引言：支架的应用范围和重要性

支架作为桥梁施工常用措施，运用范围广，常见于现浇箱梁施工、挂篮零号块、边跨现浇段、塔柱横梁、钢箱梁滑移轨道、栈桥、钻孔平台等部位；

支架作为常用结构，其结构安全尤为重要，每年因为支架垮塌造成的群死群伤事件屡见不鲜，做好支架的设计和施工质量管控工作是桥梁技术人员必须掌握的基本技能；

支架结构形式多样，每种结构形式需要考虑的计算细节不同，把握支架结构选型、强度刚度分析、稳定性分析、细节计算分析是保障支架设计安全的重要因素，缺一不可；

支架的优化设计对项目的施工成本是至关重要的因素，自上而下设计，采用标准化的工艺、材料、可周转使用是确保经济性的重要手段。

支架设计需考虑的因素

桥梁结构支架设计

1、支架类型及适用性；

2、结构的构型设计范例；

3、支架荷载设计及相应规范；

4、支架的强度与刚度设计；

5、支架的稳定性定性与定量分析；

6、悬浇箱梁零号块抗倾覆计算；

7、支架预埋件设计；

8、支架设计的一些习题。

1、支架类型及适用性

常用满堂脚手架

满堂脚手架的失稳状态：

一般来说满堂脚手架属于有侧向位移的无限自由度压杆；和无侧向位移的压杆相比，屈曲失稳时的半波长度大于节间距，一般来说破坏时的长细比约250（各位可以调查一下网上的事故照片，根据长细比反推支架坍塌时叠了多少层，250^2≈200π，求解稳定性超越方程里面的一个特定根，所有的根都和π 有关系）。

目前所有的脚手架规范都是按照步距和伸出量换算计算长度，利用节间稳定欧拉公式来算整体稳定，思路出了问题，高支架风险很大。

满堂支架选型表的应用

• 一般来说推荐使用碗扣和盘扣式脚手架，这两类支架搭设出来的满堂支架垂直度比扣件式的好，节间距也比较标准；

• 扣件式支架、门式支架、轮扣支架不建议选用作为满堂支架，重型门架可作为满堂支架，但缺少相应规范；

• 风险性低和中的，优先推荐使用碗扣和盘扣；风险性高的优先推荐T60塔架或者博远的60*3.2mm盘扣支架；

• 控制脚手架设计的主要是腹板区荷载，应采取加密立杆纵横间距，缩短步距的方式提高单杆稳定承载能力，加密立杆和缩短步距的范围应该超出腹板每侧3排。

满堂支架设计参考规范目录

• 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 √

• 《砼结构设计规范》GB50010-2010 √

• 《钢结构设计规范》GB50017-2003 √

• 《建筑施工临时支撑结构技术规范》JGJ300-2013 √

• 《扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011 ×

• 《建筑施工承插型盘扣件钢管支架安全技术规程》JGJ231-2010 √

• 《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》JGJ128-2010 ×

• 《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ166-2008√

• 轮扣钢管脚手架，规范暂无；×

• 重型门式支架；规范暂无；×

• T60塔架，（欧标）预计是逐步推广产品，湖北省出来一个地方标准（征求意见稿） √

梁式支架选型表

梁式支架选型表的应用

• 梁式支架选型表仅仅从支架跨径考虑，不同的荷载下，根据计算结果调整纵梁数量和横向间距布置；
  
  
• 风险等级低的支架并不能完全避免支架侧向整体失稳（或者侧向倾覆），这与荷载的集度、支架平面联系刚度和间距有关，需在设计时通过构造保证；

• 一般情况下贝雷支架小于12m的跨度，侧向整体失稳的安全系数是够的；

• 梁式支架的支点位置相当重要，尽量布置在支架的强节点上，相对来说贝雷的强节点在立杆上；万能杆件的强节点在N3和N5杆件组成V型节点处；64军梁有专用的端部节点单元，根据需要选用；

• 所有支点均需复核节点杆件的局部屈曲，布置在其它节点位置的支点，需要采取加固措施；

• 型钢支架在特殊情况下采用，例如净高受限的通道，塔柱横梁现浇支架等特殊位置；一般来说，采用制式支架更经济；

• 万能杆件由于拼拆麻烦，螺栓费用高，一般很少采用，只有在大跨度方案中会采用。

2、结构的构型设计范例

塔架设计：

• 采用闭口截面，增加压杆的回转半径i；

• 塔架整体高度小于250i（i为立柱回转半径）；

• 立柱节间距离小于40i；

• 横杆小于80i（横杆回转半径）；

• 斜杆小于120i（斜杆回转半径）；

顶推引导梁：

• 引导梁跨度大于2/3跨径；

• 引导梁刚度I大于1/3主梁I。

主梁：

• 主梁高度大于跨径的1/12~1/8；

• 主梁节点在强节点上；

• 增加主梁之间的水平横向联系；

矩形围堰：

• 矩形围堰壁厚大于1/4围堰支撑间距；

• 斜撑角度45~60度最优，必须采用双角钢和四角钢组合；

• 加劲柱4~5个V设置一道；

• 竖向加劲肋小于35倍板厚；

• 内外壁板厚度一致，加劲设计一致；

• 超过16m水头，采用封仓砼更经济；

• 环撑间距按照等强支撑设计；

圆形围堰：

• 圆形围堰壁厚大于1/16围堰直径；且大于1.3m；

• 斜撑角度45度最优，可采用单角钢；

• 隔舱板4~6个V设置一道；

• 竖向加劲肋小于35倍板厚；

• 内外壁板厚度一致，加劲设计一致；

• 超过16m水头，采用封仓砼更经济；

• 环撑间距按照等强支撑设计；

不同构型的围堰比较

同型围堰的总用钢量与排水面积，水深的平方成正比，一般矩形围堰的用钢量是同排水面积和水深的圆形围堰的1.4~2倍，与支撑位置和数量有关

皂膜比拟法寻找围堰最佳构型

脚手架

脚手架设计流程

1、荷载分区，分别计算翼板、腹板、底板的荷载集度；

2、根据支架高度选择支架型式，查Pcr曲线表对应高度的临界荷载；

3、根据荷载布置立杆纵横距a、b和横杆步距l；

4、按照规范计算一遍。

挂篮：

构型的重要性

• 支架设计的第一步就是结构选型，根据现场的资源、施工环境等约束条件选择合适的结构类型；

• 构型合理的支架是保障结构安全、经济性的最关键一步

• 多看，多想，多比，多试是掌握结构选型的不二法门。

3、支架荷载设计及相应规范

《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2012；

《公路桥涵设计通用规范》JTG/D60-2015；

《公路桥梁抗风设计规范》JTG/T/D60-01-2004。

摘自《公路桥涵设计通用规范》JDG/D60-2015 ,Page20 表4.1.5-2。

可变作用取值及系数

注：

1、车辆荷载取值见《公路桥涵设计通用规范》JDG/D60-2015 ，Page26 4.3.1节。

2、流水压力计算见《公路桥涵设计通用规范》JDG/D60-2015 ，Page32 4.3.9节。

偶然作用取值及系数

4、支架的强度与刚度设计

许用应力法与概率极限状态法比较

概率极限状态法判断准则

强度理论

注：

• 第三强度偏安全，适合工业设计、化工设计；

• 第四强度偏实际经济，适合钢结构设计。

a、材料强度取值范围：

b、结构容许挠度：

注： 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86已废止，且无新规范可供参考，对于非承载简支梁的挠度仍按照JTJ025-86规定控制。

常见梁的变形计算

常用支架的变形计算

桁架跨度L和高度H之间的构造关系

5、支架的稳定性定性与定量分析

第一类和第二类稳定问题区别

该图说明，实际使用的支架失稳低于理想弹性柱的失稳，需要考虑安全系数K；

杆件有初始弯曲时的稳定荷载

实际轴压构件采取的计算方法

GB50017中的局部稳定计算方法

第一类失稳：

如图两端铰接轴心受压的构件，当荷载P小于某一临界值时，杆件会因一微小水平力而弯曲，但是水平力消除后，杆件回到原来的位置。但当P大于某一临界值时，杆件因微小水平力而弯曲后，当水平力消除后不再回到原来的位置而是保持新的曲线形式的平衡。这种失稳称为杆件的第一类失稳。

以轴压杆为例：

对于上述杆件由直线平衡形式转至新的曲线平衡形式这一过程可由图中荷载-挠度曲线OAB（OAB’）来表示。由于在A点出现了平衡状态的分枝，因此该类失稳也称为分枝点失稳。因为新的平衡与初始的平衡相比，具有本质上的不同，因此也称作质变失稳。

第一类失稳除压杆失稳外，还有承受静水压力的圆弧拱的屈曲、承受平面内荷载的理想平直梁的侧身屈曲和在结点承受集中荷载的刚架的屈曲。