超高臨時(shí)鋼管支架施工比較分析

超高暫時(shí)鋼管支架施工比較剖析易達(dá)毛其峰季黎黎中交一公局三企業(yè)柳南項(xiàng)目【綱要】本文以紅水河雙線特大橋主橋29#墩旁的現(xiàn)澆塊鋼管支架為依靠，對(duì)超高鋼管支架的系桿采納形式進(jìn)行了比較分析，對(duì)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化問(wèn)題進(jìn)行了闡陳述明，并對(duì)超高鋼管支架的預(yù)壓提出了新的方法。【重點(diǎn)詞】鋼管支架穩(wěn)固臨界壓力失穩(wěn)前言鋼管支架在施工中主要用于現(xiàn)澆梁的支撐系統(tǒng)、棧橋、施工平臺(tái)等暫時(shí)構(gòu)造。因?yàn)楹枚嗍┕挝徊蛔⒅貙?duì)其進(jìn)行構(gòu)造剖析，致使了不行挽回的嚴(yán)重安全質(zhì)量事故。有些單位在施工中完整憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行鋼管架搭設(shè)，致使資料浪費(fèi)嚴(yán)重或構(gòu)造坍塌；有些單位對(duì)其強(qiáng)度和位移進(jìn)行了計(jì)算，卻忽視了整體穩(wěn)固性驗(yàn)算，致使支架整體失穩(wěn)。所以在施工中，怎樣正確地計(jì)算出整體構(gòu)造的臨界力，進(jìn)而算出穩(wěn)固安全系數(shù)或依據(jù)規(guī)定的安全系數(shù)來(lái)求出最大承載力顯得尤其重點(diǎn)。2工程概略紅水河雙線特大橋是廣西新建鐵路柳州至南寧客運(yùn)專線的重點(diǎn)控制性工程之一，全長(zhǎng)2250.728m，其中主橋超越貴賓市紅水河（Ⅱ級(jí)通航航道），橋跨構(gòu)成為80m+144m+80m的變截面單箱單室連續(xù)梁，采納掛籃懸臂澆筑施工。29#過(guò)渡墩頂20#現(xiàn)澆塊長(zhǎng)7.9m，截面高6m，底板寬7.2m，總重量5138.9KN，梁底距離承臺(tái)頂面39.1m。采納10根φ529×6mm的螺旋鋼管、工25a（拆掉的工地其余暫時(shí)構(gòu)造）和φ140×4.5mm系桿構(gòu)成38.3m高度的鋼管支架作為20#塊混凝土澆筑時(shí)的暫時(shí)支撐構(gòu)造，采納預(yù)埋精軋螺紋鋼，千斤頂反拉加載的方法對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓。3鋼管支架構(gòu)造選型因?yàn)棣?29×6mm螺旋鋼管大多數(shù)長(zhǎng)度為6m左右（拆掉的現(xiàn)場(chǎng)棧橋鋼管），所以橫向聯(lián)系桿層高采納6m，并且在對(duì)應(yīng)層高處采納工25a和φ140鋼管將整體支架與29#橋墩連結(jié)，保持其整體穩(wěn)固性，現(xiàn)澆塊混凝土荷載經(jīng)過(guò)鋼管頂?shù)碾p拼工

40a型鋼橫梁傳達(dá)。鋼材均采納

Q235B，主鋼管間距以以下圖：圖1

鋼管支架平面部署圖（單位：

cm）這樣，主管節(jié)間長(zhǎng)度與截面高度比值為

a=6/0.529=11.34

＜12,但靠近

12；最長(zhǎng)的支管節(jié)間長(zhǎng)度與截面高度比值為

b=

2.72

62

/0.14=45.43

＞12；工

25a長(zhǎng)度與截面高度比值為

c=2.7/0.25=10.8

＜12。按照GB50017-2003《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定知足以下條件：①切合各種節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的參數(shù)范圍；②在桁架平面內(nèi)的節(jié)間長(zhǎng)度或桿件長(zhǎng)度與截面高度（或直徑）之比不小于

12（主管）和

24（支管）時(shí)，在剖析桁架桿件內(nèi)力時(shí)可將節(jié)點(diǎn)視為鉸接。此外，因?yàn)殇摴苤Ъ芩芎奢d均為節(jié)點(diǎn)荷載，所以在成立模型時(shí)將節(jié)點(diǎn)視為剛接其實(shí)不影響其構(gòu)造內(nèi)力剖析。明顯，依據(jù)斜桿部署方式的不一樣，可得出三種支架構(gòu)造形式：3.1無(wú)豎向和水平斜桿形式因?yàn)橐罁?jù)上述φ529主管的比值

a=11.34

和工

25a支桿的比值

c=10.8

均小于

12,

所以對(duì)支架構(gòu)造僅每隔6m部署縱橫向的工

25a橫桿，橫桿腹板與主管采納

5mm高角焊縫連結(jié)，并經(jīng)過(guò)工

25a

和φ140

鏈桿將中間主管與29#過(guò)渡橋墩中預(yù)埋鋼板焊接。整個(gè)鋼管支架構(gòu)造相當(dāng)與一個(gè)未加斜撐的鋼框架構(gòu)造，近似于多層鋼構(gòu)造房子系統(tǒng)。關(guān)于20#塊箱梁，總重量為5138.9KN，有2.65m長(zhǎng)位于橋墩頂，且墩柱頂箱梁截面尺寸較厚，荷載簡(jiǎn)化施加在主鋼管頂雙拼工

40a橫梁上的線荷載，大小約為

96KN/m；此外，因?yàn)闇夭钪率惯B續(xù)梁

18#塊懸臂端伸長(zhǎng)量發(fā)生變化（實(shí)測(cè)為

2cm左右），產(chǎn)生一個(gè)向下的附帶力（經(jīng)估量大小為

480KN），此附帶力經(jīng)過(guò)邊跨合攏段勁性骨架傳達(dá)給第二排主鋼管頂橫梁。所以綜合考慮荷載，大里程（南寧側(cè)）單根工

40a橫梁的線荷載為

126KN/m，小里程（柳州側(cè)）單根工

40a橫梁的線荷載為

96KN/m。鋼管支架節(jié)點(diǎn)均依據(jù)剛結(jié)點(diǎn)考慮，采納

Midas/Civil

軟件進(jìn)行構(gòu)造建模，過(guò)程以以下圖：圖2無(wú)斜桿支架構(gòu)造系統(tǒng)建模建模的難點(diǎn)是剛性連結(jié)的增添：鋼管支架鏈桿（連墩件）與橋墩之間為純剛性連結(jié)，橋墩節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，鋼管鏈桿端節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)，6個(gè)方向的自由度所有拘束；而主鋼管頂與工雙拼40a橫梁剛性連結(jié)時(shí)，由于橫梁支點(diǎn)處位移隨鋼管頂?shù)奈灰谱兓兓?，所以鋼管頂端?jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，橫梁支點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)。對(duì)構(gòu)造進(jìn)行剖析，應(yīng)力和屈曲剖析以以下圖：圖3無(wú)斜桿支架構(gòu)造應(yīng)力和穩(wěn)固剖析從圖中可看出，最大應(yīng)力為164.5Mpa＜205Mpa，安全穩(wěn)固系數(shù)為20＞6。主鋼管底反力分別為130.5KN、99.8KN、169.4KN、99.8KN、130.5KN、272.8KN、364KN、407KN、364.6KN、272.7KN（從柳州往南寧，從左往右）；主鋼管最大應(yīng)力為69.4Mpa，鋼管頂最大位移為8.8mm；鋼材總重量為38.67t。所以，鋼管支架能知足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)固性要求。3.2有水平方向斜桿形式以上構(gòu)造系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)均為較理想的剛結(jié)點(diǎn)，但實(shí)質(zhì)施工中存在以下影響要素：①施工現(xiàn)場(chǎng)工人焊接技術(shù)水平的問(wèn)題；②工25a僅腹板與主鋼管焊接，x與y軸方向剛度相差較大，節(jié)點(diǎn)不可以看作完整的剛結(jié)點(diǎn)；③φ529主管與工25a支桿截面慣性矩相差較大。所以以上無(wú)斜桿構(gòu)造系統(tǒng)實(shí)質(zhì)不行能為完整的鋼框架系統(tǒng)，也就是說(shuō)實(shí)質(zhì)安全穩(wěn)固系數(shù)不行能達(dá)到20,為增大鋼管支架的整體穩(wěn)固系數(shù)，在工25a橫聯(lián)之間加上φ140鋼管斜桿，讓橫聯(lián)變成簡(jiǎn)單水平桁架構(gòu)造，對(duì)鋼管支架的整體安全穩(wěn)固系數(shù)能有多大提升呢？建模以以下圖：圖4有水平斜桿支架構(gòu)造系統(tǒng)建模因?yàn)樗戒摴軝M聯(lián)僅起穩(wěn)固作用，主要荷載由φ529主鋼管擔(dān)當(dāng)，在荷載不變的狀況下，應(yīng)力基本不變，主要進(jìn)行屈曲剖析，以以下圖：圖5有水平斜桿支架構(gòu)造穩(wěn)固剖析安全穩(wěn)固系數(shù)為28.6，比無(wú)水平斜桿系統(tǒng)提升了8.6；鋼材重量為39.85t，增添了1.18t鋼材。此結(jié)構(gòu)能夠看作相鄰水平桁架橫聯(lián)剛片經(jīng)過(guò)10根豎向鋼管連結(jié)成的一個(gè)多次超靜定構(gòu)造，穩(wěn)固性有較大提升。3.3有豎方向斜桿形式上述3.2節(jié)中的水平桁架橫聯(lián)構(gòu)造系統(tǒng)固然增大了整體構(gòu)造的安全穩(wěn)固系數(shù)，但增大的成效其實(shí)不明顯，所以綜合碗扣式鋼管支架加剪刀撐的滿堂紅支架模型，成立第三種加φ140豎向斜桿的鋼管支架構(gòu)造系統(tǒng)。豎向斜桿相當(dāng)于碗扣支架的鋼管剪刀撐，起增大整體穩(wěn)固系數(shù)的作用。以以下圖：圖6有豎向斜桿支架建模上述構(gòu)造中，工25a相當(dāng)于碗扣支架系統(tǒng)中的橫桿，沿高度方向的φ140鋼管斜桿相當(dāng)于碗扣支架中的剪刀撐，在外荷載不變的狀況下，因?yàn)闄M桿和斜桿為單桿，所以內(nèi)力基本不變。整體系統(tǒng)穩(wěn)固剖析以下圖：圖7

有豎向斜桿支架穩(wěn)固剖析從上述剖析得出，安全穩(wěn)固系數(shù)提升到了系數(shù)提升了43.2；但同時(shí)鋼材用量也增添到了

71.8,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于6,比第二種加水平斜桿的支架系統(tǒng)安全穩(wěn)固46.63t，比第二種系統(tǒng)增添了6.78t，但對(duì)構(gòu)造穩(wěn)固性的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)增大。3.4紅水河特大橋

20#現(xiàn)澆塊支架構(gòu)造選型固然以上三種構(gòu)造經(jīng)過(guò)穩(wěn)固性（屈曲）剖析，從理論上均能知足施工要求?？墒峭瑫r(shí)考慮到鋼管周轉(zhuǎn)利用次數(shù)許多，局部變形較嚴(yán)重，加上高空吊裝對(duì)位困難，工人立焊質(zhì)量較差等要素，

φ529主在施工29#過(guò)渡段頂20#現(xiàn)澆塊時(shí)，采納安全穩(wěn)固系數(shù)最大的第三種加豎向斜鋼管支撐的鋼管支架構(gòu)造系統(tǒng)作為承重的暫時(shí)構(gòu)造。豎向斜桿采納φ140×4.5mm鋼管，水平橫聯(lián)采納工25a型鋼，水平鏈桿（最上邊兩層采納工40a）采納工25a型鋼，斜向鏈桿采納φ140×4.5mm鋼管。支架總高度為6m高+1層2.3m高。主鋼管頂采納8m長(zhǎng)雙拼工40a型鋼做橫梁，擔(dān)當(dāng)工

38.3m，共分7層，層高為6層28a分派梁傳來(lái)的箱梁混凝土荷載。鋼管支架搭設(shè)4.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖實(shí)質(zhì)狀況，29#橋墩承臺(tái)旁巖層埋深為3~3.5m，巖層為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，承載力為450Kpa,依據(jù)以上主鋼管支座反力最大為407KN。主鋼管基礎(chǔ)采納階梯形擴(kuò)大基礎(chǔ)，計(jì)算以下：AFk4070.904m2fa450取b=1.2m，l=1.2mA=1.44m2基礎(chǔ)高度驗(yàn)算：采納混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，HPB235鋼筋，查得混凝土ft=1.27N/mm2=1270kN/m2，鋼筋fy=210N/mm2。取h=80cm；下階h1=40cm；az1=0.8m，bz1=0.8m。經(jīng)過(guò)計(jì)算，抗沖切能知足要求；經(jīng)過(guò)配筋計(jì)算得悉，沿縱橫向配置Φ12@500mm的鋼筋即可知足要求。4.2鋼管支架搭設(shè)φ529主鋼管提早在鋼筋場(chǎng)所焊接好底鋼板（1cm厚度），并設(shè)置好φ20螺栓孔（合計(jì)12個(gè)），采納25t汽車吊單根分層吊裝，并實(shí)時(shí)焊接好橫聯(lián)和斜撐；鋼管對(duì)位過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制其垂直度。圖8鋼管支架搭設(shè)此外，φ140支鋼管與φ529主鋼管之間沿全周連續(xù)焊接并光滑過(guò)渡；連結(jié)節(jié)點(diǎn)處，除搭接型節(jié)點(diǎn)外，應(yīng)盡量防止偏愛(ài)；支管端部采納自動(dòng)切管機(jī)切割。4.3鋼管支架系統(tǒng)預(yù)壓因?yàn)殇摴苤Ъ芨叨葹?0m，預(yù)壓重量3463KN，采納慣例的沙袋預(yù)壓，不單吊裝和堆載難度大，并且時(shí)間長(zhǎng)。所以為節(jié)儉工期，采納千斤頂反拉

1860Mpa預(yù)應(yīng)力鋼絞線對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，共部署

19根鋼絞線，鋼絞線總計(jì)擔(dān)當(dāng)?shù)姆蠢奢d為

1860×0.7×3.14×6.672×19=3456KN。預(yù)壓前在承臺(tái)頂每根主鋼管處鉆直徑φ40mm，深度為1m的錨固眼2個(gè)，而后插入φ25mm精軋螺紋鋼，灌入環(huán)氧沙漿錨固作為小里程側(cè)一排鋼管的反拉錨固裝置（也可提早預(yù)埋精軋螺紋鋼，影響不大）；此外大里程側(cè)主鋼管柱的反拉精軋螺紋鋼入巖1.5m；如鋼絞線與工32a橫梁有矛盾可適合調(diào)整鋼絞線地點(diǎn)，持鋼絞線鉛直，分級(jí)加載，對(duì)稱張拉。而后在工28a分派梁上部署兩根雙拼工40a扁擔(dān)梁，并在錨具地點(diǎn)

保加橫向加勁肋。以以下圖所示：圖9鋼管支架預(yù)壓分級(jí)加載到最大荷載達(dá)到穩(wěn)固后，鋼管頂雙拼工40a橫梁支點(diǎn)處位移(1#~5#地點(diǎn)為面朝大里程方向從左到右的地點(diǎn)，位移單位：mm)以下表：地點(diǎn)1#2#3#4#5#小里程側(cè)998710大里程側(cè)1210101110表1鋼管支架預(yù)壓位移表從上表能夠看出，支架主鋼管頂（雙拼工40a橫梁支座處）位移最大為12mm，最小為7mm，比MidasCivil剖析的位移（最大為7mm）偏大。圖10MidasCivil剖析得出的主鋼管頂部位移主假如因?yàn)橹麂摴苓B結(jié)處、主鋼管與橫梁、分派梁與橫梁之間的空隙致使鋼管位移偏大，也即能除去的變形。正因?yàn)槭┕で皩?duì)29#過(guò)渡段頂20#現(xiàn)澆塊鋼管支架進(jìn)行了靠譜的剖析和計(jì)算，所以有益地保證了現(xiàn)澆塊的施工工期，從鋼管支架基礎(chǔ)施工到20#現(xiàn)澆塊澆筑完成，總計(jì)施工時(shí)間為45天，為主橋連續(xù)梁的順利合攏確立了基礎(chǔ)。結(jié)束語(yǔ)關(guān)于超高型暫時(shí)鋼管支架的控制重點(diǎn)主假如支架的整體穩(wěn)固性剖析，也就是在設(shè)計(jì)荷載下的安全穩(wěn)固系數(shù)計(jì)算或給定安全穩(wěn)固系數(shù)下的最大承載力計(jì)算。假如支架整體的長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，則臨界應(yīng)力?。患偃缯w構(gòu)造系統(tǒng)慣性矩小，則臨界承載力Pcr較小。這樣，將致使整體構(gòu)造產(chǎn)生失穩(wěn)，也就是桿件不是軸心受壓，而是在P-效應(yīng)下產(chǎn)生曲折應(yīng)力，跟著的進(jìn)一步增大，曲折應(yīng)力承非線性增添，最后致使構(gòu)造系統(tǒng)整體坍塌。對(duì)簡(jiǎn)單平面構(gòu)造系統(tǒng)，我們能夠運(yùn)用靜力法