中桥连续箱梁满堂支架方案计算.docx
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中桥连续箱梁满堂支架方案计算
满堂支架及门洞支架方案计算书
1编制依据
1.1石家庄市南绕城高速公路井陉互通中桥施工图设计及设计文件及地勘报告,以及设计变更、补充、修改图纸及文件资料。
1.2国家有关的政策、法规、施工验收规范和工程建设标准强制性条文(城市建设部分),以及现行有关施工技术规范、标准等。
1.3参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、《混凝土工程模板与支架技术》、《公路桥涵施工技术规范》、《建筑施工计算手册》。
2工程概况
石家庄市南绕城高速公路井陉互通中桥中心桩号K2+080平面位于直线上,桥面横坡为单向2%,纵断面纵坡1.71%。
。
全桥的跨径布置为:
4X25,共一联,采用预应力砼连续箱梁。
桥梁下部结构0号桥台采用柱式台,4号桥台采用肋板台,桥墩采用柱式墩,墩台采用桩基础。
上部结构形式为直腹板式单箱三室现浇箱梁,桥面宽度从16.909m过渡至15.201m。
箱梁顶底面线平行,箱梁梁高1.5m,箱梁顶板厚0.25m,底板厚0.22m,腹板宽度跨中处为0.5m,加厚段为0.8m,悬臂长度为2.0m,箱梁C50砼1146.4m3。
全联采用满堂支架法现浇施工。
3现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求
采用WDJ碗扣式多功能脚手杆搭设,使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调托撑。
立杆顶托上纵向设I10a工字钢作分配梁;纵向分配梁上设10×10cm的横向方木,其中在墩顶端横梁和跨中横隔梁下间距不大于0.25m(净间距0.15m)、在跨中其他部位间距不大于0.3m(净间距0.2m)。
模板宜用厚18mm的优质竹胶合板,横板边角宜用4cm厚木板进行加强,防止转角漏浆或出现波浪形,影响外观。
采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×90cm×120cm支架结构体系,横隔梁下采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×120cm支架结构体系,翼缘板下采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为90cm×90cm×120cm支架结构体系,支架纵横均设置剪刀撑,其中横桥向斜撑每1.8m设一道,纵桥向斜撑沿横桥没1.8m道。
图3-1支架横断面示意图
图3-2支架纵断面示意图
图3-3支架过水门洞示意图
4现浇箱梁支架验算
本计算书分别以腹板、横隔梁、翼缘板三处为例,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。
4.1荷载计算
4.1.1荷载分析
根据本桥现浇箱梁的结构特点,在施工过程中将涉及到以下荷载形式:
⑴q1——箱梁自重荷载,新浇混凝土密度取2600kg/m3。
⑵q2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载,按均布荷载计算,经计算取q2=1.0kPa(偏于安全)。
⑶q3——施工人员、施工材料和机具荷载,按均布荷载计算,当计算模板及其下肋条时取2.5kPa;当计算肋条下的梁时取1.5kPa;当计算支架立柱及替他承载构件时取1.0kPa。
⑷q4——振捣混凝土产生的荷载,对底板取2.0kPa,对侧板取4.0kPa。
⑸q5——新浇混凝土对侧模的压力。
⑹q6——倾倒混凝土产生的水平荷载,取2.0kPa。
⑺q7——支架自重,按支架最高10m计,经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示:
满堂钢管支架自重
立杆横桥向间距×立杆纵桥向间距×横杆步距
支架自重q7的计算值(kPa)
60cm×60cm×120cm
5.31
60cm×90cm×120cm
3.96
90cm×90cm×120cm
2.92
4.1.2荷载计算
⑴箱梁自重——q1计算
1腹板处q1计算
根据横断面图,腹板处截面积A=1.36m2则:
q1=
=
=
2翼缘板处q1计算
根据横断面图,取翼缘板根部最厚处截面积A=0.45m2则:
q1=
=
=
3横隔梁处q1计算
横隔梁处为实心段,截面积A=1.7m2则:
q1=
=
=
⑵新浇混凝土对侧模的压力——q5计算
因现浇箱梁采取水平分层以每层30cm高度浇筑,在竖向上以V=1.2m/h浇筑速度控制,砼入模温度T=28℃控制,因此新浇混凝土对侧模的最大压力
F=0.22γct0β1β2v1/2
=0.22×25×
×1.2×1.15×
=35.3KN/m2
γc—混凝土的重力密度(KN/m3);
t0—新浇混凝土的初凝时间(h),可按实测确定。
当缺乏实验资料时,
可按t0
计算;(T—混凝土初凝温度,取28度)
β1—外加剂影响系数,不掺外加剂时取1.0;掺有缓凝作用的外加剂时
取1.2
β2—混凝土塌落度影响系数,当塌落度小于30mm,取0.85;50-90mm
时,取1.0,110—150mm时,取1.15;
v—混凝土浇注速度,取1.0(m/h),
F=γcH=25×1.5=37.5KN/m2
取上述两值的最小值、故最大侧压力为F=35.3KPa
有效压头高度
4.1.2荷载组合
模板、支架设计计算荷载组合
模板结构名称
荷载组合
强度计算
刚度检算
底模及支架系统计算
⑴+⑵+⑶+⑷
⑴+⑵
侧模计算
⑸+⑹
⑸
分项系数γ取值:
永久荷载q1、q2、q5、q7,取1.2;
可变荷载q3、q4、q6,取1.4
组合荷载计算表
部位
q1
q2
q3
q4
q5
q6
组合荷载计处
强度
刚度
腹板处
模板及背肋
35.36
1
2.5
2
2
分项系数值
42.432
1.2
3.5
2.8
2.8
52.7
43.6
分配梁
35.36
1
1.5
2
2
分项系数值
42.432
1.2
2.1
2.8
2.8
51.3
43.6
支架
35.36
1
1
2
2
分项系数值
42.432
1.2
1.4
2.8
2.8
50.6
43.6
翼缘板处
模板及背肋
11.7
1
2.5
2
2
分项系数值
14.04
1.2
3.5
2.8
2.8
24.3
15.2
分配梁
11.7
1
1.5
2
2
分项系数值
14.04
1.2
2.1
2.8
2.8
22.9
15.2
支架
11.7
1
1
2
2
分项系数值
14.04
1.2
1.4
2.8
2.8
22.2
15.2
横隔梁处
模板及背肋
44.2
1
2.5
2
2
分项系数值
53.04
1.2
3.5
2.8
2.8
63.3
54.2
分配梁
44.2
1
1.5
2
2
分项系数值
53.04
1.2
2.1
2.8
2.8
61.9
54.2
支架
44.2
1
1
2
2
分项系数值
53.04
1.2
1.4
2.8
2.8
61.2
54.2
侧模
37.5
2
分项系数值
45
2.8
47.8
45.0
4.2结构检算
4.2.1扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算
碗扣式钢管脚手架与支撑和扣件式钢管脚手架与支架一样,同属于杆式结构,以立杆承受竖向荷载作用为主,但碗扣式由于立杆和横杆间为轴心相接,且横杆的“├”型插头被立杆的上、下碗扣紧固,对立杆受压后的侧向变形具有较强的约束能力,因而碗扣式钢管架稳定承载能力显著高于扣件架(一般都高出20%以上,甚至超过35%)。
本工程现浇箱梁支架按φ48×3.5mm钢管扣件架进行立杆内力计算,计算结果同样也使用于WDJ多功能碗扣架(偏于安全)。
⑴腹板处
在腹板处,支架体系采用60×90×120cm的布置结构:
①、立杆强度验算
根据立杆的设计允许荷载,当横杆步距为120cm,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=30kN(参见公路桥涵施工手册中表13-5碗口式构件设计荷载[N]=30kN、路桥施工计算手册中表13-5钢管支架容许荷载[N]=33.1kN)。
立杆实际承受的荷载为:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK(组合风荷载时)
NG1K—支架结构自重标准值产生的轴向力;
NG2K—构配件自重标准值产生的轴向力
ΣNQK—施工荷载标准值;
于是,有:
NG1K=0.6×0.9×q1=0.6×0.9×35.36=19.09KN
NG2K=0.6×0.9×q2=0.6×0.9×1.0=0.54KN
ΣNQK=0.6×0.9×(q3+q4+q7)=0.54×(1.0+2.0+3.96)=3.76KN
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(19.09+0.54)+0.85×1.4×3.76
=23.56+4.47=28.03KN<[N]=30kN,强度满足要求。
②、立杆稳定性验算
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》有关模板支架立杆的稳定性计算公式:
N/ΦA+MW/W≤f
N—钢管所受的垂直荷载,N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK(组合风荷载时),同前计算所得;
f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》表5.1.6得。
A—φ48mm×3.5㎜钢管的截面积A=489mm2。
Φ—轴心受压杆件的稳定系数,根据长细比λ查表即可求得Φ。
i—截面的回转半径,查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录B得i=15.8㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.744。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10
WK=0.7uz×us×w0
uz—风压高度变化系数,参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得uz=1.38
us—风荷载脚手架体型系数,查《建筑结构荷载规范》表6.3.1第36项得:
us=1.2
w0—基本风压,查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表D.4w0=0.8KN/m2
故:
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN
La—立杆纵距0.9m;
h—立杆步距1.2m,
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.85×1.4×0.927×0.9×1.2×1.2/10=0.14KN
W—截面模量查表〈〈建筑施工扣件式脚手架安全技术规范〉〉附表B得:
W=5.08×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=28.03×103/(0.744×489)+0.14×106/(5.08×103)
=77.04+27.56
=105KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
⑵翼缘板处
在腹板处,支架体系采用90×90×120cm的布置结构,计算公式同上:
①、立杆强度验算
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(9.48+0.81)+0.85×1.4×5.64
=12.35+6.71=19.06KN<[N]=30kN,强度满足要求。
②、立杆稳定性验算
则,MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10
=0.85×1.4×0.927×0.9×1.2×1.2/10
=0.14KN
N/ΦA+MW/W=19.06×103/(0.744×489)+0.14×106/(5.08×103)
=52.39+27.56
=80KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
⑶横隔梁
在横隔梁处,支架体系采用60×60×120cm的布置结构,计算公式同上:
①、立杆强度验算
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(15.91+0.36)+0.85×1.4×2.51
=19.52+2.99=22.51KN<[N]=30kN,强度满足要求。
②、立杆稳定性验算
则,MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10
=0.85×1.4×0.927×0.6×1.2×1.2/10
=0.079KN
N/ΦA+MW/W=22.51×103/(0.744×489)+0.079×106/(5.08×103)
=61.87+15.55
=77KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
4.2.2满堂支架整体抗倾覆验算
依据《公路桥涵技术施工技术规范实施手册》第9.2.3要求支架在自重和风荷栽作用下时,倾覆稳定系数不得小于1.3。
K0=稳定力矩/倾覆力矩=y×Ni/ΣMw
采用第3跨最高支架验算抗倾覆能力:
第3跨支架宽17m,长25m,采用60×90×120cm支架来验算全桥:
支架横向29排;
支架纵向28排;
高度10m;
顶托TC60共需要29×28=812个;
立杆需要29×28×10=8120m;
纵向横杆需要29×10/1.2×25=6042m;
横向横杆需要28×10/1.2×17=3967m;
故:
钢管总重(8120+6042+3967)×3.84=69.615t;
顶托TC60总重为:
812×7.2=5.846t;
故q=69.615×9.8+5.846×9.8=739.52KN;
稳定力矩=y×Ni=9×739.52=6655.68KN.m
依据以上对风荷载计算WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN/m2
第3跨25m共受力为:
q=0.927×10×25=231.75KN;
倾覆力矩=q×5=231.75×5=1158.75KN.m
K0=稳定力矩/倾覆力矩=6655.68/1158.75=5.74>1.3
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求
4.2.3箱梁底模下横桥向方木验算
⑴腹板处
按中支点截面处3米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=60cm进行验算。
①方木间距计算
q=q0×B=52.7×3=158.196kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×158.196×0.62=7.1kN·m
W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=7.1/(0.000167×11000×0.9)=4.3(取整数n=5根)
d=B/(n-1)=3/5=0.6m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.6m均可满足要求,实际施工中为满足底模板受力要求,方木间距d取0.25m,则n=3/0.25=12。
②每根方木抗剪计算
τ=
MPa<[τ]=1.7MPa
符合要求。
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0.1×0.13)/12=8.33×10-6m4
q=q0×B=43.6×3=130.896kN/m
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(130.896×0.64)/(12×9×106×8.33×10-6×0.9)]=2.73×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)
⑵翼缘板处
按中支点截面处2.7米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=90cm进行验算。
计算公式同上:
①方木间距计算
q=q0×B=24.3×2.7=65.72kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×65.72×0.92=6.7kN·m
则:
n=M/(W×[δw])=6.7/(0.000167×11000×0.9)=4.05(取整数n=5根)
d=B/(n-1)=2.7/5=0.54m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.54m均可满足要求,实际施工中为满足底模板受力要求,方木间距d取0.3m,则n=2.7/0.3=9。
②每根方木抗剪计算
τ=
MPa<[τ]=1.7MPa
符合要求。
③每根方木挠度计算
q=q0×B=15.2×2.7=41.04kN/m
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(41.04×0.94)/(9×9×106×8.33×10-6×0.9)]=5.77×10-4m<l/400=0.9/400=2.25×10-3m(挠度满足要求)
⑶横隔梁处
按中支点截面处3米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=60cm进行验算。
计算公式同上:
①方木间距计算
q=q0×B=63.3×3=190.02kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×190.02×0.62=8.6kN·m
则:
n=M/(W×[δw])=8.6/(0.000167×11000×0.9)=5.2(取整数n=6根)
d=B/(n-1)=3/6=0.5m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.5m均可满足要求,实际施工中为满足底模板受力要求,方木间距d取0.25m,则n=3/0.25=12。
②每根方木抗剪计算
τ=
MPa<[τ]=1.7MPa
符合要求。
③每根方木挠度计算
q=q0×B=54.2×3=162.72kN/m
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(162.72×0.64)/(12×9×106×8.33×10-6×0.9)]=3.39×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)
4.2.4立杆顶托上顺桥向分配梁验算
本施工方案中WDJ多功能碗扣架顶托上顺桥向采用I10工字钢平放,在横隔梁处按L=60cm进行验算,横桥向10×10cm方木间距25cm;腹板处按L=90cm进行验算,横桥向10×10cm方木间距25cm;翼缘板处按L=90cm进行验算,横桥向10×10cm方木间距30cm。
横隔梁处顶托上I10工字钢受力简图
腹板及翼缘板处顶托上I10工字钢受力简图
I10工字钢规格及截面特性
规格尺寸
Y-Y截面特性
弹性模量
抗拉强度
高
腿宽
截面积
惯性矩
截面模量
回转半径
H(cm)
B(cm)
A(cm2)
IY(cm4)
Wy(cm3)
iy(cm)
E(KN/mm2)
F(N/mm2)
10
6.8
14.3
32.8
9.6
1.51
205
210
⑴腹板处
①工字钢抗弯计算
p=lq/n=lq0×B/n=0.9×51.3×2/8=11.55kN
Mmax=(a1+a2)p=(0.8+0.15)×11.55=10.97kN·m
δ=Mmax/W=10.97/(3.28×10-3)=3.34MPa<[δw]=205MPa(符合要求)
②每根工字钢挠度计算
p=lq/n=lq0×B/n=0.9×43.6×2/8=9.81kN
则工字钢最大挠度:
fmax=
=2.22×10-7+1.45×10-7=3.67×10-7<L/400=0.9/400m=2.25×10-3m
故,挠度满足要求
⑵翼缘板处
①工字钢抗弯计算
p=lq/n=lq04×B/n=0.9×22.9×3/10=6.18kN
Mmax=(a1+a2)p=(0.8+0.2)×6.18=6.18kN·m
δ=Mmax/W=6.18/(3.28×10-3)=1.88MPa<[δw]=205MPa(符合要求)
②每根工字钢挠度计算
p=lq/n=lq0×B/n=0.9×15.2×3/10=4.1kN
则工字钢最大挠度:
fmax=
=9.26×10-8+6.07×10-8=1.53×10-7<L/400=0.9/400m=2.25×10-3m
故,挠度满足要求
⑶横隔梁处
①工字钢抗弯计算
p=lq/n=lq0×B/n=0.6×61.9×2/8=9.285kN
Mmax=(a1+a2)p=(0.5+0.15)×9.285=6.04kN·m
δ=Mmax/W=6.04/(3.28×10-3)=1.84MPa<[δw]=205MPa(符合要求)
②每根工字钢挠度计算
p=lq/n=lq0×B/n=0.6×54.2×2/8=8.13kN
则工字钢最大挠度:
fmax=
=5.44×10-8+5.24×10-8=1.07×10-7<L/400=0.6/400m=1.5×10-3m
故,挠度满足要求
4.2.5底模板计算
箱梁底模采用1.5cm厚竹胶板,在腹板及横隔梁处,底模下横向10X10cm方木间距25cm,翼缘板处底模下横向10X10cm方木间距30cm。
检算模隔梁、翼缘板处最不利位置进行受力分析,并对受力结构进行简化(偏于安全)如下图:
通过前面计算,横桥向方木布置间距分别为0.3m和0.25m时最不利位置,则有:
竹胶板弹性模量E=5000MPa
惯性矩I=(bh3)/12=(1.0×0.0153)/12=2.8125×10-7m4
⑴模隔梁处底模板计算
①模板厚度计算
q=q0l=63.3×0.25=15.83kN/m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
②模板刚度验算
fmax=
<0.9×0.25/400m=6.25×10-3m
故,挠度满足要求
⑵翼缘板处底模板计算
q=q0l=24.3×0.3=7.29kN/m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
②模板刚度验算
fmax=
<0.9×0.25/400m=6.25×10-3m
故,挠度满足要求
4.2.6侧模验算
根据前面计算,分别按10×10cm方木以30cm的间距布置,以侧模最不利荷载部位进行模板计算,则有:
①模板厚度计算
q=q0l=47.8×0.3=14.34kN/m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
②模板刚度验算
fmax=
<0.9×0.3/400m=7.5×10-3m
4.2.7立杆底座和地基承载力计算
⑴立杆承受荷载计算
在横隔梁处立杆的间距为60×60cm,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×63.3=0.6×0.6×63.3=22.79kN
⑵立杆底托验算
立杆底托验算:
N≤Rd
通过前面立杆承受荷载计算,每根立杆上荷载最大值为:
N=22.79kN
底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd=40KN;
得:
22.79KN<40KN立杆底托符合要求。
⑶立杆地基承载力验算
地基薄弱地段分层换填碎石土
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