施工，在机动车道两侧及人行道搭设支墩，机动车道预留5 m×6 m门洞;连续梁边跨不受道路通行影响，故选择满堂碗扣式脚手架作为支架结构。
2.1 连续梁主跨支架结构钢梁柱受力分析
连续梁主跨支架系统主要由条形基础、钢管支墩、工字钢、预制混凝土块、橡胶垫和方木等构成。条形基础为C30钢筋混凝土，厚度为0.5 m，顺桥向宽度为1 m，横桥向宽度为12.3 m。其上采用
600钢管桩做支墩，顺桥向 6排，间距为(6.17+6+3.65+6+ 6.225)m;横桥向每排6根，间距为(2.2+2+2+2+ 2.2)m，钢管桩支墩间采用［14a槽钢做剪刀撑。钢管桩支墩上依次安装3 I 32b工字钢+2 cm厚橡胶垫+ 15 cm×15 cm C30混凝土块+2 cm厚橡胶垫+3 I 32b工字钢+I 32b工字钢纵梁+I 10型工字钢分配梁+ 10 cm×10 cm方木，最后为1.5 cm竹胶板，侧模和内模均采用定做的成型模板［1］。无锡东特大桥跨旺庄路连续梁主跨支架结构梁柱断面如图1所示。
图1 主跨支架结构梁柱断面示意图(mm)
2.2 A域内次钢梁承载力计算
A域宽度0.84 m，如图1所示，次钢梁按三跨连续梁计算。次梁选择I 10工字钢，间距0.60 m，其截面特性为:惯性距Ix=245 cm4，Iy=33 cm4，转动惯量Wx=49 cm3，Wy=9.7 cm3［2］。
2.2.1 荷载计算
(1)钢筋混凝土梁体自重:
此区域面积为1.298 m2，取A区域混凝土有效高度为:1.298/0.84=1.55 m
q11=26.5×0.60×1.55=24.65 kN/m
(2)模板自重线荷载:
q12=0.35×0.60=0.21 kN/m
(3)I 10工字钢自重线荷载:q13=11.2×0.01=0.112 kN/m
(4)活荷载为施工荷载标准值与灌注混凝土时产生的荷载:
Q2=(1.00+2.00)×0.60=1.8 kN/m
按照三跨连续梁计算，跨度为0.27 m，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式为:
均布荷载q=1.2×(24.65+0.21+0.112)+1.4× 1.8=32.13 kN/m;
最大弯矩M=0.1ql2=0.1×32.13×0.272= 0.234 kN·m;
最大剪力Q=0.6ql=0.6×32.13×0.27= 5.21 kN;
最大支座力N=1.1ql=1.1×32.13×0.27= 9.54 kN。
2.2.2 抗弯强度计算
钢材的抗弯强度需要满足下式要求［3］:
式中:γx——截面塑性发展系数，取1.05;
［f］——钢材抗弯设计值(MPa)，［f］=205 MPa。
经过计算得到抗弯强度:
σ=0.234×106/(1.05×49 000)=4.55 MPa;
次梁工字钢的抗弯强度计算σ＜［f］，满足要求。
2.2.3 挠度计算［4］
取I 10工字钢弹性模量E=2.1×108(kN/m2)，q=30.81 kN/m，l=0.27 m;
fmax=5×30.815×0.274/384×2.1×108×245× 10－8=0.004mm。
2.3 A域内主钢梁承载力计算
主钢梁按简支梁计算。跨度按每孔跨度每边加500mm考虑，取主钢梁的跨度为6 m。主梁选择I 32b工字钢，其截面特性为:
惯性矩Ix=11 620 cm4;Iy=502 cm4;
转动惯量Wx=726 cm3;Wy=76 cm3。
2.3.1 荷载计算
32b工字钢的自重线荷载:
q13=57.7×0.01=0.557 kN/m;
按照简支梁计算，跨度为6 m，均布荷载q1=1.2× 0.557=0.67 kN/m;
每隔600mm的集中荷载P=9.15 kN;
换算为均布荷载q2=9.15/0.6=15.25 kN/m;
最大弯矩M=0.125ql2=0.125×(15.25+0.67)× 6×6=71.64 m2;
最大支座力N=(15.25+0.67)×6/2=47.76 kN。
2.3.2 抗弯强度计算［3］
式中:γx——截面塑性发展系数，取1.05;［f］——钢材抗压强度设计值，［f］=205 MPa，经过计算得到强度:
次梁工字钢的抗弯强度计算σ＜［f］，满足要求。
2.3.3 挠度计算［4］
取I 10工字钢弹性模量E=2.1×108kN/m2，q=15.92 kN/m，l=6 m;
2.3.4 钢管柱稳定性计算
钢管柱上混凝土块及工字钢的自重荷载为:
其中，N为立杆的轴心压力设计值，N=47.76×2+ 2.30+1.168×5.43=104.16 kN。
压杆临界力的计算公式为［5］:
式中:E——钢管柱的弹性模量，(N/m2)，E=2×1011;I——钢管柱的截面惯性矩，(m4)，I=6.52× 10－4;
l0——钢管柱的计算长度，(m)，l0=0.7×5.432= 3.80。
式中，每米立杆结构自重标准值取1.168 kN/m，立杆搭设高度取5.432 m。
N＜Pij，满足要求。
3.1 墩柱间脚手架计算
本方案模板支架搭设高度为6 m，墩柱(底板下方)间脚手架布置间距为300mm×300mm，立杆步距为600mm，脚手架规格:48×3.5mm，如图2所示。
脚手架布置如图3所示。
3.1.1 荷载计算
(1)钢筋混凝土桥梁自重:
q11=26.5×0.30×2.53=20.11 kN/m
(2)模板自重线荷载:
q12=0.35×0.30=0.105 kN/m
(3)活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载:
图2 楼板支撑架立杆稳定性荷载计算单元
图3 脚手架布置简图(mm)
Q2=(1.00+2.00)×0.30=0.90 N/m
按照三跨连续梁计算，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式为:
均布荷载q=1.2×(20.11+0.105)+1.4×0.90= 25.52 kN/m;
最大弯矩M=0.1ql2=0.1×25.52×0.62= 0.92 kN·m;
最大剪力Q=0.6ql=0.6×25.52×0.6= 9.19 kN;
最大支座力N=1.1ql=1.1×25.52×0.6= 16.84 kN。
3.1.2 底板下方立杆的稳定性计算公式
式中:N——立杆的轴心压力设计值，N=15.95+ 0.125×10=17.2 kN;
——轴心受压立杆的稳定系数;
A——立杆净截面面积，(cm2)，A=4.89;
σ——钢管立杆抗压强度计算值，(MPa);
［f］——钢管立杆抗压强度设计值，(MPa)，［f］= 205.00 MPa。
式中，每米立杆结构自重标准值取0.125 kN/m，立杆搭设高度取10 m。
如果完全参照《扣件式规范》不考虑高支撑架，由公式(7)［6］或(8)计算:
式中:k1——计算长度附加系数，查表取值为1.185;
u——计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3，u=1.75;
a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a=0.30 m。
按式(7)的计算结果:
立杆计算长度l0=k1uh=1.185×1.75×0.9= 1.866 m;
长细比l0/i=1 866/15.800=118.101。
i为计算立杆的截面回转半径，(cm)，i=1.58。
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.464;
钢管立杆受压应力计算值 σ=17.2×1 000/ 0.464/489=75.81 MPa;
底板下方立杆的稳定性计算σ＜［f］，满足要求。
按式(8)的计算结果:
长细比l0/i=1 500/15.800=94.937。
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.626;
钢管立杆受压应力计算值σ=56.19 MPa;
底板下方立杆的稳定性计算σ＜［f］，满足要求。
如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由公式(9)［6］计算:
式中:k2——计算长度附加系数，查表取值为1.042;
按式(9)的计算结果:
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.470;
底板下方钢管立杆受压应力计算值 σ = 74.84 MPa;
立杆的稳定性计算σ＜［f］，满足要求。
模板承重架应尽量利用剪力墙或柱作为连接连墙件，否则存在安全隐患。
3.2 腹板下方区域脚手架计算
腹板下方脚手架布置间距为600mm×600mm，立杆步距为600mm，脚手架规格:48×3.5mm。
3.2.1 荷载计算
(1)钢筋混凝土梁体自重:
q11=26.5×0.60×1.52=24.17 kN/m
(2)模板自重线荷载:
q12=0.35×0.60=0.21 kN/m
(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载:
q2=(1.00+2.00)×0.30=0.90 kN/m
按照三跨连续梁计算，最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:
均布荷载q=1.2×(24.17+0.21)+1.4×0.90= 30.52 kN/m;
最大弯矩M=0.1ql2=0.1×30.52×0.62= 1.1 kN·m;
最大剪力Q=0.6ql=0.6×30.52×0.6= 10.98 kN;
最大支座力N=1.1ql=1.1×30.52×0.6 = 20.14 kN。
3.2.2 腹板下方区域立杆的稳定性计算公式
式中:N——立杆的轴心压力设计值，N=20.14+ 0.125×15.76=22.11 kN。
其中，每米立杆结构自重标准值取0.125 kN/m，立杆搭设高度取15.76 m。
——轴心受压立杆的稳定系数，由长细比l0/i查表得到;
A——立杆净截面面积，(cm2)，A=4.89;
σ——钢管立杆抗压强度计算值，(MPa);
［f］——钢管立杆抗压强度设计值，［f］= 205 MPa。
如果完全参照《扣件式规范》，不考虑高支撑架，由式(11)［6］或式(12)计算:
式中:l0——计算长度，(m);
k1——计算长度附加系数，查表取值为1.185;
u——计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3，u=1.75;
a——立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度，a=0.30 m。
按式(11)的计算结果:
立杆计算长度l0=k1uh=1.185×1.75×0.9= 1.866 m;
长细比l0/i=1 866/15.800=118.101。
i为计算立杆的截面回转半径，(cm)，i=1.58;
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.464;
钢管立杆受压应力计算值 σ=21.02×1 000/ 0.464/489=92.64 MPa;
腹板下方区域立杆的稳定性计算 σ＜［f］，满足要求。
按式(12)的计算结果:
长细比l0/i=1 500/15.800=94.937。
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.626;
钢管立杆受压应力计算值σ=68.67 MPa;
腹板下方区域立杆的稳定性计算 σ＜［f］，满足要求。
如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由式(13)［6］计算:
式中:k2——计算长度附加系数，查表取值为1.042。
按式(13)的计算结果:
l0=1.185×1.042×(0.9+2×0.3)=1.852 m;
长细比l0/i=1 852/15.8=117.215。
由长细比l0/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.470。
钢管立杆受压应力计算值σ=91.46 MPa;
腹板下方区域立杆的稳定性计算σ＜［f］，满足要求。
4.1 连续梁主跨地段地基处理及计算
连续梁主跨下面为城市市政道路，原市政道路基础采用搅拌桩加固，路面为混凝土路面，故主跨部分只需在原有混凝土路面的基础上再修筑厚度为0.5 m、顺桥向宽度为1 m、横桥向宽度为12.3 m的C30钢筋混凝土条形基础(f=30 MPa注:因为条形基础建立在原有市政道路上，故将原有道路作为地基承载力参照基面)即可。
C50钢筋混凝土容重取26.5 kN/m3，连续梁主跨混凝土工程量为705 m3，共计36根钢管立柱，则单根钢管立柱承受的压力为705×26.5÷36=518.96 kN。
施工荷载按1.2倍的系数考虑，安全系数按1.3倍考虑，则每根钢管受正向压力为:N=518.96×1.3× 1.2=809.58 kN＜Pij=8 903.7 kN，符合要求。
则钢筋混凝土条形基础的承载力验算为:
钢管立柱下的钢垫板面积Ad=0.6×0.6= 0.36 m2;
N/Ad=809.58 kN/0.36 m2=2.25 MPa＜f= 30 MPa。
故连续梁主跨地基承载力满足要求。
4.2 连续梁边跨地段地基处理及计算
连续梁边跨处的地质构成较好，只需将地表土清除后用22 t压路机进行碾压，压实后填筑50 cm厚的AB组填料碾压密实，碾压找平后浇注20 cm厚C20混凝土面层，要求地基承载力不得低于200 kPa。表面设1%排水坡，四周挖好排水沟及汲水井，防止基底被水浸泡。
C50钢筋混凝土容重取26.5 kN/m3，箱梁底总面积为 240.697 m2，连续梁边跨混凝土工程量为490 m3，则每平方米的荷载为490×26.5÷240.697= 53.95 kN/m2。
考虑施工荷载及振捣荷载为3 kN/m2，考虑混凝土泵车的冲击荷载为3 kN/m2，加上施工荷载按1.2倍的系数考虑，则每平方米的重量为(53.95+3+3)× 1.2=71.94 kN/m2。支架采用多功能碗扣式支架，沿桥纵向步距30 cm，横向步距30 cm，每根立杆受正向压力为:71.94×0.3×0.3=6.47 kN，安全系数按1.3倍考虑，则每根立杆受正向压力为:6.47×1.3= 8.41 kN，小于碗扣式支架立杆允许承载力40.8 kN，符合要求。
地基承载力验算:
立杆承压面积Ad=0.3×0.3=0.09 m2;
则N/Ad=8.41/0.09=93.44 kPa＜200 kPa。
故碗扣式脚手架的地基承载力满足要求。
支架法现浇梁体混凝土宜一次连续完成，设计要求分段现浇时，分段长度、位置以及分段浇筑、张拉顺序应符合设计要求［7］。在施工过程中除了要遵守JGJ 130－2001《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中的相关要求外，还要考虑模板支架的构造要求、立杆步距设计、整体性构造层设计、剪刀撑设计、顶部支撑点设计、支撑架搭设的要求、施工使用的要求等。
本文结合沪宁城际高速铁路的施工实例，阐述了现浇连续梁支架结构在施工中的应用，与悬臂浇筑等施工方法相比较，有效地缩短了施工工期，保证了箱梁的运输及架设，最大限度地减少了施工过程对交通通行的干扰。
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Stress Analysis of Cast-in-situ Continuous Beam Bracket Structure
XU Qinghui
(7thEngineering Company Ltd，China Railway 19thBureau Group Co.，Ltd.，Zhuhai519000，China)
Abstract：According to the overall arrangements for the construction period of Shanghai-Nanjing intercity railway，castin-situ bracket method is adopted for 40+56+60 m continuous beam crossing Wangzhuang road in section V in front of the station，fabricated girder bracketry is adopted for the main span of the continuous beam by cast-in-situ method.The load mainly concentrates in the region A corresponding to the box beam web，so the load calculation，bending strength and deflection calculation of the main steel girders and secondary beams within region A and stability calculation of steel pipe columns are performed.Bowl-scaffold is selected as the supporting structure for the side span of continuous beam supported by，the load calculation and stability calculation of the vertical pole are performed based on scaffolds between piers and webs;the impact of cast-in-situ continuous beam support structure system on the foundation is presented from the main span and side span and corresponding measures have been taken to the foundation by computational analysis.Combined with the practical construction of Shanghai-Nanjing intercity high-speed railway，this paper sets forth the stress analysis of bracket structure of cast-in-situ continuous beam.
Key words：cast-in-situ continuous beam;bracket structure;stress analysis
中图分类号：U445.47+1
文献标志码：:A
文章编号：1674—8247(2015)02—0029—05
收稿日期：2014-12-16
作者简介：徐庆辉(1981-)，男，工程师。