摘要：结合石济客专5标段景德特大桥跨越滨德高速公路的工程实际，通过合理选择支架设计参数，设计了梁柱式支架结合碗扣架的结构形式，不仅缩短了工期，并且由于结合了碗扣支架，便于标高的调整。采用手算对碗扣架进行了计算，采用有限元软件midas对梁柱支架进行了整体建模，对支架强度、刚度和稳定性进行了计算，计算结果表明整个支架系统的受力均满足要求。目前桥梁已经施工完成并通车，整个施工过程安全可靠，这可为类似工程施工提供有益的参考。
关键词：高架桥；梁柱式支架； 有限元建模；计算
1 工程慨况
跨滨德高速公路(40+64+40)m预应力混凝土箱梁为支架现浇施工，箱梁为变高单箱单室斜腹板截面，箱梁顶宽12.2m，跨中梁高为2.89m，中支点梁高5.29m，为二次抛物线变高。梁全长145.2m，跨度为40+64+40m。箱梁顶面设2.0%双向横坡，纵向坡度为6.2‰。
该桥采用支架现浇，支架由碗扣式脚手架、梁柱及方木组成。模板（竹胶板）下方布置第一层方木：10×5cm方木（顺桥向），其下布置第二层方木10×15cm方木（横桥向）。碗扣架立杆纵距（顺桥向）均为60cm；立杆横距（横桥向）在顶底板、腹板、翼缘下方处依次为60cm、30cm、120cm。碗扣架的步距均采用120cm。碗扣架立杆底部铺设10×15cm方木(横桥向)。
梁柱式支架体系采用贝雷梁、工字钢和钢管组合形式。梁柱式支架具体布置见下图。自下而上依次为：钢管立柱采用φ630×10mm有缝钢管；立柱上方的横梁采用3Ⅰ40b和2Ⅰ40b工字钢；横梁上方为纵向布置的贝雷梁；贝雷梁的上方为支架底部的10cm×15cm的方木。整个梁柱支架的钢管下方为矩形混凝土结构（承台），其尺寸为13.4×1.2×1m，其下采用了桩径1.0m钻孔灌注桩基础。支架布置图如图1所示：
图1 梁柱式支架具体布置图（单位：cm）
2 碗扣架部分计算
碗扣架部分的计算按照传力的过程自上而下进行计算，计算内容包括方木、钢管立柱和支架基础的计算。
2.1 方木计算
2.1.1荷载分析
荷载包括恒载和活载两部分。
（1）恒载：①浇筑的钢筋混凝土结构的自重，容重按照26kN/m3取值；②模板和支架体系的的重量，模板自重荷载集度取值采用1kN/m2；支架结构重量（立杆间距30cm）：荷载取值0.8kN/m3，支架结构荷载（立杆间距60cm、90cm）：荷载取值采用0.55kN/m3。
（2）活载：③施工人员、材料及施工机具荷载取2.5kN/m2；④振捣混凝土时产生的荷载取2kN/m2；⑤浇注混凝土时产生的冲击荷载取2kN/m2。
2.1.2 荷载组合
按照《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 166-2016，碗扣脚手架以及支架的基础计算时，强度计算荷载组合按照下式：
N1=1.2×(①+②)+1.4×(③+④+⑤) （1）
式中各符号含义见2.1.1。模板的方木计算时，恒载②只考虑模板的荷载，不计算支架架体自重。当进行刚度计算时只计算恒载的影响，并且不考虑1.2的荷载分项系数：N2=①+②。
2.1.3 方木计算结果
按照2.1部分进行荷载计算，经过分析，根据方木的间距，计算得到翼缘区域、腹板区域和箱室区域模板下方木（10cm×5cm）荷载集度如表1；同样的方法，根据方木的间距计算得到模板下第二层方木（10cm×15cm）的荷载集度如表2。
定性。根据表4，立杆的最大轴力为22.26kN，只需计算最不利立杆的稳定性即可。由于钢管厚度也按照3mm计算，即钢管按照φ48×3.0mm进行计算。钢管的回转半径i=16mm，
钢管立柱的计算长度：l0=h+2a=1.2+2×0.5=3.2m 。式中h：碗扣架的步距=1.2m；a：立杆伸出顶部水平杆最大距离，取值0.5m。立杆长细比l0/i=3000/16=187，查表得到压杆的稳定系数：φ=0.27。
则稳定性计算如下：
最大轴力N=22.26kN≤φ×Ag×fs=0.27×424×205×10-3=23.5kN；满足要求。
式中：Ag为钢管截面积；fs为钢材设计强度。
3 梁柱式支架系统计算
3.1 模型的建立
由于贝雷梁的片数、贝雷下横梁和钢管立柱布置和数量相同，靠近桥墩的三跨连续支架对应的梁体建筑高度大，并且跨度也大，因此只计算该三跨连续梁柱式支架受力最不利处的受力即可，中间的梁柱支架无须再进行计算。
采用整体的有限元模型，能够准确地模拟荷载的传力，但是如果整体模型中各结构的之间的接触模拟不准确，比如贝雷梁和下横梁、方木的连接，贝雷下横梁与钢管立柱的连接模拟不准确，就无法反映结构实际的传力效应，计算结果也就是不准确，甚至是错误的。
该支架模型采用midas进行空间整建模，从碗扣架下部横向方木开始，碗扣架立柱作用在方木上的荷载简化为线性荷载，直接施加在方木上，荷载集度计算与2.1部分方木荷载计算相似。方木和贝雷梁均采用梁单元模拟，方木和贝雷梁间的接触采用仅受压的弹性连接，贝雷梁和贝雷下横梁之间为弹性连接中的一般连接，并按连续梁支座放松相应自由度，保证贝雷梁纵桥向能够自由变形，其中贝雷梁每3m标准节的销接处还应该释放相应的旋转约束。贝雷下横梁和立柱间为刚性连接，螺旋钢管立柱底按固结考虑。工字钢类型模型和贝雷梁类型模型一样。建立的有限元模型如图2所示。
5 结论
本文结合作者多年的现场施工及用结构变形分析软件进行结构分析的经验，针对石济客专5标段景德特大桥跨滨德高速公路连续梁采用梁柱式支架现浇法结构受力情况，对碗扣支架和梁柱支架进行了设计计算，整个计算过程严格按照现行的规范进行，由于科学处理了有限元整体模型中不同构件的接触条件、钢管立柱的边界条件，使得支架最终的计算结果与结构的实际变形和应力状态一致。但是，也应该看到，不同工程有其不同特点，实际应用中必须结合具体工程的实际情况进行建模及分析，才能保证分析结果的可靠性。
计算结果表明，碗扣架和梁柱支架的强度、刚度和稳定性均满足要求，目前桥梁已经施工完成，整个施工过程安全。这表明设计计算的结果和支架的实际工作状态吻合，这可为以后类似工程的设计和施工提供有益的参考。
6 参考文献
（1）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
（2）《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》（TB10110－2011）；
（3）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）；
（4）《混凝土工程模板与支架技术》；
（5）《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2016）；
（6）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86);
（7）《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5－2005);
（8）跨滨德高速公路(40+64+40)m预应力混凝土箱梁相关设计图纸。
论文作者:胡增舰
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
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