中铁十局集团第三建设有限公司阜阳102省道项目部 安徽省合肥市 230000
摘要：针对盖梁的特点，在盖梁施工中开发了一种新型大直径钢管型钢支架，装配式定型化，各部连接件采用法兰盘连接，因支撑系统全部落在承台上，避免了采用传统脚手架支撑在地基上的不均匀沉降问题，安全风险小，质量易于控制，从施工效率、施工成本上比传统脚手架也有明显的优势。
关键词：大直径；钢管支架；盖梁施工
一、常用盖梁支撑体系分类及优缺点
（一）常用盖梁模板支撑体系类型
1.横穿型钢法；
2.预埋钢板法；
3.支架法；
4.贝雷架叠加法；
5.抱箍法；
6.大直径钢管型钢支架。
（二）优缺点：
1.横穿型钢法：
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横穿型钢法
优点：（1）支架、模板及整个盖梁的重量通过横穿件传至墩柱，由墩柱承受，传力途径简单明确，不存在支架下沉的问题；
（2）适合高桥墩的盖梁施工；
（3）对方木需要量很少。
缺点：在墩柱内埋设预留孔，在施 工浇注墩身砼时对砼振捣人员的操作带来很大的不便，造成了一定的施工难度，且该方法容易影响墩柱的外观质量，其处理不但费工费时而且处理质量很难令人满意；再次，该施工体系在一定程度上，对墩身结构完整性造成了不同程度上的破坏。
2.预埋钢板法：
优点：（1）与横穿法体系一样，支架、模板及整个盖梁的重量通过钢支撑及预埋钢板传至墩柱、由墩柱承受，传力途径简单明确，不存在支架下沉的问题而且也不用破坏钢模；
（2）适合高桥墩盖梁的施工；
（3）对方木需要量很少。
缺点：（1）预埋钢板要消耗大量的钢材，预埋件不能重复利用，很不经济；钢支撑的焊接工作量很大，且对焊接质量的要求也比较高，而且盖梁施工完后要对墩柱外观进行处理，不但费工费时而且较难保证质量。
3.支架法
优点：（1）支架的形式及高低可根据墩周围的地形和墩柱的高度等随机变化，方法灵活；
（2）不用在墩柱上设置预埋件，不会对墩柱外观造成影响。
缺点：（1）支架法施工对地基的承载力要求比较高，一般均要求对地基进行压实，对软土地基还需要浇筑砼地坪。因此，对地基的处理要花费较多人力物力。如果对地基的处理稍有不慎，即可造成支架整体下沉，严重影响盖梁的施工质量。
（2）墩柱较高时，必须对支架进行预压以消除非弹性变形，这需要消耗大量人力物力。
（3）由于墩柱高度的变化而调整底模高度；对于钢管支架，从经济上讲都是不合算的，而且还要大量不必要的人力。
（4）墩柱较高时，支架庞大，需要巨额投入而且安装支架费时耗力。
（5）水中施工无系梁桥墩时，支架法很难用得上。支架法施工虽然方便灵活，但该法有其自身固有的缺点，在施工时尤需注意支架的稳定性、非弹性变形及地基沉降等方面的问题。
4.贝雷架叠加法
优点：（1）贝雷架长度及高度可根据盖梁到地基高度以及周围的地形随时变化，方法比较灵活多变。
（2）不用在墩柱上设置预埋件，墩柱外表美观。
（3）特别适用于大型墩柱（花瓶墩）施工，对工期、工程质量、造价、安全问题都比较好。
缺点：（1）贝雷架叠加法施工对地基承载力比较高，一般均要求对地基反复压实，必要时还要浇筑地坪增大地基承载力。因此，对人力、物力都需要大量的投入。
（2）水中施工无系梁桥墩时，贝雷架叠加法施工很难进行。
（3）墩柱较高时要大量的贝雷架成本耗资巨大，贝雷架拼装要大量的人力、物力，因此从经济上讲不合算。
5.抱箍法
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优点：（1）不受地基条件的影响，施工工序较为简单；
（2）抱箍、型钢等材料可以循环利用，节约成本；
（3）不需砂桶等落架设备；
（4）不受墩柱高度的影响；
（5）能保证墩柱的外观质量。
缺点：由于靠摩擦力来承重，施工具有一定的风险性。
6.大直径钢管型钢支架
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抱箍法
优点：（1）避免了采用传统脚手架支撑在地基上的不均匀沉降问题，安全风险小，质量易于控制。
（2）从施工效率、施工成本上比传统脚手架有明显优势，材料可循环利用。
（3）能够保证墩柱的外观质量。
缺点：一次性投入成本较大。
二、大直径钢管型钢支架方案简介
（一）结构形式
支架由调节段、下横梁、立杆、斜杆、砂箱、上横梁、连接杆、分配梁、方木组成（见下图）。
（二）设计原则
足够的强度、刚度和稳定性。支 架必须可靠地承受施工过程中可能产生的各种荷载，而荷载种类和荷载大小的估算是关键，根据施工技术规范和施工经验确定；支架的总体结构和细部结构均应设置成几何不变体系，有足够的纵向、横向和斜向连接杆件，增强支架的整体刚度和稳定性。
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技术标准按照《钢结构设计规范》GB50017-2011执行。
三、支架搭设
1.承重钢管与主梁连接采用法兰盘连接，承重钢管与承台连接方式采用铰接方式，承重钢管底部焊接法兰盘，采用在承台相应位置预埋膨胀螺栓与法兰盘连接，沿法兰盘周边均匀布置与承台进行紧固。
2.普通螺栓紧固应牢固、可靠，外露丝扣不少于2扣。
3.螺栓应自由穿入螺栓孔，不得强行敲打。
4.支架搭设步骤
（1）调节段与下横梁连接成整体，固定在承台上。
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（2）依次吊装四片立杆与斜杆，螺栓拧紧后放松吊机钢丝绳。吊装第二片后建立连杆。
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（3）四片立杆与斜杆安装完成，纵横向连接安装完成。
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（4）安装砂箱
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（5）安装上横梁，上横梁穿对拉杆连成一体。采用夹板与砂箱固定。
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（6）安装分配梁，分配梁与上横梁采用U型卡连接。
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5.支架搭设过程控制
（1）支架安装时采用两台全站仪在距支架15m左右，成正交控制支架的竖直度。
（2）首件必须进行预压，消除支架的非弹性变形，并获取弹性变形参数，更为了检验支架的安全性。预压荷载为支架需承受全部荷载的1.0倍。预压荷载的分布应模拟需承受的结构荷载及施工荷载。
（3）支架安装完成后，应对其平面位置、顶面高程、节点连接及纵横向稳定性进行全面检查，符合要求，进入下一工序。
（4）支架与立柱需有效支撑，增强支架稳定性。
四、支架拆除
（一）支架拆除条件
非预应力盖梁支架在混凝土强度能承受其自重荷载及其他可能的叠加荷载时拆除。预应力盖梁，支架在结构建立预应力后拆除。
（二）将盖梁与上横梁连成一体。
采用钢丝绳与手拉葫芦将上横梁及其上部固定在盖梁底部，钢丝绳采用兜底吊手拉葫芦设置在盖梁顶部，设置三点。
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（三）砂箱下降
支架拆除时注意在盖梁下方设置安全距离和警戒区域。两侧砂箱下降同步进行，从中间往两侧，左右对称将砂箱放砂，使砂箱与上横梁系统脱离。
（四）钢管支架整体拆除
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支架分两片整体吊装拆除，顺桥向连杆拆除后，先松掉一侧承台与支架的连接。用钢丝绳穿过直杆与斜杆的斜向连接杆下侧。用25t吊机吊出。然后再拆除另一片。（如下图），吊装时注意设置缆风绳。
（五）上横梁拆除
钢管支架拆除后使用两台25t吊车将两根横梁及其上部支架模板下落至地面。在地面拆除底模、分离横梁与分配梁。
（六）支架注意事项
支架拆除应遵循后支先拆，先支后拆的原则顺序进行。
采用卸落装置时，在横向应同时、在纵向应均衡卸落。
五、工程实例
（一）工程概况
盖梁倒T长15.95m，宽3.2m，高3.3m，混凝土方量97m3，底面长度14.36m。钢管放置在承台上，承台宽7.6m。布置如下图：
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盖梁荷载：G1=97×26/14.36=175.6KN /m
盖梁模板荷载（钢模板、竹胶板、方木）：G2=5 KN /m
（竹胶板为：G=3.2×1×0.02×0.6×10=0.384 KN /m；方木为：G=11×1×0.1×0.1×0.5×10=0.55 KN /m；钢模板为：G=（1.5×1×0.006×7.85×10+（1.5×5×8.046+4×12.059）÷1000×10）=3.585 KN /m）
施工荷载（8.8KN/m）按：G3=9.3 KN/m
总荷载G总=175.6+9.3+5=189.9KN/m
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盖梁底示意图如下：
（二）受力检算
1.横向分配梁
横向分配梁采用I 22b工字钢，间距50cm布置，长6m，受力宽度3.2m，共32根。
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跨中最大弯矩
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满足要求
最大剪力在支点处
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满足要求
挠度验算
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跨中：
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2.双I22b工字钢受力
（1）横桥向I22b工字传力每点：P=189.9÷3.2×0.43×2.7÷2=34.45KN
（2）双I22b工字钢受力支座反力为：R=34.45×6÷2=103.35KN
（3）最大弯矩为M=103.35×0.85-0.425×34.5-0.85×34.5=43.9KN·M
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弯矩图
（4）应力
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满足要求
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应力图
（5）位移
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最大位移7.3mm 0.0073m＜
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满足要求
3.主梁500×300H型钢
工字钢重：G4=356.72÷1000×6×24.3KN/m
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一根梁受力：
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（1）建立受力模型：（使用6m高钢管支架）
（2）受力图（主梁自重已考虑）
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由计算结果可知，中支点的受力为475.7kN，边支点处（即斜撑）的受力为293.1÷COS30°=338.4KN。
（3）应力图：
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最大应力为68.6MPa＜[σ]=215mpa，满足要求。
（4）变形图
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最大变形值为3.3mm。3.3/5400=1/1636＜1/400，满足要求。
（5）地基承载
钢管立柱均竖立在承台上，不考虑地基承载力。
4.钢管支柱稳定性验算：
（1）立柱高为9.61m，本次验算取10m。
Ф377mm×10mm钢管桩单桩受力为最大为475.7KN
钢管稳定性验算：
Ф377mm×10mm钢管桩A=115.296cm2
Ф377mm×10mm型钢管截面特性：i＝12.98cm，
λ＝l/i=10/（12.98×10-2）=77.05
按b类截面计算，稳定系数φ查表得：φ＝0.748
钢管抗压强度设计值取170MPa F=0.748×170MPa×A=0.748×170000×0.0115296=1466KN>475.7KN
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满足要求。钢管采用槽钢连接成整体，作为一组支撑立柱。
为加强钢管立柱端部强度，防止钢管立柱因偏心受力，局 部受力过大，造成端口变形，在钢管立柱底口及顶口设置法兰盘进行加固处理。若钢管长度不足，使用法兰盘接长。
（2）调节柱采用直径500mm，壁厚10mm钢管。横桥向 采用双I22b工字钢放置在钢管柱顶法兰盘上并用螺栓固定。立柱钢管固定在工字钢上。法兰盘连接。（如上图）
调节柱按5.5m计算
λ＝l/i=5.5/（17.327×10-2）=32
按b类截面计算，稳定系数φ查表得：φ＝0.9486
钢管抗压强度设计值取170MPa
F=0.949×170MPa×A
=0.9486×170000×0.0153938=2482.46KN>803.5kN 满足要求。
（三）施工过程注意事项及预压情况
1.砂箱内的砂取用标准砂并在压力机上进行预压，减少压缩形变量。
2.预压时根据构件重量布置点合理布设预压材料，施压时对称布置预压材料，杜绝偏心预压。
3.预压变形量实测为最大3mm。
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（四）拼装过程危险因素及应对措施
1.必须按照既定安装顺序施工，不得出现螺母不到位现象。
2.吊装过程中设置警戒，非施工人员严禁入内，严禁施工人员在吊车作业半径内停留、行走。
3.必须安排专人指挥，吊机司机和施工人员思想必须一致，听从指挥，吊装主梁时吊点位置不得随意调整，施工人员不得随吊装物一起升降。
（五）焊接
加大杆件的焊接质量控制，对焊接水平进行考核，合格后方能上岗；检查焊接用材料，场内焊接采用CO2气体保护焊，外场所有焊条必须符合规范要求、必须与杆件材质相匹配；焊接采用坡口形式，坡口质量必须符合规范要求；对焊缝的长度、宽度等项目按照规范进行严格检查，不符合的重新进行焊接，焊接时必须保证上下节杆件同心。
（六）防坠落措施
1.支架验收完毕后及时对支架顶部进行维护，如走行板必须满铺，维护护栏必须按要求设置，同时使用密目网进行封闭式维护；
2.盖梁平台下部必须设置防坠落网。
（七）拆除过程危险因素及应对措施
拆除过程中必须按照既定拆除方案进行拆除，先落砂箱，拆除砂箱。拆除承重杆件时先解除柱脚与承台的连接，用安全绳将杆件固定，再拆除调节段与主杆的连接法兰盘，随即将杆件半幅整体吊走，禁止未吊走而进行下一杆件拆除工作；主梁下放时必须两侧对称、同步平缓下移，防止倾覆。
1.吊装
设置起重指挥人员，所有人员思想统一，听从指挥；
2.防坠落措施
（1）施工人员在顶部施工中，必须系好安全带；
（2）施工人员禁止随吊物一起升降。
综上所述，采用钢管型钢支架形式的支撑结构，装配式定型化，受力杆件直接支撑在已浇筑成型的承台顶面，满足支撑点受力要求及施工要求，具有装拆便捷，安全风险小等优点。
参考文献：
[1]中国工程建设标准化协会.钢结构设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.63-76页．
[2]杨家斌.实用五金手册[M].北京：机械工业出版社，2011.103-121页．
[3]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.51-63页．
[4]国家质量监督检验检疫总局.起重机械安全规程[Z].