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摘要：通过对罗家溪特大桥门式框架墩支架的设计、检算的详细讲述，着重介绍钢管支架结构设计原理和检算过程，给今后现浇结构钢管支架设计、检算、应用提供参考。
关键词：现浇横梁支架设计检算 应用
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
工程概况
罗家溪特大桥位于浙江省衢州市龙游县境内，全长6254.965m，中心里程DK204+679.703。该桥于DK202+638.11处跨龙游县城市自来水供水管道，管道与线路交角63°，设计采用门式框架墩跨越自来水管道。
門式框架墩由横梁、墩柱、承台以及桩基四个部分组成。门式墩横梁为预应力混凝土结构，其长度为27.5m，顺桥向宽度为3.0m，高度为3.3m，与墩柱相连接的部分加厚至3.8m，墩柱截面形式为2.8×2.8m。单根横梁重765t。
2、支架设计
根据门式墩高度及横梁重量以及现场条件综合考虑，支架采用四等跨布置，立柱采用φ630mm（δ=8mm）钢管，将两端钢立柱支立在桥墩柱承台上，中跨立柱支墩采用φ125cm钻孔桩。钢立柱上设卸落砂箱及I56b工字钢横梁，横梁以上从下到上依次设置56b工字钢分配纵梁、I16、I12工字钢（调节高度）、10×10方木分配横梁、竹胶板底模。其支架设计图如下：
3、支架设计检算
3.1纵向分配梁为I12a工字钢检算（纵向分配梁在底板下为I16工字钢间距为0.5m）
1)I12.6工字钢截面系数：截面面积：A=26.1cm2；理论重量：M=20.5Kg/m；X-X惯性矩：I=488cm4；截面系数：W=77cm3；弹性模量：E=2.1×105MPa；强度容许值：[σ]=145Mpa
2）计算荷载：人群机具：q1=2.0KN/m2；混凝土：q2=3.3×27=89.1KN/m2；倾倒：q3=1.0 KN/m2；振捣：q4=2.0KN/m2；底模自重：q5=15kg/m2=0.15KN/m2；方木自重：q6=3.0kg/m2=0.3 KN/m2；其他荷载：不考虑。
3）设计检算（按照二等跨连续梁均布荷载考虑）
q ={（q1+q3+q4）×1.4+（q2++q5）×1.2}×0.2={（2.0+1.0+2.0）×1.4+（89.1+0.3+0.15）×1.2}×0.5=57.2KN/m
Mmax=-0.125×ql2=-0.125×57.2×0.52=-1.8KN·m
σ=Mmax/W=1.8×1000/77=23.3Mpa＜[σ]=145Mpa最大剪力V=-0.625×ql=17.8KN
τ=FSz/Iz×d=17.8×1000/(10.8×10-2)×(5×10-3)=33.1Mpa
挠度f=Kw×ql4/100EI=0.521×57.2×1000×0. 54÷(100×E×4.88×10-6)=0.02mm＜[f]=L/400=1.2mm
3.2横向分配梁为I16工字钢检算（横向分配梁在底板下I56工字钢，跨度0. 6m）
1）I16工字钢截面系数：截面面积：A=26.1cm2；理论重量：M=20.5Kg/m；X-X惯性矩：I=1127cm4；截面系数：W=141cm3；弹性模量：E=2.1×105MPa；强度容许值：[σ]=145Mpa。
2）设计荷载：q1~q6同上，I12a工字钢自重：q7=14.2kg/m=1.42KN/m
3）设计检算（按照二等跨连续梁均布荷载考虑）
q ={（q1+q3+q4）×1.4+（q2++q5）×1.2}×0.2={（2.0+1.0+2.0）×1.4+（89.1+0.3+0.15）×1.2}×0.6+1.42=57.2+1.42=58.6KN/m
Mmax=-0.125×ql2=-0.125×58.6×0.62=-2.64KN·m
σ=Mmax/W=2.64×1000/141=18.7Mpa＜[σ]=145Mpa最大剪力V=-0.625×ql=21.98KN
τ=FSz/Iz×d=21.98×1000/(1127×10-2)×(6×10-3)=32.5Mpa
挠度f=Kw×ql4/100EI=0.521×58.6×1000×0. 64÷(100×E×1.127×10-5)=0.017mm＜[f]=L/400=1.5mm
3.356b工字钢纵梁(7根56b工字钢，间距为50cm)
1）设计荷载情况：钢筋混凝土：q1=27×3.3×3=267.3KN/m；模板：q2=0.2×3.3×2+0.2×3=1.92KN/m；人群机具：q3=2.0×3=6KN/m；倾倒：q4=1.0×3=3KN/m；振捣：q5=2.0×3=6KN/m；方木：q6=3.87×0.1×0.1×8×1/0.2=1.55KN/m；工字钢自重：q7=1.15×7+1.42×7=17.9KN/m
2）设计检算（四等跨连续梁计算）：荷载组合分项系数为恒载：1.2、活载：1.4，则q=（q1+q2+q6+q7）×1.2+（q3+q4+q5+q8）=358.4KN/m。采用结构力学计算器结果如下：
I56工字钢弯矩图6工字钢剪力图
内力计算结果如下，杆端内力值( 乘子 = 1)
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1杆端 2 --------------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力 剪力弯矩轴力 剪力弯矩
-------------------------------------------------------------------------------
10.00000000 677.248000-0.00000000 0.00000000 -1046.65600-888.426240
20.00000000 923.520000-888.426240 0.00000000 -800.384000-592.284160
30.00000000 800.384000-592.284160 0.00000000 -923.520000-888.426240
40.00000000 1046.65600-888.426240 0.00000000 -677.248000 0.00000000
由此得出：最大弯矩为2#和4#钢管，M2=M4=-888.43KN.M；3#钢管弯矩为M3=-592.28 KN.M；1#钢管和5#钢管弯矩为M1=M5=-592.28 KN.M M(1)=M(4)=639.67 M(2)=M(3)=296.14
（1）强度校核：
抗弯强度检算：∵ σmax=Mmax/Wz
∴Wz= Mmax/σmax=888.43KN.m/145Mpa=6.13×103cm3
Wz=6.13×103 cm3 抗剪强度验算：τ=Q.Sx/Ixδ
=1046.66KN×1447.2cm3/(68503 cm4×14.5×7)
=21.8Mpa<85Mpa满足要求
（2）刚度校核（跨中）：f1=f2=0.521ql4/(100EI)
=0.521×358.4×4.814/(100×2.1×105×6.8503×10-4)
=6.95mm
f1/10=6.95mm 3.456b工字钢双拼支座横梁
1）采用结构力学计算器得工况一、第2排钢管和第3排钢管受力计算如下所示：
内力计算，杆端内力值( 乘子 = 1)
------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1杆端 2
-----------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力 剪力弯矩轴力 剪力 弯矩
------------------------------------------------------------------------------- 10.00000000 762.918750 -0.00000000 0.00000000-346.781250 624.206250
20.00000000 -346.781250 624.206250 0.00000000-346.781250 0.00000000
-------------------------------------------------------------------------------
第2排钢管和第3排钢管受力图如下所示：
弯矩图剪力图
工况二、第1排钢管、第4排钢管、第5排钢管受力计算图如下所示：
弯矩图剪力图
内力计算，杆端内力值( 乘子 = 1)
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1杆端 2
--------------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力 剪力弯矩轴力 剪力弯矩
-------------------------------------------------------------------------------
10.00000000338.5500000.000000000.00000000-338.550000 0.00000000
以上I56b双拼工字钢受力弯矩最大为工况一：Mmax=624.2KN•MQmax=762.9KN
（1）强度校核：
抗弯强度验算∵ σmax=Mmax/Wz
∴Wz= Mmax/σmax=624.2KN.m/145Mpa=4.3×103cm3
Wz/ =4.3×103cm3/ 2=2.15×103cm3 抗剪强度验算：τ=Q.Sx/Ixδ
=762.9KN×1447.2cm3/(68503 cm4×14.5×2)
=55.6Mpa<85Mpa满足要求
（2）刚度校核（跨中）：f1 =f2=5ql4/(384EI)
=5×369.9×14/(384×2.1×105×6.8503×10-4)
=2.7mm
f1/2=1.4mm 3.5φ630钢管柱验算：两端支座1、5处钢管位于承台上，其简图如下：
(1)(2) (3) (4)(5)
工况一、第2排钢管和第3排钢管受力（内力）计算如下所示：杆端内力值 ( 乘子 = 1)
-------------------------------------------------------------------------------
杆端 1杆端 2
--------------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力剪力 弯矩 轴力 剪力弯矩
-------------------------------------------------------------------------------
10.00000000 762.918750-0.000000000.00000000 -346.781250624.206250
20.00000000-346.781250 624.2062500.00000000 -346.7812500.00000000
-------------------------------------------------------------------------------
支座B处钢管计算：由工字钢横梁的计算可知支座（2）、（3）处所的钢管受压力最大，所以钢管最大压力：R 2= R3=762.9 KN；φ630钢管各项参数如下：容许长细比[λ]=150 ；容许端部承压应力[σ]=210Mpa； 壁厚8mm，截面惯性矩I=72973.56cm4；回转半径ix=20.897cm，i=√I/9=209mm；截面积A=156.25cm2；每米重量：g=131.174kg/m自重G=1.312KN/mH=10.73mλ=H/i=10730/209=51 ；查表得ψ=0.831；采用四根钢管作支撑时P1=1335.07KN σ1 =（P1+GH）/ψA
=（762.9+1.312×10.73）KN/(0.831×167.101 cm2)
=55.9Mpa<[σ]=210Mpa 满足要求
4、搭设现浇支架步骤
搭设现浇支架步骤：材料准备→吊装立柱→立柱调平焊接、连接→砂箱裝砂、抄平吊装工字钢横梁→工字钢纵梁吊装焊接、加固→吊装方木分配梁、铺设防护木板及栏杆→门式立柱四周φ48小钢管支架搭设。
5、支架预压
为确保墩身支架的强度、刚度和稳定，在浇筑帽梁混凝土前对支架进行预压，以消除支架及地基非弹变形对上部现浇横梁的影响。支架预压重量不小于主梁自重的1.3倍，采用成捆的钢筋或砂子按预压重的50%、80%、100%三级预压。
采用水准仪进行沉降观测，布设好观测点后，加载前测定出其标高，沉降观测过程中，记录每次观测数据。第一次加载后，每6小时观测一次，若连续12h观测同一点的高程变化结果均在5mm以内，才进行第二次加载，按此步骤，直至第三次加载后，每隔24小时测量一次各检测点标高，若同一观测点高程平均值变化在5mm内，可进行卸载。
6、结论
罗家溪特大桥33号门式框架墩横梁支架在堆载预压、混凝土灌筑过程中观测结果均符合设计施工图的各项目指标要求，满足施工规范、标准要求。
采用钢管支架有利于现浇梁的快速、安全施工，同时可减少地基处理投资，支架材料可回收利用，减少资源浪费，节约成本。
参考：《路桥施工计算手册》、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《简明施工计算手册》（江正荣 朱国梁编著）、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）
关键词：现浇横梁支架设计检算 应用
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
工程概况
罗家溪特大桥位于浙江省衢州市龙游县境内，全长6254.965m，中心里程DK204+679.703。该桥于DK202+638.11处跨龙游县城市自来水供水管道，管道与线路交角63°，设计采用门式框架墩跨越自来水管道。
門式框架墩由横梁、墩柱、承台以及桩基四个部分组成。门式墩横梁为预应力混凝土结构，其长度为27.5m，顺桥向宽度为3.0m，高度为3.3m，与墩柱相连接的部分加厚至3.8m，墩柱截面形式为2.8×2.8m。单根横梁重765t。
2、支架设计
根据门式墩高度及横梁重量以及现场条件综合考虑，支架采用四等跨布置，立柱采用φ630mm（δ=8mm）钢管，将两端钢立柱支立在桥墩柱承台上，中跨立柱支墩采用φ125cm钻孔桩。钢立柱上设卸落砂箱及I56b工字钢横梁，横梁以上从下到上依次设置56b工字钢分配纵梁、I16、I12工字钢（调节高度）、10×10方木分配横梁、竹胶板底模。其支架设计图如下：
3、支架设计检算
3.1纵向分配梁为I12a工字钢检算（纵向分配梁在底板下为I16工字钢间距为0.5m）
1)I12.6工字钢截面系数：截面面积：A=26.1cm2；理论重量：M=20.5Kg/m；X-X惯性矩：I=488cm4；截面系数：W=77cm3；弹性模量：E=2.1×105MPa；强度容许值：[σ]=145Mpa
2）计算荷载：人群机具：q1=2.0KN/m2；混凝土：q2=3.3×27=89.1KN/m2；倾倒：q3=1.0 KN/m2；振捣：q4=2.0KN/m2；底模自重：q5=15kg/m2=0.15KN/m2；方木自重：q6=3.0kg/m2=0.3 KN/m2；其他荷载：不考虑。
3）设计检算（按照二等跨连续梁均布荷载考虑）
q ={（q1+q3+q4）×1.4+（q2++q5）×1.2}×0.2={（2.0+1.0+2.0）×1.4+（89.1+0.3+0.15）×1.2}×0.5=57.2KN/m
Mmax=-0.125×ql2=-0.125×57.2×0.52=-1.8KN·m
σ=Mmax/W=1.8×1000/77=23.3Mpa＜[σ]=145Mpa最大剪力V=-0.625×ql=17.8KN
τ=FSz/Iz×d=17.8×1000/(10.8×10-2)×(5×10-3)=33.1Mpa
挠度f=Kw×ql4/100EI=0.521×57.2×1000×0. 54÷(100×E×4.88×10-6)=0.02mm＜[f]=L/400=1.2mm
3.2横向分配梁为I16工字钢检算（横向分配梁在底板下I56工字钢，跨度0. 6m）
1）I16工字钢截面系数：截面面积：A=26.1cm2；理论重量：M=20.5Kg/m；X-X惯性矩：I=1127cm4；截面系数：W=141cm3；弹性模量：E=2.1×105MPa；强度容许值：[σ]=145Mpa。
2）设计荷载：q1~q6同上，I12a工字钢自重：q7=14.2kg/m=1.42KN/m
3）设计检算（按照二等跨连续梁均布荷载考虑）
q ={（q1+q3+q4）×1.4+（q2++q5）×1.2}×0.2={（2.0+1.0+2.0）×1.4+（89.1+0.3+0.15）×1.2}×0.6+1.42=57.2+1.42=58.6KN/m
Mmax=-0.125×ql2=-0.125×58.6×0.62=-2.64KN·m
σ=Mmax/W=2.64×1000/141=18.7Mpa＜[σ]=145Mpa最大剪力V=-0.625×ql=21.98KN
τ=FSz/Iz×d=21.98×1000/(1127×10-2)×(6×10-3)=32.5Mpa
挠度f=Kw×ql4/100EI=0.521×58.6×1000×0. 64÷(100×E×1.127×10-5)=0.017mm＜[f]=L/400=1.5mm
3.356b工字钢纵梁(7根56b工字钢，间距为50cm)
1）设计荷载情况：钢筋混凝土：q1=27×3.3×3=267.3KN/m；模板：q2=0.2×3.3×2+0.2×3=1.92KN/m；人群机具：q3=2.0×3=6KN/m；倾倒：q4=1.0×3=3KN/m；振捣：q5=2.0×3=6KN/m；方木：q6=3.87×0.1×0.1×8×1/0.2=1.55KN/m；工字钢自重：q7=1.15×7+1.42×7=17.9KN/m
2）设计检算（四等跨连续梁计算）：荷载组合分项系数为恒载：1.2、活载：1.4，则q=（q1+q2+q6+q7）×1.2+（q3+q4+q5+q8）=358.4KN/m。采用结构力学计算器结果如下：
I56工字钢弯矩图6工字钢剪力图
内力计算结果如下，杆端内力值( 乘子 = 1)
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1杆端 2 --------------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力 剪力弯矩轴力 剪力弯矩
-------------------------------------------------------------------------------
10.00000000 677.248000-0.00000000 0.00000000 -1046.65600-888.426240
20.00000000 923.520000-888.426240 0.00000000 -800.384000-592.284160
30.00000000 800.384000-592.284160 0.00000000 -923.520000-888.426240
40.00000000 1046.65600-888.426240 0.00000000 -677.248000 0.00000000
由此得出：最大弯矩为2#和4#钢管，M2=M4=-888.43KN.M；3#钢管弯矩为M3=-592.28 KN.M；1#钢管和5#钢管弯矩为M1=M5=-592.28 KN.M M(1)=M(4)=639.67 M(2)=M(3)=296.14
（1）强度校核：
抗弯强度检算：∵ σmax=Mmax/Wz
∴Wz= Mmax/σmax=888.43KN.m/145Mpa=6.13×103cm3
Wz=6.13×103 cm3
=1046.66KN×1447.2cm3/(68503 cm4×14.5×7)
=21.8Mpa<85Mpa满足要求
（2）刚度校核（跨中）：f1=f2=0.521ql4/(100EI)
=0.521×358.4×4.814/(100×2.1×105×6.8503×10-4)
=6.95mm
f1/10=6.95mm
1）采用结构力学计算器得工况一、第2排钢管和第3排钢管受力计算如下所示：
内力计算，杆端内力值( 乘子 = 1)
------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1杆端 2
-----------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力 剪力弯矩轴力 剪力 弯矩
------------------------------------------------------------------------------- 10.00000000 762.918750 -0.00000000 0.00000000-346.781250 624.206250
20.00000000 -346.781250 624.206250 0.00000000-346.781250 0.00000000
-------------------------------------------------------------------------------
第2排钢管和第3排钢管受力图如下所示：
弯矩图剪力图
工况二、第1排钢管、第4排钢管、第5排钢管受力计算图如下所示：
弯矩图剪力图
内力计算，杆端内力值( 乘子 = 1)
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1杆端 2
--------------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力 剪力弯矩轴力 剪力弯矩
-------------------------------------------------------------------------------
10.00000000338.5500000.000000000.00000000-338.550000 0.00000000
以上I56b双拼工字钢受力弯矩最大为工况一：Mmax=624.2KN•MQmax=762.9KN
（1）强度校核：
抗弯强度验算∵ σmax=Mmax/Wz
∴Wz= Mmax/σmax=624.2KN.m/145Mpa=4.3×103cm3
Wz/ =4.3×103cm3/ 2=2.15×103cm3
=762.9KN×1447.2cm3/(68503 cm4×14.5×2)
=55.6Mpa<85Mpa满足要求
（2）刚度校核（跨中）：f1 =f2=5ql4/(384EI)
=5×369.9×14/(384×2.1×105×6.8503×10-4)
=2.7mm
f1/2=1.4mm
(1)(2) (3) (4)(5)
工况一、第2排钢管和第3排钢管受力（内力）计算如下所示：杆端内力值 ( 乘子 = 1)
-------------------------------------------------------------------------------
杆端 1杆端 2
--------------------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力剪力 弯矩 轴力 剪力弯矩
-------------------------------------------------------------------------------
10.00000000 762.918750-0.000000000.00000000 -346.781250624.206250
20.00000000-346.781250 624.2062500.00000000 -346.7812500.00000000
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支座B处钢管计算：由工字钢横梁的计算可知支座（2）、（3）处所的钢管受压力最大，所以钢管最大压力：R 2= R3=762.9 KN；φ630钢管各项参数如下：容许长细比[λ]=150 ；容许端部承压应力[σ]=210Mpa； 壁厚8mm，截面惯性矩I=72973.56cm4；回转半径ix=20.897cm，i=√I/9=209mm；截面积A=156.25cm2；每米重量：g=131.174kg/m自重G=1.312KN/mH=10.73mλ=H/i=10730/209=51 ；查表得ψ=0.831；采用四根钢管作支撑时P1=1335.07KN σ1 =（P1+GH）/ψA
=（762.9+1.312×10.73）KN/(0.831×167.101 cm2)
=55.9Mpa<[σ]=210Mpa 满足要求
4、搭设现浇支架步骤
搭设现浇支架步骤：材料准备→吊装立柱→立柱调平焊接、连接→砂箱裝砂、抄平吊装工字钢横梁→工字钢纵梁吊装焊接、加固→吊装方木分配梁、铺设防护木板及栏杆→门式立柱四周φ48小钢管支架搭设。
5、支架预压
为确保墩身支架的强度、刚度和稳定，在浇筑帽梁混凝土前对支架进行预压，以消除支架及地基非弹变形对上部现浇横梁的影响。支架预压重量不小于主梁自重的1.3倍，采用成捆的钢筋或砂子按预压重的50%、80%、100%三级预压。
采用水准仪进行沉降观测，布设好观测点后，加载前测定出其标高，沉降观测过程中，记录每次观测数据。第一次加载后，每6小时观测一次，若连续12h观测同一点的高程变化结果均在5mm以内，才进行第二次加载，按此步骤，直至第三次加载后，每隔24小时测量一次各检测点标高，若同一观测点高程平均值变化在5mm内，可进行卸载。
6、结论
罗家溪特大桥33号门式框架墩横梁支架在堆载预压、混凝土灌筑过程中观测结果均符合设计施工图的各项目指标要求，满足施工规范、标准要求。
采用钢管支架有利于现浇梁的快速、安全施工，同时可减少地基处理投资，支架材料可回收利用，减少资源浪费，节约成本。
参考：《路桥施工计算手册》、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《简明施工计算手册》（江正荣 朱国梁编著）、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）