K1+700现浇箱梁满堂支架方案计算Word格式.docx
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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。
立杆顶设二层方木,立杆顶托上纵向设10×
15cm方木;
纵向方木上设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15mm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。
底板腹板位置处采用立杆横桥向间距×
纵桥向间距×
横杆步距为60cm×
60cm×
90cm支架结构体系;
翼缘板位置处采用立杆横桥向间距×
90cm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,纵桥向斜撑沿横桥每1.8m设一道。
门洞采用C30基础,基础形式为50cm×
50cm×
950cm,基础顶预埋1cm厚钢板与钢管连接;
基础用426×
8mm钢管作为立柱,钢管间距为1.5米,钢管柱顶焊接1cm后50cm×
50cm钢板,钢板上焊接双拼I40b工字钢作为横梁;
横梁上采用I40b工字钢作为纵梁,纵梁间距为60cm。
4现浇箱梁支架验算
本计算书分别以跨中和跨端处为例,对荷载进行计算,并对其支架和门洞体系进行检算。
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,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)
90cm
3.38
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+⑺
⑴+⑵+⑺
侧模计算
⑸+⑹
⑸
4.1.3荷载计算
⑴箱梁自重——q1计算
根据设计图纸取跨中和跨端两个代表截面进行箱梁自重计算,并对两个代表截面下的支架体系进行检算,首先分别进行自重计算。
1跨中截面处q1计算
根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=4.299m2则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=25.12×
1.2=30.14kPa
注:
B——箱梁底宽,取4.45m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
2跨端截面处q1计算
根据横断面图,用CAD算得梁体截面积A=8.098m2则:
q1=
取1.2的安全系数,则q1=47.31×
1.2=56.77kPa
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梁底截面处
在中支点横隔板,钢管扣件式支架体系采用60×
60×
90cm的布置结构,如图:
因为跨中处荷载小于跨端处,因此只需对跨端处进行验算。
①、立杆强度验算
根据立杆的设计允许荷载,当横杆步距为90cm,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=35kN(参见公路桥涵施工手册中表13-5碗口式构件设计荷载[N]=35kN、路桥施工计算手册中表13-5钢管支架容许荷载[N]=35.7kN)。
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×
0.6×
q1=0.6×
56.77=20.44KN
NG2K=0.6×
q2=0.6×
1.0=0.36KN
ΣNQK=0.6×
0.6(q3+q4+q7)=0.36×
(1.0+2.0+3.38)=2.296KN
则:
1.4ΣNQK=1.2×
(20.44+0.36)+0.85×
1.4×
2.296=27.69KN<[N]=35kN,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=0.9m。
于是,λ=L/i=57,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.829。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=0.85×
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:
w0=0.7×
1.38×
1.2×
0.8=0.927KN
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距0.9m,
h2/10=0.0536KN
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=27.69×
103/(0.829×
489)+0.0536×
106/(5.08×
103)=78.857KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
4.2.2箱梁底模下横桥向方木验算
本施工方案中箱梁底模底面横桥向采用10×
10cm方木,方木横桥向跨端截面处按L=60cm进行受力计算,实际布置跨距均不超过上述两值。
如下图将方木简化为如图的简支结构(偏于安全),木材的容许应力和弹性模量的取值参照杉木进行计算,实际施工时如油松、广东松等力学性能优于杉木的木材均可使用。
按跨端处3米范围内进行受力分析,按方木横桥向跨度L=60cm进行验算。
①方木间距计算
q=(q1+q2+q3+q4)=(47.31+1.0+2.5+2)×
3=158.43kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×
158.43×
0.62=7.1kN·
m
W=(bh2)/6=(0.1×
0.12)/6=0.000167m3
n=M/(W×
[δw])=7.1/(0.000167×
11000×
0.9)=4.3(取整数n=5根)
d=B/(n-1)=3/4=0.75m
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.75m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=3/0.3=10。
②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
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×
[(qL4)/(EI)]=(5/384)×
[(158.43×
0.64)/(12×
9×
106×
8.33×
10-6×
0.9)]=3.3×
10-4m<l/400=0.6/400=1.5×
10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
τ=
MPa<[τ]=1.7MPa
符合要求。
4.2.3扣件式钢管支架立杆顶托上顺桥向方木验算
本施工方案中WDJ多功能碗扣架顶托上顺桥向采用10×
15cm方木,方木在顺桥向的跨距在箱梁跨中按L=60cm(横向间隔l=60cm布置)进行验算,横桥向方木顺桥向布置间距在中支点桥墩两侧均按0.25m(中对中间距)布设,在箱梁跨中部位均按30cm布设,如下图布置,将方木简化为如图的简支结构(偏于安全)。
木材的容许应力和弹性模量的取值参照杉木进行计算,实际施工时如油松、广东松等力学性能优于杉木的木材均可使用。
①方木抗弯计算
q=(56.77+1.4×
5.5)×
0.6=38.68kN/m
Mmax=38.68×
0.62/8=1.7kN·
0.152)/6=3.75×
10-4m3
δ=Mmax/W=1.7/(3.75×
10-4)=4.53MPa<0.9[δw]=9.9MPa(符合要求)
注:
②方木抗剪计算
跨端最大剪力:
τmax=(qL/2)/A=(38.68*0.6/2)/(0.1*0.15)KN/m2=0.73N/mm2
远小于木料最大横纹剪切应力[τ]=3.2-3.5N/mm2的要求,故剪应力合格。
③每根方木挠度计算
截面惯性矩:
I=bh3/12=0.1x3.375x10-3/12=2.81x10-5m4;
挠度验算:
f=5qL4/(384EI)=(5*38.68*0.64/(384*9*103*2.81x10-5))mm=0.3mm<[f0]=600/400=1.5mm挠度验算合格
4.2.4底模板计算
箱梁底模采用竹胶板,取各种布置情况下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
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(1.0×
0.0153)/12=2.8125×
10-7m4
⑴5-5截面处底模板计算
①模板厚度计算
q=(q1+q2+q3+q4)l=(56.77+1.0+2.5+2)×
0.25=15.57kN/m
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=
<0.6×
0.25/400m=3.75×
10-4m
故,挠度满足要求
4.2.5跨中工字钢平台支架体系验算
门洞搭设在34米的跨中位置,门洞形式为4.5×
5米。
8mm钢管作为立柱长度4.1米,钢管间距为2米,钢管柱顶焊接1cm厚50cm×
(1)工字钢纵梁计算
根据设计图纸,门洞处现浇箱梁每延米混凝土方量为4.299m3,钢筋混凝土重度取26KN/m3,模板、施工人员设备及混凝土振捣产生的荷载值每延米取45KN,因此门洞支架上方每延米荷载值为4.299×
26×
1.2+45×
1.4=197.1(kN),门洞纵梁长为4.5m,门洞上方荷载总值为197.1×
4.5=886.95(kN)
纵梁受力验算
门洞纵梁整体受力的有15根,梁自重为0.738KN/m,纵梁跨径为4.5m.
纵梁单位长度上的荷载值为q=886.95/(15×
4.5)+0.738=13.9KN/m
受力简图如下:
梁跨中最大弯矩为:
Mmax=1/8qL2=1/8×
13.9×
4.5²
=35.2(kN·
m)
支座处最大剪力值为:
Qmax=1/2qL=1/2×
4.5=31.3(kN)
I40b型工字钢:
截面惯性矩Ix=22781cm4,截面地抗拒Wx=1139cm3,半截面面积Sx=671.2cm3,腹板厚度d=12.5mm.纵梁所受的弯曲应力为:
σmax=Mmax/Wx=(35.2/1139)×
10³
=30.9(Mpa)〈[σw]=145Mpa
抗弯强度满足要求。
纵梁所受的剪应力为:
τmax=Qmax·
Sx/Ix·
d=31.3×
671.2×
10²
/22781×
12.5=7.4(Mpa)〈[τ]=85Mpa
抗剪强度满足要求。
跨中挠度验算:
fmax=
<4500/400m=11.25m容许值
刚度满足要求
(2)钢结构门架横梁I40b工字钢计算
①受力简图
计算跨径取2m,因横梁为I40b工字钢,为简化计算将工字钢上的荷载化为均布线荷载,按简支梁计算。
②荷载计算
P1=(886.95+4.5×
15×
0.738)/2=468.38KN
则每排工字钢集中力为:
P2=468.38/15=31.3KN
跨中最大弯矩:
Qmax=31.3×
1.286=40.2KN〈[Fw]
查工具书,得到厚度大于16-40的抗剪强度fv=120N/mm2
抗拉、抗压和抗弯f=205N/mm2
破坏时荷载[Fw]=fv(抗剪强度)×
A(截面积)=205N/mm2×
94.07cm2=1928.4KN
③刚度验算
按四等跨连续梁挠度系数计算:
在均布荷载作用下:
M=系数×
ql2,Q=系数×
ql,f=系数×
ql4/100EI
在集中荷载作用下:
ql,Q=系数×
P,f=系数×
ql3/100EI
只考虑集中荷载作用下挠度:
f=1.079·
PL³
/(100×
EI)=
〈L/400=5mm容许值)单根40b满足要求!
未考虑连续对力和弯矩的分配,计算时取最不利情况验算.
(3)立柱受力验算
门洞两侧由10根(实际承重的6根)直径426mm的钢管桩组成,立柱的荷载为1/2(门洞上方荷载+纵梁重量),纵梁重量为15×
4.5×
0.738KN/m=49.8KN,因此立柱所受的荷载为:
886.95+49.8+18×
0.738=950.03KN,每根立柱所承受的荷载值可近似地取N=950.03/6=158.4KN,
立柱高度为:
4.1m
钢管柱壁厚8mm。
钢管净截面积为:
A=
=42001mm²
立柱所受压力为:
立柱抗压强度满足要求
回旋半径i=147.8
长细比
=L/i=4100/147.8=27.7,查表得系数为0.9
稳定性:
=
158.4×
/(0.9×
42001)=4.2MPa<
140MPa
因此钢管稳定性满足要求
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