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摘要：下承式钢筋砼系杆拱桥作为一种结构复杂而构造新颖的桥型，近年来在工程界范围内被广泛采用。尤其适用于受地形条件限制，跨江河跨线且对景观方面有要求的桥梁。作为一种半柔性的桥型结构，成桥后承受各类荷载冲击，对结构施工质量和外观线形要求很高。本桥采用高支撑架、模板组合体系施工，拱顶距离支架基础顶部高达20米以上，存着较高的施工安全隐患。支架布置形式是否合理，受力安全和抗倾覆计算这一环节显得尤为重要；现针对支架体系，浅析和探讨计算支架受力详细的计算过程。
关键词：系杆拱桥；高支撑架；安全隐患；支架受力
中图分类号： S605 文献标识码： A
一、工程概况
本桥上跨南水北调通水主渠道，属于上跨渠道改路的连接线工程，连接线起迄桩号：K1+860.20～K2+139.8，桥梁全长279.6m。桥梁纵断面跨中部分位于前坡度i1=-2.8%,后坡度2.8%；曲线半径R=1000m，切线长度：T=28，竖距：E=0.392的凸形曲线上，其余部分在平直线段上渐变。本桥跨径采用5×20+74.6+5×20m的组合形式，共3联；桥面总宽8.0m,行车道净宽6.0m，两侧各设1m护栏加+人行道，桥面设置为1.5%双向横坡。
二、结构布置
图2-1本桥主跨系杆拱桥支架横断面布置示意图（一）
图2-2本桥主跨系杆拱桥支架横断面布置示意图（二）
系杆支架和拱肋支架均采用碗扣式满堂支架方案。拱肋模板采用18mm厚的光面竹胶板，底部设置10×10cm的横向方木；横向方木底部设置10×15cm的纵向方木，接碗扣架可调顶托。系杆模板采用18mm厚的光面竹胶板，下设10×15cm横向方木，方木下为Ⅰ10纵向工字钢，接碗扣架可调顶托。
碗扣钢管纵向间距60cm，横向间距30和60cm两种，拱肋以下支架的步距为1.2m，系杆以下的支架步距为0.6m。碗扣支架顶部设可调顶托，底部设可调底座。拱肋底部支架按照最大高度12.7m进行计算，结合本桥的施工现状；系杆底部支架高度为6m，按照此高度对系杆底部支架进行计算。
三、材料特性
本设计使用的主要材料几何特性见表4-1。
表4-1 主要材料几何特性表
其中: γ竹胶板=9.0KN/m3；[f]=11.45Mpa；E=6.0×103Mpa（优质品）。
表4-2 主要材料的物理力学特性
横纹4.5 ----
四、荷载分析
作用于拱肋及系杆支架上的荷载包括恒载和活载两类，计有混凝土自重，施工荷载及风荷载三项。
（1）恒载计算
混凝土容重按26KN/m3计。
拱肋恒载 qg1=1.2×1.2×1.6×26=59.9KN/m
拱肋恒载 qg1’=1.2×1.2×1.5×26=56.2KN/m
风撑截面积0.58 m2，风撑混凝土恒载：qg2=1.2×0.58×26=18.1KN/m
（2）活载
1）施工人员及设备荷载。
依据《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》4.2.2款有关规定，取为3.0。
2）浇注和振捣荷载。
参照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》有关规定，取为2.0。
3）风荷载。
满堂支架风荷载按《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》4.3.1款进行计算：
按最不利原则，横距Lx=600mm，纵距Ly=600mm，步距h=1200mm进行计算：
其中：
—阵风系数，参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得；
—风压高度变化系数，参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得=0.74；
—风荷载体型系数，查《建筑结构荷载规范》表7.3.1得：=0.8；
w0—基本风压，查《建筑结构荷载规范》附表D.4w0=0.3KN/m2
即：
拱肋高1.6m，偏于安全地按模板的高度2.1m计算，则施加于拱肋上的横向风力为：。
4）其它活载。
包括施工活载及局部堆载，按2.5考虑。
（3）荷载的分项系数
计算支架构件强度时的荷载设计值，取其标准值乘以下列相应的分项系数：
1、永久荷载分项系数，取1.2；计算结构倾覆时，取0.9；
2、可变荷载的分项系数，取1.4；
3、计算构件变形（挠度）时的荷载设计值，各类荷载分项系数均取1.0。
（4）荷载效应组合
1、永久荷载+可变荷载
2、永久荷载+0.9（可变荷载+风荷载）
五、结构计算
单肢立杆轴向力计算按《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》5.6.2款进行计算：
a）最不利单根钢管（Lx=300mm，Ly=600mm）：
支架结构自重：
按最不利原则，新浇钢筋混凝土作用荷载：
模板系作用荷载：
施工人员及设备荷载：
浇注和振捣荷载：
风荷载（模板）：
风荷载（立杆）：
其它荷载：
不组合风荷载时单肢立杆轴向力：
组合风荷载时单肢立桿轴向力：
单肢立杆轴向力应符合：
式中，轴心受压杆件稳定系数，按长细比查规范附录E采用；其中，计算长度为，；查表可知该系数取为0.7184。
横截面积，考虑材料折减，壁厚按3mm计，面积为424mm²。
Q235A钢材拉、压、弯强度设计值，取为215。
根据上述分析可知：
NE=π2EA/λ2=3.142×210×1000×424.1/37.52/1000=624KN
计算可得：立杆稳定性安全。
六、支架基础计算
单根立杆承受的最大竖向荷载24.89KN。
一般地段将原地面整平并采用重型压路机碾压密实(压实度≥90%)，达到要求后，换填150cm碎石，碾压使压实度达到94％以上，面层浇筑20cm厚C20砼，要求处理后的地基承载力达到[fk]=160KPa。
立杆地基承载力验算：
式中： N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值；
Ad——为立杆底座面积Ad=15cm×15cm=225cm2；
按照最不利荷载考虑，立杆底托下砼基础承载力：
N/Ad=24.89/0.0225=1106.2KPa<[fcd]=5800KPa，底托下砼基础承载力满足要求。
底托坐落在20cmC20砼层上，按照力传递面积计算：
混凝土基础调整系数K为1.0
按照最不利荷载考虑：
N/A=24.89KN/0.3025m2=82.28KPa 故经过地基处理后，地基承载力满足要求。
七、支架变形计算
变形计算时，各荷载分项系数均取1.0。
（1）拱肋下的支架变形
拱肋恒载qg1=1.2×1.6×26=49.92KN/m，拱肋长度约79.1m，有支架范围内水平投影长度约72m。施工荷载共计5.75 KN/m2。拱肋与系杆间的支架承受荷载
G=49.92×79.1+4.75×1.2×72=4359KN
根据计算，每根拱肋与系杆间的的碗扣钢管横向5排，每排110根，即一根拱肋下承受拱肋荷载的钢管共计550根，则拱肋下的单根钢管的最大变形为
&=NL/EA=4359×1000×12700/550×210×1000×424.1=1.13mm
（2）系杆下的支架变形
系杆恒载qg2=1.2×1.5×26=46.8KN/m，支架上的系杆长度约72m，
系杆以上荷载共计
G=49.92×79.1+46.8×72+5.75×1.2×72=7815KN
系杆下的单根钢管的变形为
&=NL/EA=7815×1000×6000/580×210×1000×424.1=0.9mm
（3）风撑下的支架变形
风撑截面积0.58 m2，故风撑混凝土恒载为：
G=0.58×26×8+5.75×0.58×8=147.3KN
每根风撑下纵向2排钢管，横向14根，共28根，风撑下的单根钢管的最大变形为
&=NL/EA=147.3×1000×12700/28×210×1000×424.1=0.75mm
（4）上有风撑的中横梁下的支架变形
中横梁截面积0.88，qghl=0.88×26=22.88KN/m。中横梁以上荷载为
G=0.58×8×26+22.88×8+5.75×1.2×8=358.8KN
中横梁下的钢管变形为：
&=NL/EA=358.8×1000×6000/28×210×1000×424.1=0.86mm
（5）上无风撑的中横梁下的支架变形
此时，中横梁上的总荷载为：
G=22.88×8+5.75×1.2×8=238KN
上无风撑的中横梁下的每根钢管的变形为
&=NL/EA=238×1000×6000/28×210×1000×424.1=0.57mm
拱肋下的碗扣钢管产生的变形最大，其值为1.13mm。
八、计算结论
经对本桥主跨系杆拱桥满堂支架施工安全计算书的计算，得出以下结论：
1、立杆的强度及稳定性检算符合规范要求；
2、碗扣支架上的支撑件检算符合规范要求；
3、立杆底座验算及地基承载力检算符合規范要求；
4、支架变形检算符合规范要求。
九、结束语
在施工过程中，支架体系自始至终都没有出现任何的质量问题和安全隐患，这也为以后的高支撑架体系施工积累了宝贵的经验。对于大跨径模板高支撑架施工体系，除了必要的结构计算外，对于体系抗倾覆更是不能忽略，严格按照制定的技术交底和相关安全措施的要求控制施工，确保施工质量达标，无安全隐患。
参考文献：
[1] GB 50009-2012-《建筑结构荷载规范》主编单位：中国工程行业化标准协会；
[2] GB 50010-2010-《混凝土结构设计规范》发布单位：中华人民共和国住房和城乡建设部；
[3] JTJ 166-2008-《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》发布单位：中华人民共和国住建部；
[4]《建筑结构静力计算实用手册》 出版社：中国建筑工业出版社
关键词：系杆拱桥；高支撑架；安全隐患；支架受力
中图分类号： S605 文献标识码： A
一、工程概况
本桥上跨南水北调通水主渠道，属于上跨渠道改路的连接线工程，连接线起迄桩号：K1+860.20～K2+139.8，桥梁全长279.6m。桥梁纵断面跨中部分位于前坡度i1=-2.8%,后坡度2.8%；曲线半径R=1000m，切线长度：T=28，竖距：E=0.392的凸形曲线上，其余部分在平直线段上渐变。本桥跨径采用5×20+74.6+5×20m的组合形式，共3联；桥面总宽8.0m,行车道净宽6.0m，两侧各设1m护栏加+人行道，桥面设置为1.5%双向横坡。
二、结构布置
图2-1本桥主跨系杆拱桥支架横断面布置示意图（一）
图2-2本桥主跨系杆拱桥支架横断面布置示意图（二）
系杆支架和拱肋支架均采用碗扣式满堂支架方案。拱肋模板采用18mm厚的光面竹胶板，底部设置10×10cm的横向方木；横向方木底部设置10×15cm的纵向方木，接碗扣架可调顶托。系杆模板采用18mm厚的光面竹胶板，下设10×15cm横向方木，方木下为Ⅰ10纵向工字钢，接碗扣架可调顶托。
碗扣钢管纵向间距60cm，横向间距30和60cm两种，拱肋以下支架的步距为1.2m，系杆以下的支架步距为0.6m。碗扣支架顶部设可调顶托，底部设可调底座。拱肋底部支架按照最大高度12.7m进行计算，结合本桥的施工现状；系杆底部支架高度为6m，按照此高度对系杆底部支架进行计算。
三、材料特性
本设计使用的主要材料几何特性见表4-1。
表4-1 主要材料几何特性表
其中: γ竹胶板=9.0KN/m3；[f]=11.45Mpa；E=6.0×103Mpa（优质品）。
表4-2 主要材料的物理力学特性
横纹4.5 ----
四、荷载分析
作用于拱肋及系杆支架上的荷载包括恒载和活载两类，计有混凝土自重，施工荷载及风荷载三项。
（1）恒载计算
混凝土容重按26KN/m3计。
拱肋恒载 qg1=1.2×1.2×1.6×26=59.9KN/m
拱肋恒载 qg1’=1.2×1.2×1.5×26=56.2KN/m
风撑截面积0.58 m2，风撑混凝土恒载：qg2=1.2×0.58×26=18.1KN/m
（2）活载
1）施工人员及设备荷载。
依据《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》4.2.2款有关规定，取为3.0。
2）浇注和振捣荷载。
参照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》有关规定，取为2.0。
3）风荷载。
满堂支架风荷载按《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》4.3.1款进行计算：
按最不利原则，横距Lx=600mm，纵距Ly=600mm，步距h=1200mm进行计算：
其中：
—阵风系数，参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得；
—风压高度变化系数，参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得=0.74；
—风荷载体型系数，查《建筑结构荷载规范》表7.3.1得：=0.8；
w0—基本风压，查《建筑结构荷载规范》附表D.4w0=0.3KN/m2
即：
拱肋高1.6m，偏于安全地按模板的高度2.1m计算，则施加于拱肋上的横向风力为：。
4）其它活载。
包括施工活载及局部堆载，按2.5考虑。
（3）荷载的分项系数
计算支架构件强度时的荷载设计值，取其标准值乘以下列相应的分项系数：
1、永久荷载分项系数，取1.2；计算结构倾覆时，取0.9；
2、可变荷载的分项系数，取1.4；
3、计算构件变形（挠度）时的荷载设计值，各类荷载分项系数均取1.0。
（4）荷载效应组合
1、永久荷载+可变荷载
2、永久荷载+0.9（可变荷载+风荷载）
五、结构计算
单肢立杆轴向力计算按《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》5.6.2款进行计算：
a）最不利单根钢管（Lx=300mm，Ly=600mm）：
支架结构自重：
按最不利原则，新浇钢筋混凝土作用荷载：
模板系作用荷载：
施工人员及设备荷载：
浇注和振捣荷载：
风荷载（模板）：
风荷载（立杆）：
其它荷载：
不组合风荷载时单肢立杆轴向力：
组合风荷载时单肢立桿轴向力：
单肢立杆轴向力应符合：
式中，轴心受压杆件稳定系数，按长细比查规范附录E采用；其中，计算长度为，；查表可知该系数取为0.7184。
横截面积，考虑材料折减，壁厚按3mm计，面积为424mm²。
Q235A钢材拉、压、弯强度设计值，取为215。
根据上述分析可知：
NE=π2EA/λ2=3.142×210×1000×424.1/37.52/1000=624KN
计算可得：立杆稳定性安全。
六、支架基础计算
单根立杆承受的最大竖向荷载24.89KN。
一般地段将原地面整平并采用重型压路机碾压密实(压实度≥90%)，达到要求后，换填150cm碎石，碾压使压实度达到94％以上，面层浇筑20cm厚C20砼，要求处理后的地基承载力达到[fk]=160KPa。
立杆地基承载力验算：
式中： N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值；
Ad——为立杆底座面积Ad=15cm×15cm=225cm2；
按照最不利荷载考虑，立杆底托下砼基础承载力：
N/Ad=24.89/0.0225=1106.2KPa<[fcd]=5800KPa，底托下砼基础承载力满足要求。
底托坐落在20cmC20砼层上，按照力传递面积计算：
混凝土基础调整系数K为1.0
按照最不利荷载考虑：
N/A=24.89KN/0.3025m2=82.28KPa
七、支架变形计算
变形计算时，各荷载分项系数均取1.0。
（1）拱肋下的支架变形
拱肋恒载qg1=1.2×1.6×26=49.92KN/m，拱肋长度约79.1m，有支架范围内水平投影长度约72m。施工荷载共计5.75 KN/m2。拱肋与系杆间的支架承受荷载
G=49.92×79.1+4.75×1.2×72=4359KN
根据计算，每根拱肋与系杆间的的碗扣钢管横向5排，每排110根，即一根拱肋下承受拱肋荷载的钢管共计550根，则拱肋下的单根钢管的最大变形为
&=NL/EA=4359×1000×12700/550×210×1000×424.1=1.13mm
（2）系杆下的支架变形
系杆恒载qg2=1.2×1.5×26=46.8KN/m，支架上的系杆长度约72m，
系杆以上荷载共计
G=49.92×79.1+46.8×72+5.75×1.2×72=7815KN
系杆下的单根钢管的变形为
&=NL/EA=7815×1000×6000/580×210×1000×424.1=0.9mm
（3）风撑下的支架变形
风撑截面积0.58 m2，故风撑混凝土恒载为：
G=0.58×26×8+5.75×0.58×8=147.3KN
每根风撑下纵向2排钢管，横向14根，共28根，风撑下的单根钢管的最大变形为
&=NL/EA=147.3×1000×12700/28×210×1000×424.1=0.75mm
（4）上有风撑的中横梁下的支架变形
中横梁截面积0.88，qghl=0.88×26=22.88KN/m。中横梁以上荷载为
G=0.58×8×26+22.88×8+5.75×1.2×8=358.8KN
中横梁下的钢管变形为：
&=NL/EA=358.8×1000×6000/28×210×1000×424.1=0.86mm
（5）上无风撑的中横梁下的支架变形
此时，中横梁上的总荷载为：
G=22.88×8+5.75×1.2×8=238KN
上无风撑的中横梁下的每根钢管的变形为
&=NL/EA=238×1000×6000/28×210×1000×424.1=0.57mm
拱肋下的碗扣钢管产生的变形最大，其值为1.13mm。
八、计算结论
经对本桥主跨系杆拱桥满堂支架施工安全计算书的计算，得出以下结论：
1、立杆的强度及稳定性检算符合规范要求；
2、碗扣支架上的支撑件检算符合规范要求；
3、立杆底座验算及地基承载力检算符合規范要求；
4、支架变形检算符合规范要求。
九、结束语
在施工过程中，支架体系自始至终都没有出现任何的质量问题和安全隐患，这也为以后的高支撑架体系施工积累了宝贵的经验。对于大跨径模板高支撑架施工体系，除了必要的结构计算外，对于体系抗倾覆更是不能忽略，严格按照制定的技术交底和相关安全措施的要求控制施工，确保施工质量达标，无安全隐患。
参考文献：
[1] GB 50009-2012-《建筑结构荷载规范》主编单位：中国工程行业化标准协会；
[2] GB 50010-2010-《混凝土结构设计规范》发布单位：中华人民共和国住房和城乡建设部；
[3] JTJ 166-2008-《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》发布单位：中华人民共和国住建部；
[4]《建筑结构静力计算实用手册》 出版社：中国建筑工业出版社