碗扣式脚手架支撑在桥梁施工中的计算模型

脚手架 桥梁

碗扣式脚手架支撑在桥梁施工中的计算模型

衣振华

（山东大学

摘

王有志

济南!）"##$%

要：通过对碗扣式脚手架支撑的各节点进行分析，提出了该支撑的计算模型，并提出了相应的计算方

碗扣节点

计算模型

法，最后以实际工程应用计算来验证模型的合理性。

关键词：碗扣式脚手架支撑

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在我国桥梁施工中，支撑逐渐采用碗扣式钢管脚手架，这种支撑系统的杆件和节点成千上万，计算复杂。在国内外传统的分析计算文献中，为了简化分析计算过程，钢管脚手架横杆和立杆的连接被认为是理想的铰接连接或理想的刚性连接。理想铰接的假定，将意味着横杆和立杆之间没有弯矩的传递，横杆和立杆相互独立地转动，横杆均为二力杆，只存在轴力；而完全刚性的假定，则意味着相邻杆件之间不会产生相对转动，当脚手架变形时，横杆和立杆之间的夹角保持不变，使得承载力计算结果偏大。尽管这种理想状况大大简化了分析计算过程，但与实际结构相比，其力学性能、计算结果不符合实际受力情况。尤其对于碗扣式脚手架，在实际工程中，其节点性能介于刚性连接和铰接连接两个极限状态之间，在荷载作用下都会传递一些弯矩而同时又会产生一定的变形，发生的是半刚性变形。总之，关于钢管脚手架的计算方法，不论是“铰接”理论还是“刚接”理论，无法对碗扣式钢管脚手架进行准确的计算与设计。目前，我国还没有碗扣式脚手架的设计与计算规范，缺乏对这种脚手架的计算与验算等一整套指导方法。但对于碗扣式钢管脚手架的模型选择已越来越受到人们的重视。

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@计算模型@A@碗扣节点的特点

碗扣式脚手架采用带齿碗扣接头连接的定型杆件构成的带斜腹杆的格构式构造，目前用量最多的是!，JKLMF"N!M"普通焊接钢管和!JKL!F"的低合金钢管做主构件，在一定长度立杆上每隔#F$<安装一套碗扣接头制成。碗扣分上碗扣和下碗扣，下碗扣焊在钢管上，上碗扣套在钢管上，其销槽对准焊在钢管上的限位销即能上下滑动。横杆是在钢管两端焊接横杆接头制成。连接时，只需将横杆接头插入下碗扣内，将上碗扣沿限位销扣下，并顺时针旋转，靠上碗扣螺旋面使之与限位销顶紧，从而将横杆和立杆牢固地连接在一起，形成框架结构。每个下位置任意。如图%碗扣可同时安装J个横杆接头，

所示：其碗扣式连接节点为支承传力方式，受力明确，并克服了构架的随意性；且节点承载力大、轴心连接、接近于刚性。用水平杆和斜杆承受水平力，保证其整体稳定性。碗扣连接节点焊于立杆上，间距为$能满足大多数使用情况下的调高要求。同#C<，时，该脚手架支撑装卸方便，且能装成曲线形状，功能强大。

第一作者：衣振华

女%GH!年H月出生

讲师

博士生

收稿日期：!##"I%!I!#

工业建筑!##$年第M$卷增刊

脚手架 桥梁

!"#节点分析

根据脚手架钢管连接所使用的碗扣接头的物理性能及其力学性能，可知：

）该脚手架横杆在水平面内承受的弯矩（扭矩）!

很小。此方向上不存在弯矩的传递，即无弯矩约束。）该脚手架横杆在垂直平面内承受一定的弯"

矩。在横杆和立杆垂直平面内横杆分配的弯矩数值比较小，连接处能够承受如此小的弯矩，横杆主要承受剪力，因此此平面内存在弯矩约束。

）无论横杆和立杆均具有良好的抗拉、抗压能#

力和抗剪能力。即节点处存在轴向约束和剪切约束。

图"底部支撑

!$上碗扣；"$下碗扣；#$立杆；%$限位销；&$横杆；’$横杆接头

图!碗扣接头

"$底部支撑分析

桥梁脚手架支撑底部焊接了一块!(())*(())*&))见方的铁板，压在混凝土块或枕木上，由于钢管和铸铁仅仅用焊接的方式连在一起，受弯时钢管和铸铁很容易松脱，因此，此部位空间抗弯能力较差。由于加载后上部荷载比较大，造成支撑底部具有很大的摩擦力，立杆不会滑动。同时，脚手架底部竖向抗压能力很强，而无抗弯能力，所以底部支座处无弯矩约束，为铰接连接。如图"。"%支撑顶部枕木与脚手架的连接方式分析

施工过程中，桥梁支撑顶部所使用的枕木截面

碗扣式脚手架支撑在桥梁施工中的计算模型———衣振华，

等

积是一般是+&))*!!())。脚手架支撑结构顶层端点焊接了一块铁槽，横向枕木嵌入在铁槽中。如图#。

图#支撑顶部与脚手架的连接方式

在顺桥方向边榀钢管处，由于枕木与钢管组合部位采用搭接的方式，在横向平面内抗弯能力较差，但受到来自于顶部强大的荷载，使得组合部位处抗剪、抗压能力强。在顺桥方向中间榀钢管处，枕木与

钢管组合部位在横向平面内枕木抗弯能力较强，而钢管只受到来自枕木的压力，无抗弯能力。同样，由于采用搭接的方式，抗剪、抗压能力强。因此，此部位处力学模型上采用复合铰的形式。

"&计算模型

根据以上分析，对于施工过程中桥梁脚手架支撑系统所选用的模型，应为具有半刚性节点空间框架模型（模型如图%）。具本描述如下：!）横向或纵向任意面内（除了顶层钢木组合部位处）立杆与立杆的连接为刚接，顶层钢木组合处为铰接。底部钢管与枕木或混凝土块连接处为铰接。"

）横向或纵向面内：水平面内横杆与立杆的连接为铰接；立面内横杆与立杆的连接为刚接。

#

）枕木和钢管连接处：脚手架边部横杆和立杆-,&

!!!!

脚手架 桥梁

为铰连接，其他部位为复合铰连接。

该模型是介于空间框架结构和空间桁架结构之间的一种结构，为了方便，称之为空间框架铰接结构。其简图如!。当建设中的桥面有一定的倾斜度，其模型顶部杆件会不相同，如图"；当建设中的地面不平时，其支撑架的模型为图#；当桥梁是曲线形时，其模型的平面如图$；当建设中桥梁跨越公路时，在交通口处应设龙门架，其立面如图%。

图$曲线型支撑平面

图!空间框架铰接模型

图"支撑顶部有斜度

图#地面有斜坡"#基本假定

&）横杆与立杆承受一定的弯矩，存在一定的偏心。由于脚手架是超静定结构，对所受荷载具有内

力调节能力，当将’()／*

+的施工荷载分别按偏心和不偏心布置在试件上时，偏心受荷下的承载力仅

仅降低为",#-，

影响不大，因此，忽略偏心影响［&］。0$#

&.工字型钢梁

图%通道口门型支撑架

+）由于桥梁脚手架支撑必须保证施工过程中的安全性，其受力应完全在线弹性范围内。’）脚手架钢管截面积较小，剪切变形对刚度影响不大，因此，忽略剪切变形的影响。!

）忽略“梁”“、柱”轴线之间的偏差，假设框架所有杆件轴向都在同一框架平面内，且不考虑框架杆件的初始弯曲及框架搭设的不垂直度。

"

）立杆是主承力杆，由于顶层立杆变成简支形，而消除了偏心弯矩，实际的应用也证明了这一点。

"$桥梁脚手架支撑中各钢管的作用

根据现场观察和调研，支撑系统中各钢管的作用如下：

&

）施工荷载以均布力的形式传到模板上，模板搭在枕木上。

+

）顶层枕木将施工荷载传递给立杆，由立杆传递到地面枕木或混凝土块上，枕木或混凝土块以均布荷载传至地面。

’

）顶层的立杆受轴力和剪力作用。!

）立杆是脚手架结构体系中受力最明显的构件。脚手架主要的承载能力取决于立杆的强度，横

杆只起到了支撑立杆、减少长细比的作用。"

）剪力撑将整个框架连成几何不变体系，限制了脚手架在计算平面内的位移，加强框架的整体稳定性，并抵抗风荷载等水平荷载。

#）一般不考虑杆件自重影响。当脚手架较高+/*时，

可考虑自重）。（下转第0#0页）

工业建筑+//#年第’#卷增刊

!（如超过!

脚手架 桥梁

分采用常规方式填筑；分界线至桩顶范围内，利用对桩身进行包裹，然后采用常规方!"#$厚泡沫塑料，式填筑；在承台范围内，在承台的背面设置!"#$厚泡沫塑料土压力缓和层，以每层%"#$压实厚度分层填筑台背石灰土，每填筑两层后，将靠近泡沫塑料的回填浇筑低强度等级混凝&"#$范围内石灰土挖除，土，以此逐步回填至路基顶，所有桥台台背回填结束后，即可在桥台上利用汽车吊进行板梁吊装。在桥头路面工程施工前完成桥台搭板的施工（见图!）。

!使用效果与分析

）使用效果。按照上述工艺，经观测，桥台未有!明显位移，台后填土未出现明显下沉。泡沫塑料土压力缓和层发挥了预期的效果。

）分析。泡沫塑料作为土压力缓和层，主要是%

依靠其较大的弹性和较高的抗腐蚀性，其对石灰土硬化过程中体积膨胀和吊装时外荷载产生的侧向土压力有较好的吸收和化解作用，而石灰土压实后再逐层挖除并回填混凝土，则主要是消除石灰土因压实对台背产生的侧向土压力。

"结语

永昌桥现已建成通车，运营状况良好。本文提出的泡沫塑料土压力缓和层在轻型桥台台背回填中的应用，为实行轻型桥台先回填后吊装的工序提供

!’泡沫板

图!施工示意

了一种可行的途径，方便了桥梁施工，对拓展和丰富桥梁工程的施工工艺具有现实意义。

（上接第()*页）

所以传力途径为：竖向荷载!立杆托撑或纵横向横杆!立杆!基础；水平荷载!斜杆、纵向或横向杆!立杆!基础。

有了计算模型和传力路径，进而可以求解其内力。很明显，该模型是空间杆系结构，应用大型有限元程序可以解决，如+也可自编程。有了,-.-等，内力，就可计算其承载力和稳定性是否满足。#$%实际工程应用

应用：滨州黄河大桥中/!01**(2(0)匝道桥。

类型：左幅等截面空心板、右幅变截面空心板桥。尺寸：全桥长0左幅宽!右幅滨洲方*2"*$，&$，向宽!博山方向宽%桥高0(234$，%2%!4$，2""$。

%，荷载荷载：左幅跨中截面积*2))*$

%；%，右幅跨中截面积!荷载／!2&%%$!(24*5,$%；%，／翼缘截面积"荷载)／!&2"&%5,$200$2!05,%；%；横梁荷载%／施工人员荷和施工料具32*5,$$

%；行走运输或堆放荷载%振捣混凝土时产／205,$%；倾倒混凝土时产生的水平荷载生荷载%／2"5,$%。支架布置见表。／!%2"5,$

应用效果：根据桥梁的实际荷载加上工程师的经验，确定了4种搭设方案。利用上面的计算模型和有限元程序计算，最终选用了表中的搭设方案。实际应用后表明，该方案不但满足了工程需要，而且用料是最经济的，从而避免了施工前的盲目搭设，节省了材料，缩短了工期。

&结论与建议

［］!和工程实践都已表明：对该种脚手模型试验架结构的模型假定是完全许可的，所带来的误差在工程上可忽略不计。但在支撑节点、计算模型方面的研究远没有结束，需继续做大量的试验和对工程实际的跟踪研究，进一步开发相应的计算机软件。

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开发，（）%"""%

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表#匝道桥支架布置汇总

支架规格竖杆

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横杆

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总根数／根

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0张鼎2钢管脚手架的计算及施工的探讨2江苏建筑，（）!((!4

泡沫塑料在轻型桥台台背回填中的应用——

—黄继元

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脚手架 桥梁

碗扣式脚手架支撑在桥梁施工中的计算模型

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

衣振华， 王有志， Yi Zhenhua， Wang Youzhi山东大学,济南,250061工业建筑

INDUSTRIAL CONSTRUCTION2006，36(z1)1次

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本文链接：/Periodical_gyjz2006z1282.aspx授权使用：中南大学(zndx)，授权号：a9b180a9-f0b0-4c33-9ee3-9dbe017e02b1

下载时间：2010年7月25日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ikh1.html