支架的作用

支架的作用目前，我国正处于交通基础建设大发展时期，随着我国社会、经济进一步加速发展，对交通基础的需求将持续增长，尤其是对一些大型、特大型桥梁的需求。但同时，也产生了另一个不容忽视的问题，就是桥梁工程支架施工过程中的安全隐患仍然存在，安全事故时有发生，并造成人员伤亡。下面列举近年来发生的一些由于支架坍塌造成的重大安全事故。2000年11月，盐坝高速公路工程起点高架桥发生支架倒塌的生产安全事故，这次事故造成了10人死亡，桥面坍塌宽度20m，长度约59m，当时正在进行桥梁主体的混凝土浇筑工作。事故发生后，初步原因分析如下：①立杆垂直度误差偏大，部分扣件未拧紧，水平杆连接未采用搭接方式。②倒塌的第7跨支架设计中未设横向剪刀撑，纵向虽设有剪刀撑，但其数量不够。剪刀撑设置未达到要求，造成支架主体稳定性不足。③支架设计中对不利荷载因素及分布认识不足，未采取相应的对策措施。④施工、监理部门管理不力安全意识淡薄。2002年2月，四川省自贡市某主孔为80m的现浇箱型拱桥在施工时发生支架倒塌的生产安全事故，这次事故造成3人死亡，事故发生后，分析主要原因如下：①支架承载力不满足要求，局部立杆被压弯导致支架整体倒塌。②不均匀加载。③采用了质量不合格的材料、产品和设备。④支架搭设不符合规范要求。2010年1月，云南昆明机场引桥混凝土浇筑施工过程中发生支架垮塌事故，这次事故造成7人死亡，施工现场结构物垮塌长度约35.8m。款13.2m。事故后分析主要原因如下：①混凝土浇筑过程中支架发生异常振动，但未引起重视。②个别支架钢管、扣件存在质量问题，导致支架失稳。③为节省人力物力，在支架搭设中间部分，竖向钢管安装过于稀疏，从而导致支架密度不够。以上案例可以看出，支架倒塌的发生率还是比较高的，而且极易造成群死群伤的事故发生，可以说事故的后果是相当严重的，因此，规范支架施工安全就显得至关重要。支架是桥梁施工作业中不可缺少的施工手段和设备工具，是为大型混凝土结构物施工提供模板支撑和为施工现场工作人员提供施工时的操作平台，它既要满足施工的要求又要为保证工程质量和提高工作效率创造条件，其主要作用如下：①为结构物施工提供支撑系统，保证工程作业面的连续施工。②能满足施工操作所需要的运料和堆料的要求。并方便操作，③对高处作业人员能起到防护作用，以确保施工人员的人身安全。④使操作不致影响施工效率和工程质量。⑤能满足多层作业、交叉作业、流水作业和多工种之间配合作业的要求。第二节支架的分类支架的种类很多，但目前常用于桥梁施工作为支撑系统的支架有：扣件式支架、门式支架、碗扣式支架、万能杆件支架、贝雷片支架、CUPLOK支架系统。一、按支架的用途划分1、结构工程作业支架结构工程作业支架简称作业施工平台，它是为了满足主体结构工程修补、高墩柱、盖梁等施工作业需要设置的临时施工作业平台。2、支撑和承重支架支撑和承重支架简称模板支撑架，它是为了支撑模板及其荷载或为满足其承重要求而设置的整体支架支撑系统。3、防护和爬升支架防护和爬升支架简称作业防护系统，包括作业区域围护隔离、临时通道防护栅、桥梁施工上下爬梯及桥梁临边临空等设置的支架系统，主要为了保证从业人员的施工安全。二、按支架的受力划分1、整体受力支架立杆与水平杆通过轮盘、碗扣或扣件等连接成整架，立杆的荷载和内力在向下传递时，与其相连的水平杆能起到分配荷载的作用，与立杆共同承受荷载。2、单列轴心受力支架由于单列支架横向联系较少，施工荷载主要沿单列支架自上向下传递。相邻支架间互不影响，每列支架单独发挥支撑荷载的作用。3、简支受弯受力支架部分门洞或跨河施工时搭设的支架，通常跨径相对较大，施工荷载均布作用在支架的横梁上，使横梁产生一定的挠度而受弯变形，从而起到承受荷载的作用。第二章设计计算一、计算荷载（一）荷载分类支架上的荷载分为永久荷载和可变荷载。1、永久荷载永久荷载包括模板重量、钢筋混凝土重量、支架结构自重（包括立杆、纵向水平杆横向水平杆、支撑和扣件的自重）。⑴模板自重标准值木材重度6~7KN/m3，胶合板重度7。3KNm3钢材重度78.5KN/m3.2钢筋混凝土自重标准值普通混凝土的重度采用24KN/m3，钢筋混凝土重度可采用25~26KN/m3（以体积计算的含筋量≤2%时，重度采用25KN/m3，含筋量2%时，重度采用26KN/m3）。（3）扣件式钢管支架自重标准值略2、可变荷载可变荷载分为施工荷载和风荷载⑴施工荷载施工荷载指的是施工阶段为验算桥梁结构或构件安全度所考虑的临时荷载，如施工人员及设备荷载、振捣混凝土时产生的荷载。①施工人员及设备荷载的标准值：对支架系统取1.0KN/m2.②振捣混凝土时产生的荷载标准值水平模板采用2.0KN/m2.垂直模板（侧摸采用4.0KN/m2，作用范围在新浇混凝土侧压力的有效高度之内，用FH表示⑵风荷载标准值风荷载标准值指作用于支架上的水平荷载标准值，计算公式如下：Wk=0.7µzµsw0式中wk------风荷载标准值（KN/m2）µz------风压高度变化系数µs------支架风荷载体型系数w0-----基本风压（KN/m2）风压高度变化系数的确定：①对于平坦或稍有起伏的地形风压高度变化系数应根据粗糙度类别确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类------指近海面或海岛、海岸、户岸及沙漠地区。B类------指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。C类-------指有密集建筑群的城市市区。D类------指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。风压高度变化系数在此处键入公式。离地面或海平面高度（m）地面粗糙度类别ABCD51.171.000.740.02101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.201.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.402.091.701.271502.642.382.031.642002.832.612.301.922502.992.802.542.193003.122.972.752.453503.123.122.942.684003.123.123.122.944503.123.123.123.12②对山区建筑物风压高度变化系数可按照地面粗糙度类别，先从表2-1中查去相应数值，再乘以修正系数η予以确定。修正系数η分别按下述规定采用。a.对于山峰和山坡，其顶部B处的修正系数可按下式采用。η={1-ktana[1-z/(2.5H)]}式中：tana-----山风火山坡在迎风面一侧的坡度，当tana0.3时，tana取0.3；K----系数，对山峰取3.2.对山坡取1.4；H----山顶或山坡全高（m）Z----建筑物计算位置离建筑物地面的高度（m）当z2.5H时，取z=2.5H。对于山峰和山坡的其他部位，可按如图所示取AC处修正系数ηAηC为1AB间和BC间的修正系数η的线性插值确定。B、山间盆地、谷地等地形闭塞IDE区域η=0.75~0.85。C、对于风向一致的谷口、山口，η=1.2~1.5③对于远洋海面和海岛的建筑物或构造物风压高度变化系数可按A类地面粗糙的类别，先从表2-1中查取相应的µ值，再乘以表2-2中的修正系数η。远海海面和海盗的修正系数η表2-2距海岸距离（m）η据海岸距离（m）η401.060~1001.1~1.240~601.0~1.1⑶风荷载体型系数确定支架的风荷载系数µ，如表2-3所示，它主要按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB-50009—2001，2006年版）的规定确定。由于支架上风荷载的作用比较复杂，目前的研究深度还很不够，尚需积累经验和科学试验，使确定的风荷载体型系数能满足各种情况的需要。模板及支架的风荷载体形系数µs表2-3状况系数模板支架封闭式0敞开式фwµstw模板1.0①µstw值可将支架视为桁架，敞开式n排支架按µs=µstw=фwµso（1-ηn）/(1-η)公式计算，字母含义可按参照现行国家标准《建筑结构规范》（GB50009—2001，2006年版）中表7.3.1第22项和第36项的规定计算η系数按表2-4采用LB/hηф≤1246≤0.11.001.001.001.000.20.850.900.930.970.30.660.750.800.850.40.500.600.670.730.50.330.450.530.62≥0.60.150.300.400.50注：lB---支架横距或宽度，h—支架高度②ф为挡风系数，фW=1.24/A其中AW为挡风面积AW为迎风面积敞开式模板支架的фw值按表2-5规定采用敞开式模板支架（钢管ф48x3.5mm）的挡风系数фWD的值步距纵距1.21.51.82.01.20.1150.1050.0990.0971.350.1100.1000.0930.0901.50.1050.0950.0890.0871.80.0900.0890.0830.0802.00.0960.0860.0800.077注：当采用ф51x3.5钢管时，表中系数乘以1.06фw亦可按照下列公式计算：фw=1.2/(LWh)式中：1.2---节点面积增大系数；Lw-----立杆纵距（m）；h------立杆步距（m）AN-----步—纵距（跨）内钢管的总当等面积其计算公式：An=(ln+h+0.326lah)/d其中d-----钢管外径（m）0.325----支架立面每平方米内的剪刀撑的平均长度（二）荷载效应组合计算支架时，应根据使用过程中可能出现的最不利荷载组合进行计算，荷载效应组合如下表2-6所示荷载效应组合表2-6计算项目荷载效应组合纵向、横向水平杆强度与变形永久荷载+施工均布活荷载永久荷载+施工均布活荷载支架立杆稳定永久荷载+0.85（施工均布荷载+风荷载）三、设计计算基本要求⑴支架承载力应按概率极限状态设计法的要求，采用分项系数设计表达式进行设计，可只进行下列设计计算：①纵向水平杆、横向水平杆等受弯构件的强度和连接扣件的抗滑承载力计算。②轴心受压构件的稳定性计算。③支架地基基础的承载力计算。④各构件均不进行疲劳强度的验算。⑵计算构件的强度、稳定性与连接强度时，应采用荷载效应基本组合的设计。永久荷载分项系数rc应取1.2，可变荷载分项系数应取1.4.⑶支架中的受弯构件，尚应根据正常使用极限状态的要求验算变形。⑷验算构件边线时，应采用荷载短期效应组合的设计值。三、设计计算参数支架设计的各项计算参数如标-7~表2-12所示。扣件式钢管支架的自重标准表2-7构件重量标准值构件重量标准值钢管（48x3.5）38.4N/m旋转扣件14.6N/个直角扣件13.2N/个对接扣件18.4N/个钢材强度设计值与弹性模量表2-8Q235钢的抗拉、抗压、和抗弯设计值f(KN)205弹性模量2.06x105扣件、底座的承载力设计值表2-9项目承载力设计值（KN）项目承载力设计值（KN）对接扣件（抗滑）3.20底座（抗压）40.00直角扣件、旋转扣件（抗滑）8.00受弯构件的容许挠度表2-10构件类别容许许挠度【v】构件类别容许挠度【v】脚手板、纵向、横向水平杆1/150与10mm悬挑受弯杆件1/400受压、受拉构件的容许长细比表2-11构件类别容许长细比【λ】立杆双排架210单排架230横向斜支撑、剪刀撑中的压杆250拉杆250钢管截面积特性表2-12外径Фd（mm）壁厚t（mm）截面积A（mm）惯性矩I（cm4）截面模量W（cm2）转半径i(cm)每米长质量（Kg/m）483.54.8912.195.081.583.84513.04.5213.085.131.703.55四、设计计算内容（一）纵向水平杆、横向水平杆计算⑴模板支架水平构件的抗弯强度应按下列公式计算：б=M/W≤ƒm式中：б-----弯曲应力（MPa）