高桥墩爬梯结构设计研究

王月华

(泰州职业技术学院建筑工程学院，江苏 泰州 225300)

丁汉飞

(江苏华宁工程咨询监理有限公司，江苏 南京 210018)

高桥墩爬梯结构设计研究

王月华

(泰州职业技术学院建筑工程学院，江苏 泰州 225300)

丁汉飞

(江苏华宁工程咨询监理有限公司，江苏 南京 210018)

针对某桥梁高桥墩爬梯结构设计情况，以某桥梁施工中扣件式钢管脚手架搭设为例，介绍了高桥墩爬梯结构及布置形式，并进行了具体设计计算，为类似高桥墩爬梯设计提供参考。

高桥墩；爬梯；扣件式钢管脚手架

某桥梁采用了双柱式矩形空心桥墩，墩身高达40m，属于高桥墩。为同时满足2个桥墩的施工需要，拟在横桥向2个墩身中间搭设1个扣件式钢管脚手架转梯作为施工用爬梯。下面，笔者对该桥梁高桥墩施工爬梯进行设计研究。

1 高桥墩爬梯结构及布置形式

1.1爬梯平面布置

图1 爬梯平面示意图

爬梯用脚手架采用∅48×3.5钢管进行搭设，步距h=1.5m，爬梯结构宽度B=5.4m,两侧设连墙件与墙体连接(见图1)。

1.2爬梯立面布置

爬梯用脚手架随墩身分节浇注高度进行接高，每次接高6m，脚手架水平杆竖向间距1.5m，连墙件竖向间距C=4.5m，并沿高度方向连续设置剪刀撑，杆件间搭接位置和长度满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ130-2001)》的要求。

2 设计计算内容

2.1计算参数与材料规格要求

图2 爬梯立面示意图

1)取双排脚手架搭设最大高度H为50m，36m以下采用双管立杆，36m以上采用单管立杆。

2)立杆纵距la=1.5m(取最大值计算)，立杆横距lb=1.05m。

3)脚手架钢管采用∅48×3.5(Q235)，每米质量P=0.038kN/m，截面面积A=489mm2，截面模量W=5.08×103mm3，回转半径i=15.8mm，抗压、抗弯强度f=205N/mm2。钢管材质符合《直缝电焊钢管(GB/T13793-92)》或《低压流体输送用焊接钢管(GB/T3091-2001)》中的规定，并符合《碳素结构钢(GB700-88)》中的规定要求。

4)爬梯采用踏步爬梯，按同时铺设8层计算(按脚手架水平断面满铺折算)。

5)同时作业层数n=2(即同时有2层爬梯承受荷载)。

6)横杆与立杆连接方式为扣件连接，连墙件与墩身采用焊接连接，连墙件与脚手架采用双扣件连接，脚手架36m以上为单管立杆，转梯平台中间横杆与立杆采用双扣件连接；其余横杆与立杆采用单扣件连接。扣件质量符合《钢管脚手架扣件(GBl5831-1995)》的规定。

2.2荷载计算

按文献[1]规定，每米立杆承受结构自重标准值gk1=0.1394kN/m，爬梯自重标准值gk2=0.62kN/m2，施工均布荷载gk=3kN/m2，风荷载标准值ωk=0.7μz·μs·ω0[2]，其中,μz为风压高度变化系数，取值为2.03；μs为脚手架风荷载体型系数，取值为1.2；ω0为基本风压值，取值为0.40kN/m2,则风荷载标准值ωk=0.7×2.03×1.2×0.4=0.682kN/m2。

2.3扣件抗滑承载力计算

按文献[1]规定，直角、旋转单扣件抗滑承载力设计值为8.0kN，由于扣减抗滑承载力系数为0.8，则单扣件抗滑承载力实际设计值R=6.4kN，双扣件抗滑承载力实际设计值R′=6.4×2=12.8kN。

横向水平杆自重P1=la×P=1.05×0.038=0.0399kN；纵向水平杆自重P2=lb×P=1.5×0.038=0.057kN，中间立杆承受的施工荷载和爬梯荷载的效应组合值Q=(1.2gk2+1.4gk)×(la×lb)=(1.2×0.62+1.4×3)×(1.5×1.05)=7.7876kN。因此，转梯平台中间立杆双扣件上的承载力R1=1.2(P1+P2)+Q=1.2×(0.0399+0.057)+7.7876=7.904kN，而其余立杆扣件上承载力R2应不大于R1/2，故取R2=R1/2=3.952kN。由于转梯平台中间立杆双扣件抗滑承载力设计值(R′=12.8kN)大于该双扣件上的承载力(R1=7.904kN)，其余单扣件抗滑承载力设计值(R=6.4kN)也大于该单扣件上的承载力(R2=3.952kN)，说明扣件抗滑承载力满足规程要求。

2.4立杆稳定性评估

1)36m以上单管立杆稳定性评估 36m以上单管立杆自重荷载Ng1=gk1×(H-36)=0.1394×(50-36)=1.952kN，36m以上爬梯自重(2层)Ng2=2gk2(la×lb)=2×0.62×1.5×1.05=1.953kN，36m以上单管立杆静荷载标准值Ng=Ng1+Ng2=1.952+1.953=3.905kN，施工荷载Nq=gk(la×lb)=3.0×1.5×1.05=4.725kN。不考虑风荷载作用时，立杆轴向压力设计值Ns=1.2Ng+1.4Nq=1.2×3.905+1.4×4.725=11.301kN；考虑风荷载作用时，立杆轴向压力设计值Nd=1.2Ng+0.85×1.4Nq=1.2×3.905+0.85×1.4×4.725=10.309kN。风荷载设计值产生的立杆段弯矩Mw=0.85×1.4ωklah2/10=0.85×1.4×0.682×1.5×1.52/10=0.274kN·m。

不考虑风荷载时，单管立杆的抗压、抗弯强度计算公式如下：

(1)

考虑风荷载时，立杆的抗压、抗弯强度计算公式如下：

(2)

2)36m以下双管立杆稳定性评估 36m以下双管立杆承受自重荷载Ng1=gk1×H+P×36=0.1394×50+0.038×36=8.338kN,爬梯自重(共8层)Ng2=8gk2(la×lb)=8×0.62×1.5×1.05=7.812kN,双管立杆静荷载标准值Ng=Ng1+Ng2=8.338+7.812=16.15kN,施工荷载Nq=gk(la×lb)=3.0×1.5×1.05=4.725kN。不考虑风荷载作用时，双管立杆轴向压力设计值Ns=1.2Ng+1.4Nq=1.2×16.15+1.4×4.725=25.995kN；考虑风荷载作用时，双管立杆轴向压力设计值Nd=1.2Ng+0.85×1.4Nq=1.2×16.15+0.85×1.4×4.725=25.003kN。风荷载设计值产生的立杆段弯矩Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.85×1.4×0.682×1.5×1.52/10=0.274kN·m。

不考虑风荷载时，双管立杆的抗压、抗弯强度计算公式如下：

(3)

考虑风荷载时，双管立杆的抗压、抗弯强度计算公式如下：

(4)

2.5连墙件轴向承载力计算

由钢管、扣件、预埋件组成的连接爬梯脚手架与桥墩的连墙件轴向承载力计算公式如下[1]：

Nl=Nlw+No

(5)

图3 连墙件计算模型

则连墙件轴向力设计值Nl=17.01+5=22.01kN。

3 结 语

针对某桥梁高桥墩爬梯结构设计情况，以某桥梁施工中扣件式钢管脚手架搭设为例，介绍了高桥墩爬梯结构及布置形式，通过设计计算结果确定了爬梯设计方案并成功实施。今后，在设计高桥墩爬梯结构时应尽量按现场实际情况进行多方案比选，选择经济合理的最优方案。此外，施工过程应严格执行相关技术规范并实行严格的检查制度，从而确保施工质量。

[1]JGJ130-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

[2]GBJ50009-2001,建筑结构荷载规范[S].

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.044

TU328

A

1673-1409(2012)12-N137-03