[12-11 17:00:02] 来源：http://www.tmgc8.com 桥梁工程 阅读：3595次
论文摘要：由于目前还没有满堂脚手架设计与施工验收技术规范，为使满堂脚手架的设计与施工纳入科学化、规范化的轨道，以保证满堂脚手架的施工安全，本文结合深圳市南光高速公路第28合同段桥梁满堂脚手架设计及施工经验，对满堂脚手架的结构验算进行分析和阐述。
关键字：脚手架；碗扣式；桥梁施工；结构验算
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0166-02
随着高速公路和城市立交工程的快速发展，在陆地上建筑桥梁已越来越多。因满堂脚手架特有的简便快捷、材料可以重复利用等特点，已在桥梁现浇混凝土梁板施工中被广泛地使用。但在具体的施工使用过程中也因不规范出现许多安全隐患，为有效地杜绝重大安全事故的发生，对工程临时设施的构造方案必须进行严格细致和科学地分析和验算，并编制可行性施工技术要求和措施。由此推之，对桥梁施工中满堂脚手架的结构验算进行分析和阐述是十分必要的。
1简述
在现今的桥梁施工中使用钢管材料制作的脚手架主要有三种形式：扣件式钢管脚手架、门式脚手架和碗扣式脚手架。深圳市南光高速公路第28合同段桥梁满堂脚手架根据根据不同的施工环境及脚手架优缺点采用碗扣式脚手架，以满足施工要求的情况下达到成本、工期及环境均达到最合理。
碗扣式脚手架优点：①多功能。能根据具体施工要求，组成不同组架尺寸、形状和承载能力的脚手架。②高功效。拼装快速省力，用一把铁锤即可完成全部作业，完全避免螺栓作业。③承载力大。立杆连接为同轴心承插，横杆同立杆靠碗扣接头连接，各杆件轴心线交于一点，接头具有可靠的抗弯、抗剪、抗扭力学性能。因此，结构稳固可靠，承载力大。
碗扣式脚手架有以下缺点：横杆为几何尺寸的定型杆，使构架尺寸受到限制。价格较贵。
2工程实例
深圳市南光高速公路第28合同段共包含A、B、C、D四个匝道，其中高架桥为4210.339米，高架桥按3-4跨一联共分为42联139跨，桥梁结构形式主要采用单箱双室的现浇预应力砼连续箱梁，预应力砼连续箱梁结构共计38联，采用支架现浇施工方法。预应力砼连续箱梁在支架上就地浇筑。除跨越各个道路需要满足行车要求的联跨，拟采用50×50军用贝雷梁或φ600钢管立柱和工字钢搭设车辆及人行通道，其它孔跨的连续箱梁，均采用碗扣式满堂支架型式。
3具体搭设技术要求
1）立杆应座落在坚实的基础上，立杆底部设底座，座下铺2.5m×0.3m×0.05m厚木板。
2）根据结构验算结果和桥型走向，合理布设脚手架跨距和纵横距。
3）纵向水平杆、横向水平杆与立杆连接牢固，不得遗漏连接，需进行逐个检查，碗扣销钉需固定不松动，对无法固定的销钉采用点焊固定，不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离小于500mm。
4）立杆的设置：①每根立杆底部应设置底座或垫板；②纵向扫地杆应处于横向扫地杆的上方，均与立杆连接，扫地杆距地面为150mm。
5）剪刀撑的设置：①剪刀撑墩柱位置开始，沿全高度布置，每组剪刀撑的净间距小于15米，杆件连接采用搭接，两端各用一组扣件，距离末端100mm，剪刀撑下端距地不得大于300mm；②无法搭设剪刀撑的位置需设置“之”字形斜撑。
6）上人斜道的设置：①斜道宽度为1米，坡度为1：3；②拐角处设置休息平台，斜道两侧均设置双层拦水防护，高度1.2米，首道拦水距离斜道垂直距离为0.6米，底部设置20cm高踢角板；③斜道脚手板底部应设置横向水平支托杆，间距为500mm，斜道脚手板上设置防滑木条，间距为300mm。
4满堂碗扣脚手架结构验算
4.1材料选用
碗扣式脚手架的立杆、横杆均为采用φ48×3.5焊管制成的定长杆配件，单位重量0.0384KN/m、截面积A=489mm2、惯性矩I=12.19×104mm4、抵抗矩W=5.08×103mm3，横杆与立杆连接采用独特的碗扣接头，由下碗扣承接横杆插头，上碗扣锁紧横杆插头。
4.2验算依据和验算内容
由脚手架杆（构）件和连接件搭设而成的各种形式的脚手架、支撑架和其他用途架子所形成的脚手架结构，具有其自身的特点，不同于工程结构，不能完全套用钢结构的计算方法，依据1993年制订并下发的《编制建筑施工脚手架安全技术标准的统一规定》（建标［1993］062号）确定的方法和要求进行设计和计算。www.tmgc8.com
1）规定脚手架结构一律采用以概率理论为基础的极限状态设计法（简称概率极限状态设计法，即目前我国工程结构设计采用的方法）进行设计。
2）规定脚手架结构为临时工程结构，其结构重要性系数γ0取0.9。
3）对脚手架结构设计可靠度的要求，考虑到无足够统计数据积累的情况，确定其采用概率极限状态设计的结果，应与我国的历史使用经验相一致，即若采用单一系数法进行设计时，其单一安全系数应满足：强度计算时的K1≥1.5；稳定计算时的K2≥2.0。
4）规定钢管脚手架结构归入薄壁型钢结构，在涉及设计焊接连接、选用轴心受压杆件的稳定系数φ时，应使用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18-87）。
5）规定脚手架的设计计算项目一般应包括：①构架的整体稳定性计算（可转化为对立杆稳定性的计算）；②水平杆件的强度、稳定性和刚度验算；③抗倾覆验算；④地基基础和支承结构的验算。总之，在上述规定的计（验）算项目中，凡没有不必计算的可靠依据时，均应进行计算。
4.3验算假设
1）脚手架的结构设计应保证整体结构形成几何不变体系，以“结构计算简图”为依据进行结构计算。脚手架立、横、斜杆组成的节点视为“铰接”。
2）荷载为均布荷载。
3）碗扣脚手架为定型产品，横杆受力远远小于立杆，不进行横杆受力验算，横杆只作整体稳定性验算内容。
4）单肢立杆稳定性满足要求，整体脚手架稳定性就满足要求。
5）在桥墩位置2米范围内及中隔梁、腹板位置支架间距立杆横距采用0.6m、立杆纵距采用0.9m、步距采用0.6m，其他位置支架立杆横距采用0.9m、立杆纵距采用0.9m、步距采用1.2m，翼缘板立杆横距采用1.2m、立杆纵距采用0.9m、步距采用1.2m。
4.4荷载确定
箱梁荷载：
1）箱梁实体荷载q1。以B匝道第7联（20）-（21）跨为例，根据初步确定立杆间距均在一米之内，按照横向箱梁断面变化分段均布荷载考虑，钢筋混凝土采用25KN/m3：
2）模板荷载q2：取跨中部位（每米用量最多部位）每米使用模板总数量约28m2，按30m2，厚度18mm验算，内支撑方木每米用量约45米（方木尺寸80×50mm），按50米验算，每米使用纵、横向龙骨（100×150mm）传力体系约87米，按90米验算。木材密度取0.4t/m3（杉木干密度0.369g/cm3）
每米模板荷载：q2=（30×0.018+50×0.08×0.05+90×0.15×0.1）×4kN/m3/10.5=0.796kN/m
取q2=1KN/m
3）施工荷载：施工荷载根据常规取q3=3.0KN/m2（施工中要严格控制其荷载量），包括砼振捣荷载。
4.5碗扣脚手架立杆验算
1）在桥墩位置2米范围内及中隔梁、腹板位置，最大分布荷载：
q＝q1-5×1.2+q2×1.4+q3×1.4=42.5×1.2+1×1.4+3×1.4=56.6KN/m
碗扣立杆分布在桥墩位置2米范围内及中隔梁、腹板位置支架间距立杆横距采用0.6m、立杆纵距采用0.9m、步距采用0.6m，则
单根立杆受力为：N＝0.6×0.9×56.6=30.6KN<[N]=40KN
2）在跨中断面底板位置，最大分布荷载：
q=q1-3×1.2+q2×1.4+q3×1.4=11.75×1.2+1×1.4+3×1.4=19.7KN/m2
碗扣立杆支架横距采用0.9m、立杆纵距采用0.9m、步距采用1.2m，则
单根立杆受力为：N＝0.9×0.9×19.7=15.9KN<[N]=30KN
3）跨中翼缘板位置立杆计算：
q=q1-2×1.2+q2×1.4+q3×1.4=11.25×1.2+1×1.4+3×1.4=19.1KN/m2
翼缘板立杆横距采用0.9m、立杆纵距采用1.2m、步距采用1.2m。单根立杆最大受力为：N＝0.9×1.2×19.1=20.6KN<[N]=30KN经验算，立杆均满足受力要求。
4.6碗扣脚手架整体稳定性验算
碗扣式满堂支架是组装构件，一般单根碗扣在承载允许范围内就不会失稳，为此以轴心受压的单根立杆进行验算：
公式：N≤[N]=ΦA[ó]
碗扣件采用外径48mm，壁厚3.5mm，A＝489mm2，A3钢，12.19×104mm4，回转半径i=15.8mm，跨中翼板位置：h=120cm，横梁底板位置步距h=60cm。
跨中翼板处长细比λ＝L/λ=120/1.58=75.9<[λ]=150取λ＝76；
跨中腹板处长细比λ＝L/λ=60/1.58=37.9<[λ]=150取λ＝38；
此类钢管为b类，轴心受压杆件，查表
Φ＝0.744（跨中翼板处），Φ＝0.893（横梁底板处）www.tmgc8.com
[ó]=205MPa
跨中翼板处：[N]=0.744×489×205=74582.28N=74.6kN
跨中腹底板处：[N]=0.893×489×205=89518N=89.6kN
支架立杆步距120cm中受最大荷载的立杆位于跨中翼板处，其
N＝20.6kN；立杆步距60cm中受最大荷载的立杆位于跨中腹板处，其
N＝30.6kN（见前碗扣件受力验算）
由上可知：跨中翼板处：20.6KN＝N≤[N]=74.6kN
跨中腹板处：30.6KN＝N≤[N]=89.6kN
跨中翼板处：n＝n=[N]/N＝74.6/20.6＝3.6＞2
跨中腹板处：n＝n=[N]/N＝89.6/30.6＝2.9＞2
经验算：支架立杆的稳定承载力满足稳定要求。
4.7碗扣脚手架龙骨受力体系受力验算
碗扣脚手架龙骨受力体系在桥墩位置2米范围内及中隔梁、腹板位置主次龙骨均采用150×100mm，其它部位采用100×100mm方木。方木弹性模量E（N/mm2）:9500.000；方木抗弯强度设计值
（N/mm2）:12.000；方木间隔距离（mm）:300.000。
1）在桥墩位置2米范围内及中隔梁、腹板部位：10cm×15cm龙骨验算：桥墩位置2米范围内及中隔梁、腹板位置的荷载q=56.6KN/m2，立杆纵向间距为90cm，横向间距为60cm。
①P计算：
10×15cm横向次龙骨间距为30cm：
p=q×l横×0.3＝56.6×0.6×0.3=10.188KN
②强度计算：
因为p在跨中，数量n为3，n为奇数，l=900mm，
所以Mmax=（n2+1）pl/8n
=（32+1）×10.188×0.9/（8×3）=3.82KN/m=3.82×106N/mm
σw=Mmax/w=3.82×106/375×103＝10.2MPa<[σw]=12MPa满足要求。
③挠度计算：根据n=3，n为奇数，l=900mm
Wmax=（5×n4+2n2+1）pl3/384n3EI
=（5×34+2×32+1）×10.2×103×9003/384×33×9×103×2812.5×104
