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摘要:支架是桥梁施工中的临时结构,对梁体的制作十分重要,不仅控制梁体尺寸的精度,而且还影响到施工安全。本文结合工程实例对现浇箱梁满堂碗扣支架的设计方案、受力分析、强度及刚度的计算、加载预压的设置进行了比较详细的研究。
关键词: 桥梁；碗扣支架；设计计算
中图分类号：K928文献标识码： A
前言
目前,公路、铁路及市政道路的桥梁设计中,出于方便施工组织、节约建设成本、增加美观及结构整体性能等因素的考虑,其上部构造常常采用现浇箱梁结构设计。通常情况下,设计资料仅要求现浇箱梁采取满堂支架进行施工,没有进行详细的满堂支架设计及验算。因此,满堂支架现浇箱梁的碗扣支架设计需要在施工前进行详细的设计与计算，指导施工，保证安全。然而令人痛惜的是, 近年来桥梁施工中频频发生脚手架因失稳而坍塌的安全事故, 给人民群众的生命和财产造成了巨大的损失。因此，采用碗扣式脚手架满堂支架施工前一定要重视碗扣支架的设计计算，对其各部位进行详细准确的分析。本文结合工程实例对现浇箱梁满堂碗扣支架的设计方案、受力分析、强度及刚度的计算、加载预压的设置进行了比较详细的研究。并经过工程实际应用，方案安全通过施工。
1 工程概况
水碾坝枢纽互通式立交BK0+152.5匝道桥跨径布置为（20+21+20+20）m预应力混凝土现浇连续梁+（4×18）m预应力混凝土现浇连续梁。根据设计图荷载情况，设计碗扣支架布置为：箱梁顺桥向和横桥向立杆间距均按照90cm布置。
2支架验算
按较不利荷载计算，（20+21+20+20）m预应力混凝土现浇连续梁跨度较大，墩高较高，验算该孔碗扣支架。本联全宽8.75m，长度81m，混凝土总量448m3，则平均混凝土厚度为448/（8.75×81）=0.632m。采用48mm×3.5mm碗扣钢管支架作为现浇连续箱梁支架，其截面积A=489mm2。立杆纵向、横向间距为0.9m。大横杆步距为1.2m。顶部大横梁横向布置，间距为0.9m；纵梁布置间距0.25m。箱梁混凝土容重按26kN/m3计，横桥向单位长度内钢筋混凝土自重q1=0.632×25=15.8 kN/m2；倾倒混凝土产生的荷载q2=2kN/m2；振捣混凝土产生的荷载q3=2kN/m2；施工机具人员荷载q4=2.5kN/m2；箱梁芯模荷载q5=0.75kN/m2；竹胶板荷载q6=0.1kN/m2；方木荷载q7=7.5kN/m2。
2.1 竹胶板底模强度计算
箱梁底模采用高强度竹胶板，板厚h=15mm，竹胶板背肋间距为250mm，因此箱梁底模计算跨径l1=250mm，验算其强度采用宽b=250mm的平面竹胶板。弹性模量E=6×103N/mm2；截面底抗拒W=bh2/6= 250×152/6=9375mm3；截面惯性矩I=bh3/12= 250×153/12=7.03×104mm4；截面积A=bh=250×15=3.75×103mm2；竹胶板的极限抗压强度[σ]=50MPa；作用在底模上的均布荷载q= （q1+ q2+ q3+ q4+ q5）×0.25=（15.8+2+2+2.5+0.75）×0.25=5.76 kN/m。
由此可计算：
弯曲强度
σ=ql12/8W=4.8MPa<[σ]=50MPa；
挠度f=0.667×ql14/100EI=0.356<[f]=L/400
=0.63mm。
2.2 纵梁（60×100小方木）受力计算
钢管立柱的横向间距和纵向间距均为900mm，因此纵梁的计算跨径l2=900mm，顺桥向作用在纵梁上的均布荷载q= （q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6）×0.25=（15.8+2+2+2.5+0.75+0.1）×0.25=5.79 kN/m。
纵梁（松木）的截面尺寸为：宽度b=60mm，高度h=100mm。它的力学特征值为：弹性模量E=9×103N/mm2；截面底抗拒W=bh2/6= 60×1002/6=1×105mm3；截面惯性矩I=bh3/12= 60×1003/12=5×106mm4；截面积A=bh=60×100=6000mm2；木材的极限抗压强度[σ]=8MPa；容许挠度[f]=3mm。
由此可计算：
σ=ql22/8W=5.86MPa<[σ]=8MPa；
抗弯刚度f=5 ql24/384EI=1.12mm<[f]=3mm。
2.3 横梁（140×140大方木）受力计算
立杆横向间距为900mm，因此大横梁的计算跨径l3=900mm，每根纵梁施加在横梁上的均布荷载q=0.06×0.1×0.9×7.5=0.04 kN； 由纵梁传递的集中力F=5.79×0.9+0.04=5.251 kN；最大弯矩Mmax=0.267F l3=0.267×5.25×0.9=1.26 kN/m。
横梁（大方木）截面尺寸为宽度b=140mm，高度h=140mm，它的力学特征值为：弹性模量E=9×103N/mm2；截面底抗拒W=bh2/6= 4.57×105mm3；截面惯性矩I=bh3/12=3.2×107mm4；木材的极限抗压强度[σ]=8MPa；容許挠度[f]=3mm。
由上可计算：
弯曲强度σ=Mmax/W=.76MPa<[σ]=8MPa；
挠度f=1.883 ql34/100EI=0.0003 mm<[f]=3mm,故横梁满足要求。
2.4 立杆受力计算
2.4.1 立杆承重计算
支架立杆的设计承重为30 kN/根。
每根立杆承受的钢筋混凝土和模板重量：（15.8+6.5+0.75+0.1）×0.9×0.9=18.75KN；纵梁施加在每根立杆的重量:0.06×0.1×0.9×7.5×4=0.16KN；横梁施加在每根立杆的重量：0.14×0.14×0.9×7.5=0.13KN；支架自重：立杆单位重为0.06KN/m，横杆单位重为0.04KN/m，每根立杆的支架自重为0.06×12+0.9×4×4×0.04=0.83KN；每根立杆总承重为N=18.75+0.16+0.13+0.83=19.85KN<30KN，故立杆承重满足要求。
2.4.12 支架稳定性计算
根据长细比λ=1200/15.78=76，查得φ=0.676。由此竖向最大承载力[N]= φA[σ]=71KN。每根立杆总承重N=19.85<[N]=71KN，所以立杆满足要求。
通过以上计算确定：施工中碗扣支架布设为立杆纵向间距及横向间距均为0.9m，满足施工要求。
2.5 地基承载力计算
支架搭设在15cm×20cm枕木上，枕木顺桥向布设，两端各超出桥面1.5m，横桥向没0.9m布置一道。每根立杆总承重为：19.85KN，则单位面积内承重为19.85/（0.9×0.9）=24.5KN/m2，单位面积内枕木自重为（0.15×0.2×1/0.9）×7.5=0.25 KN/m2，则地基承载力：σ=（24.5+0.25）×103/（200×1000/0.9）=137kPa，因此，考虑一定富裕建议地基承载力应在200 kPa以上。
3 支架的预压
为了检查支架的承载力，减少和消除支架的非弹性变形及地基的沉降量，在箱梁底模完成后应对支撑体系进行预压。预压重按箱梁重的120%计，加载材料采用砂袋，起重机配合人工进行上载。
预压时加载位置应按梁体实际自重分配进行模拟。预压时间不少于5d，并持续观测，每个断面等距离布置5个点，纵向每5m一个断面，没4h观测一次，观测的方法采用水准测量，加载前的标高为H前，加载后的标高为H后，卸载后标高为H终，预压观测连续三天沉降量≤3mm，即为预压完毕，最户根据观测结果绘制出沉降曲线，计算支架沉降量。根据测量结果计算支架的弹性变形和非弹性变形，以控制箱梁底模标高，保证梁体预拱度和线形。
4 结语
（1）碗扣式脚手架满堂支架竖向力传递过程：箱梁钢筋混凝土和内模系统的自重及施工临时荷(活载)通过底模传递到横梁上，横梁以集中荷载再传递给纵梁，纵梁以支座反力传递到每根立杆，立杆通过底托及方木传递至钢筋混凝土基础、地基。因此检算时应分别对支架的底模、横梁、纵梁、立杆、地基承载力进行检算。
（2）通过计算确定，本桥施工中端截面碗扣支架布设为立杆纵向间距及为0.9m，横向间距0.6m，满足施工要求。
（3）经过实际工程检验，支架结构顺利通过施工，文中计算理论及方法安全可靠。
参考文献：
[1]张俊义.桥梁施工常用数据手册.北京：人民交通出版社，2005
[2]江正荣，朱国梁.简明计算手册.北京：中国建筑工业出版社，2005
[3]钢结构设计规范[ S] GB 500172003,
关键词: 桥梁；碗扣支架；设计计算
中图分类号：K928文献标识码： A
前言
目前,公路、铁路及市政道路的桥梁设计中,出于方便施工组织、节约建设成本、增加美观及结构整体性能等因素的考虑,其上部构造常常采用现浇箱梁结构设计。通常情况下,设计资料仅要求现浇箱梁采取满堂支架进行施工,没有进行详细的满堂支架设计及验算。因此,满堂支架现浇箱梁的碗扣支架设计需要在施工前进行详细的设计与计算，指导施工，保证安全。然而令人痛惜的是, 近年来桥梁施工中频频发生脚手架因失稳而坍塌的安全事故, 给人民群众的生命和财产造成了巨大的损失。因此，采用碗扣式脚手架满堂支架施工前一定要重视碗扣支架的设计计算，对其各部位进行详细准确的分析。本文结合工程实例对现浇箱梁满堂碗扣支架的设计方案、受力分析、强度及刚度的计算、加载预压的设置进行了比较详细的研究。并经过工程实际应用，方案安全通过施工。
1 工程概况
水碾坝枢纽互通式立交BK0+152.5匝道桥跨径布置为（20+21+20+20）m预应力混凝土现浇连续梁+（4×18）m预应力混凝土现浇连续梁。根据设计图荷载情况，设计碗扣支架布置为：箱梁顺桥向和横桥向立杆间距均按照90cm布置。
2支架验算
按较不利荷载计算，（20+21+20+20）m预应力混凝土现浇连续梁跨度较大，墩高较高，验算该孔碗扣支架。本联全宽8.75m，长度81m，混凝土总量448m3，则平均混凝土厚度为448/（8.75×81）=0.632m。采用48mm×3.5mm碗扣钢管支架作为现浇连续箱梁支架，其截面积A=489mm2。立杆纵向、横向间距为0.9m。大横杆步距为1.2m。顶部大横梁横向布置，间距为0.9m；纵梁布置间距0.25m。箱梁混凝土容重按26kN/m3计，横桥向单位长度内钢筋混凝土自重q1=0.632×25=15.8 kN/m2；倾倒混凝土产生的荷载q2=2kN/m2；振捣混凝土产生的荷载q3=2kN/m2；施工机具人员荷载q4=2.5kN/m2；箱梁芯模荷载q5=0.75kN/m2；竹胶板荷载q6=0.1kN/m2；方木荷载q7=7.5kN/m2。
2.1 竹胶板底模强度计算
箱梁底模采用高强度竹胶板，板厚h=15mm，竹胶板背肋间距为250mm，因此箱梁底模计算跨径l1=250mm，验算其强度采用宽b=250mm的平面竹胶板。弹性模量E=6×103N/mm2；截面底抗拒W=bh2/6= 250×152/6=9375mm3；截面惯性矩I=bh3/12= 250×153/12=7.03×104mm4；截面积A=bh=250×15=3.75×103mm2；竹胶板的极限抗压强度[σ]=50MPa；作用在底模上的均布荷载q= （q1+ q2+ q3+ q4+ q5）×0.25=（15.8+2+2+2.5+0.75）×0.25=5.76 kN/m。
由此可计算：
弯曲强度
σ=ql12/8W=4.8MPa<[σ]=50MPa；
挠度f=0.667×ql14/100EI=0.356<[f]=L/400
=0.63mm。
2.2 纵梁（60×100小方木）受力计算
钢管立柱的横向间距和纵向间距均为900mm，因此纵梁的计算跨径l2=900mm，顺桥向作用在纵梁上的均布荷载q= （q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6）×0.25=（15.8+2+2+2.5+0.75+0.1）×0.25=5.79 kN/m。
纵梁（松木）的截面尺寸为：宽度b=60mm，高度h=100mm。它的力学特征值为：弹性模量E=9×103N/mm2；截面底抗拒W=bh2/6= 60×1002/6=1×105mm3；截面惯性矩I=bh3/12= 60×1003/12=5×106mm4；截面积A=bh=60×100=6000mm2；木材的极限抗压强度[σ]=8MPa；容许挠度[f]=3mm。
由此可计算：
σ=ql22/8W=5.86MPa<[σ]=8MPa；
抗弯刚度f=5 ql24/384EI=1.12mm<[f]=3mm。
2.3 横梁（140×140大方木）受力计算
立杆横向间距为900mm，因此大横梁的计算跨径l3=900mm，每根纵梁施加在横梁上的均布荷载q=0.06×0.1×0.9×7.5=0.04 kN； 由纵梁传递的集中力F=5.79×0.9+0.04=5.251 kN；最大弯矩Mmax=0.267F l3=0.267×5.25×0.9=1.26 kN/m。
横梁（大方木）截面尺寸为宽度b=140mm，高度h=140mm，它的力学特征值为：弹性模量E=9×103N/mm2；截面底抗拒W=bh2/6= 4.57×105mm3；截面惯性矩I=bh3/12=3.2×107mm4；木材的极限抗压强度[σ]=8MPa；容許挠度[f]=3mm。
由上可计算：
弯曲强度σ=Mmax/W=.76MPa<[σ]=8MPa；
挠度f=1.883 ql34/100EI=0.0003 mm<[f]=3mm,故横梁满足要求。
2.4 立杆受力计算
2.4.1 立杆承重计算
支架立杆的设计承重为30 kN/根。
每根立杆承受的钢筋混凝土和模板重量：（15.8+6.5+0.75+0.1）×0.9×0.9=18.75KN；纵梁施加在每根立杆的重量:0.06×0.1×0.9×7.5×4=0.16KN；横梁施加在每根立杆的重量：0.14×0.14×0.9×7.5=0.13KN；支架自重：立杆单位重为0.06KN/m，横杆单位重为0.04KN/m，每根立杆的支架自重为0.06×12+0.9×4×4×0.04=0.83KN；每根立杆总承重为N=18.75+0.16+0.13+0.83=19.85KN<30KN，故立杆承重满足要求。
2.4.12 支架稳定性计算
根据长细比λ=1200/15.78=76，查得φ=0.676。由此竖向最大承载力[N]= φA[σ]=71KN。每根立杆总承重N=19.85<[N]=71KN，所以立杆满足要求。
通过以上计算确定：施工中碗扣支架布设为立杆纵向间距及横向间距均为0.9m，满足施工要求。
2.5 地基承载力计算
支架搭设在15cm×20cm枕木上，枕木顺桥向布设，两端各超出桥面1.5m，横桥向没0.9m布置一道。每根立杆总承重为：19.85KN，则单位面积内承重为19.85/（0.9×0.9）=24.5KN/m2，单位面积内枕木自重为（0.15×0.2×1/0.9）×7.5=0.25 KN/m2，则地基承载力：σ=（24.5+0.25）×103/（200×1000/0.9）=137kPa，因此，考虑一定富裕建议地基承载力应在200 kPa以上。
3 支架的预压
为了检查支架的承载力，减少和消除支架的非弹性变形及地基的沉降量，在箱梁底模完成后应对支撑体系进行预压。预压重按箱梁重的120%计，加载材料采用砂袋，起重机配合人工进行上载。
预压时加载位置应按梁体实际自重分配进行模拟。预压时间不少于5d，并持续观测，每个断面等距离布置5个点，纵向每5m一个断面，没4h观测一次，观测的方法采用水准测量，加载前的标高为H前，加载后的标高为H后，卸载后标高为H终，预压观测连续三天沉降量≤3mm，即为预压完毕，最户根据观测结果绘制出沉降曲线，计算支架沉降量。根据测量结果计算支架的弹性变形和非弹性变形，以控制箱梁底模标高，保证梁体预拱度和线形。
4 结语
（1）碗扣式脚手架满堂支架竖向力传递过程：箱梁钢筋混凝土和内模系统的自重及施工临时荷(活载)通过底模传递到横梁上，横梁以集中荷载再传递给纵梁，纵梁以支座反力传递到每根立杆，立杆通过底托及方木传递至钢筋混凝土基础、地基。因此检算时应分别对支架的底模、横梁、纵梁、立杆、地基承载力进行检算。
（2）通过计算确定，本桥施工中端截面碗扣支架布设为立杆纵向间距及为0.9m，横向间距0.6m，满足施工要求。
（3）经过实际工程检验，支架结构顺利通过施工，文中计算理论及方法安全可靠。
参考文献：
[1]张俊义.桥梁施工常用数据手册.北京：人民交通出版社，2005
[2]江正荣，朱国梁.简明计算手册.北京：中国建筑工业出版社，2005
[3]钢结构设计规范[ S] GB 500172003,