明挖隧道主体模板支架施工计算书.docx
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明挖隧道主体模板支架施工计算书
2.明挖隧道主体模板支架施工计算书
郑州市市民公共服务中心核心区等9条道路等
建设工程项目3标段
明挖隧道主体模板支架
施工计算书
编制:
审核:
审批:
中国建筑第七工程局有限公司
郑州市民公共服务中心道路工程3标项目部
二零一四年十一月五日
一、工程概况
郑州市兴国路隧道工程(龙门路~鱼跃路),位于郑州市市民公共文化服务区核心区内,沿规划兴国路道路布置,隧道西起龙门路路东,东至鱼跃路路西。
兴国路隧道工程施工范围(K0+40~K1+690),全长1.65km,其中隧道封闭段长1260m。
隧道标准段采用双孔矩形钢筋砼整体箱涵结构,隧道为双向四车道布置,单孔净宽为8.7m,单孔横断面布置为:
0.125m(余宽)+0.5m(检修通道)+0.5m(路缘带)+7m(机动车道)+0.5m(路缘带)+0.325m(防撞侧石)。
本隧道为钢筋砼闭合框架结构,顶板最大覆土厚度约5m。
隧道暗埋段中隔墙厚度0.6m,顶板厚度有1m、1.1m两种规格,底板厚度有1.1m、1.2m两种规格,侧墙厚度1m。
为满足结构不均匀沉降变形的需要,隧道结构以25m、30m、50m为一个节段,相邻节段间设20mm变形缝。
二、计算依据
⑴郑州市市政工程勘测设计研究院:
郑州市民公共文化服务区兴国路隧道工程(龙门路~鱼跃路)隧道主体工程施工图设计;《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)
⑵《木结构设计规范》(GB50005-2003)
⑶《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)
⑷《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
⑸《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
⑹《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2011)
⑺《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
⑻《混凝土结构设计原理》高等教育出版社
⑼《路桥施工计算手册》周水兴等著人民交通出版社
⑽《建筑工程大模板技术规程》JGJ74-2003
三、参数选取及荷载组合
3.1部分荷载系数(荷载)取值
①碗扣式钢管支架自重(立柱、纵向水平杆、横向水平杆、支承杆件、等):
38.4KN/m。
②新浇砼容重:
26kN/m3
③模板自重(含内模、侧模及方木)以砼自重的5%计
④施工人员、施工料具堆放、运输荷载:
2.5kPa
⑤倾倒混凝土时产生的冲击荷载:
2.0kPa
⑥振捣混凝土产生的荷载:
2.0kPa(竖向荷载),4.0(水平荷载)
3.2荷载组合
计算模板强度、刚度:
q=1.2×(②+③)+1.4×(④+⑤+⑥)
计算脚手架强度、刚度:
q=1.2×(②+③)+1.4×(④+⑤+⑥)
计算脚手架稳定:
q=1.2×(①+②+③)+1.4×(④+⑤+⑥)
计算脚手架单肢立杆承载力:
q=1.2×(①+②+③)+1.4×(④+⑤+⑥)
3.3材料力学性能参数
1)竹编胶合模板的强度设计值及弹性模量
竹编胶合模板的强度设计值及弹性模量可按《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008
2)木结构的强度设计值及弹性模量
3)钢管脚手架的强度设计及弹性模量
钢管脚手架的有关设计参数可按《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)中附录B规定选用。
4)钢材的强度设计值
四、支架计算分析
4.1箱涵截面形式
4.2支架布置
箱涵内模采用钢管支架,支架立杆及水平杆采用外径为φ48碗扣式钢管支架,壁厚3.5mm,立杆步距120cm,1.1、1.2m厚顶板纵横向水平杆间距均为60cm,1m厚顶板纵横向水平杆间距为60×90cm。
剪刀撑及斜横杆采用外径为φ48扣件式钢管支架,壁厚3.5mm。
横桥向剪刀撑及纵桥向剪刀撑每隔4排(列)立杆设置一道,必要时根据现场施工情况,对剪刀撑进行加密。
箱涵底板外模均采用δ=15mm的竹编胶合模板,小楞采用50×100mm方木,背带采用双钢管对拉。
侧墙模板采用全钢模板,面板δ6mm厚钢板;横肋[10,间距为373mm,法兰为带钢12mm×100mm,背杠为][14槽钢,间距700mm。
砼最大浇筑高度4.7m。
拉杆用Ø16三段式止水拉杆,拉杆水平间距70mm,垂直间距650mm,每块模板用2件Tr36×6丝杠吊在行走架子上,以利于模板整体移动。
模板见下图。
箱涵顶板内模和外模均采用δ=15mm的竹编胶合模板,内模小楞采用50×100mm方木,大楞采用100×100mm方木,外模小楞采用50×100mm方木,背带采用双钢管对拉。
4.3底板侧模检算
新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力标准值,可按下列公式计算,并取其中的较小值:
其中,γc=25KN/m3;t0=6;β1=1.2;β2=1.0;v=0.6;因此,
P=0.22×25×6×1.2×1.0×0.61/2=30.7KPa
P=25×1.7=42.5KPa>30.7KPa
所以,取P=30.7KPa
有效压头高度:
h=F/γc=30.7/25=1.23
内侧模模板采用δ=15mm的竹编胶合模板,直接搁置于方木小楞上,方木小按间距L=0.25米布置,按3跨连续梁考虑,取1m宽进行验算。
竹编胶合模板的力学性能指标按《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)中的5层15mm厚考虑,则:
fjm=35MPa,E=9898MPa。
按3跨连续梁验算,其计算模型如下:
⑴截面参数及材料力学性能指标
W=bh2/6=1000×152/6=37500mm3
I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4
⑵荷载组合
q=1.2×30.7+1.4×4.0=42.4KN.m
⑶强度检算
Mmax=ql2/10=42.4×0.252/10=0.27KN.m
σmax=Mmax/W=0.27×106/37500=7.2MPa<35MPa(满足要求)
⑷刚度检算
f=ql4/(150EI)=42.4×2504/(150×9898×281250)
=0.4mm<250/400=0.63mm(满足要求)
方木小楞搁置于竹胶板上,小楞方木规格为50×100mm,背带按间距L=0.6米布置,小楞亦按连续梁考虑。
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005-2003)中的TC-13类木材并考虑露天条件、设计使用年限、湿材等条件进行调整,则:
fm=13×0.9×1.1×0.9=11.6MPa,E=10×103×0.85×1.1×0.9=8.4×103MPa。
按三跨连续梁来计算,模型如下:
⑴截面参数及材料力学性能指标
W=bh2/6=50×1002/6=83333.3mm3
I=bh3/12=50×1003/12=4166666.6mm4
⑵荷载组合
q=(1.2×30.7+1.4×4.0)×0.25=10.6kN/m
⑶强度检算
Mmax=ql2/10=10.6×0.62/10=0.38KN.m
σmax=Mmax/W=0.38×106/83333.3=4.56MPa<11.6MPa(满足要求)
⑷刚度检算
f=ql4/(150EI)=10.6×6004/(150×8400×4166666.6)
=0.26mm<600/400=1.5mm(满足要求)
背带搁置于方木小楞上,背带规格为2∅48mm钢管,壁厚3.5mm,按照2.8mm计算,拉筋按间距L=0.6米布置,小楞亦按连续梁考虑。
fm=205MPa,E=2.05×105MPa。
按三跨连续梁来计算,模型如下:
⑴截面参数及材料力学性能指标
W=5080×2=10160mm3
I=121900×2=241800mm4
⑵荷载组合
q=(1.2×30.7+1.4×4.0)×0.6=25.4kN/m
⑶强度检算
Mmax=ql2/10=25.4×0.62/10=0.91KN.m
σmax=Mmax/W=0.91×106/10160=89.6MPa<205MPa(满足要求)
⑷刚度检算
f=ql4/(150EI)=25.4×6004/(150×205000×241800)
=0.44mm<600/400=1.5mm(满足要求)
拉杆水平距离600mm,垂直距离600mm,现以1个拉杆为例计算其强度。
拉杆由Ø14圆钢车制作成M13螺纹净面积为133mm2。
单个拉杆受力F=PA=30.7KN/m2×0.6m×0.6m=11.1kN
拉杆应力σ=F/133=83.5 故拉杆满足使用要求。 4.4侧板钢模板验算 当采用内部振捣器,混凝土的浇筑速度在6m/h以下时,新浇的普通混凝土作用于模板的最大侧压力可按下式计算(《桥梁施工工程师手册》P171杨文渊): 当v/T<0.035时,h=0.22+24.9v/T; 当v/T>0.035时,h=1.53+3.8v/T; 式中: P-新浇混凝土对模板产生的最大侧压压力(KP); h-有效压头高度(m); v-混凝土浇筑速度(m/h); T-混凝土入模时的温度(℃); -混凝土的容重(kN/m3); k-外加剂影响修正系数,不掺外加剂时取k=1.0,掺缓凝作用的外加剂时k=1.2; 根据前述已知条件: 因为: v/T=2/30=0.067>0.035, 所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.067=1.785m 最大侧压力标准值为: P=Kγh=1.2×26×1.785=55.7kN/㎡ 本工程中新浇筑混凝土侧压力取1.2分项系数 振捣混凝土产生的荷载分项系数取1.4 检算强度时荷载设计值为: P´=1.2×55.7+1.4×4.0=72.44kN/m2; 检算刚度时荷载标准值为: P″=55.7kN/m2 (1)面板强度验算 面板支承于横肋和法兰之间,横肋净间距均为325mm,法兰净间距1980mm,新浇注砼侧压力值取F=72.44KN/m2=0.0724N/mm2,面板按单向受力计算,按两跨连续计算,取10mm宽板带为计算单元,计算板单位面积上的均布荷载的设计值故q=0.724N/mm,计算简图如图所示 按静荷载最大查得弯矩系数Km=0.1 Mmax=Kmql2=0.1×0.724×3252=7648N·mm Wx=bh2/6=10×62/6=60mm2 故面板最大内力值为: σ=Mmax/(rxWx)=7648/(1×60)=127N/mm2 (2)面板刚度验算: 查表得挠度系数Kf=0.521刚度验算时取荷载标准值55.7KN/m2 fmax=Kfql4/(100EI) 其中钢材弹性模量E=2.06×105N/mm2 I=bh3/12=10×63/12=180mm4 故fmax=0.521×0.557×3254/(100×2.06×105×180)=0.87mm满足施工要求。 横肋采用[10槽钢,间距325mm,在模板使用过程中模板的连续性,可以简化支撑在背杠(间距700mm)上的为2跨连续梁计算。 ⑴查得其截面力学特性为: Wx=39.71×03mm3Ⅰx=198×04mm4 求其线荷载 q=PL=72.444KN/m23×25mm=23.5N/mm (2)强度验算 查表得弯矩系数Km=-0.225 故Mmax=Kmql2=0.155×23.5×7002=1.785×106N·mm 故肋最大内力值σmax=Mmax/W=1.7851×06/(39.7×103) =50N/mm2 (3)刚度验算 查表得挠度系数Kf=0.912 fmax=Kfql4/(100EI) 故fmax=0.912×23.5×13004/(100×2.06×105×198×104)=1.5mm 挠度满足要求。 背杠采用2根[14热轧槽钢作为钢模板的支撑、支撑在竖肋上。 受竖肋传递的集中荷载p,可简化为受集中荷载的三跨梁计算(穿墙拉杆水平最大间距0.7m,垂直方向最大间距1.3m)。 查得[14a截面力学特征为: WX=39.7×103mm3IX=391.5×103mm4 (1)背杠强度验算q=0.0724N/m2×1300mm=94.2N/mm 背杠上下下端为悬臂结构,验算下端支座A处强度: MA=qL12/2=94.2×6502/2=19.9×106N·mm 2根[14槽钢截面特征: W=161×103mm3,I=783×103mm4。 σA=MA/W=×106/(161×103)=123N/mm2 验算支座B处强度: MB按不等跨连续梁在均布荷载作用下的最大内力系数查表得: MB=-0.245qL22=0.245×94.2×13002=3.9×107N·mm σB=MB/W=3.9×107/(783×103)=50N/mm2 (2)背杠刚度验算 如上图为一不等跨连续梁,BC=1300mm,跨度最大,故主要验算BC跨的挠度。 根据《建筑结构静力计算手册》,梁在均布荷载作用下的最大挠度fmax=系数×qL4/24EI,而系数与K1=4Mc/qL32及K2=4MB/qL32有关。 Ma=qL12/2=94.2×65002/2=19.9×106N·mm MB=由以上计算所得结果,即MB=3.9×107N·mm 故K1=4Ma/qL32=4×19.9×106/(94.2×13002)=0.5 K2=4MB/qL32=4×3.9×106/(94.2×13002)=0.1 根据K1、K2查表得系数为: 0.115 故fmax=0.115×qL4/24EI=0.115×94.2×13004/(24×2.06×105×783×104)=0.8mm 背杠强度及刚度均满足施工要求 拉杆水平距离700mm,垂直距离650mm,现以1个拉杆为例计算其强度。 拉杆由Ø16圆钢车制作成M14螺纹净面积为201mm2。 单个拉杆受力F=PA=72.44KN/m2×0.65m×0.7m=32.9kN 拉杆应力σ=F/201=164 故拉杆满足使用要求。 (1)吊杆丝杠强度校核 a、丝杠强度 每块模板上有2个吊装位置,每根吊杆承载1块钢模板重量,考虑到丝杠构造要求,丝杠吊杆定为Tr36×6,每块钢模板重量约为12KN。 丝杠Tr36×6有效截面积为A=432mm 使用中只承受模板重量12KN 丝杠强度σ=F/A=28N/mm2 丝杠强度满足施工要求 b、中间钢管强度校核 中间钢管为方钢60×5其横截面积A=1100mm2 方管所受拉应力σ=F/A=11N/mm2 C、焊缝强度计算 丝杠丝母厚度50mm,以角焊缝焊接于钢管,焊脚高度5mm,焊缝为周边满焊,焊缝有效面积1125mm2,焊缝受拉强度设计值查钢结构设计 规范ft=160N/mm2 焊缝承受应力σ=F/A=11N/mm2<160N/mm2 焊缝满足施工要求。 (2)销子强度校核 销子承受剪应力,剪应力为f=12KN,材料抗剪设计值查规范fv=120N/mm2,销子见下图 销子剪切面积A=490mm2。 销子受剪应力fv//=12000N/490mm2=24.5N/mm2<120N/mm2 销子满足施工要求。 4.5侧板钢模板行走装置验算 行走装置正面 行走装置侧面 ⑴主梁强度刚度验算 主梁由20a工字钢和方管80×80×5、50×50×3组成,每榀门架承受三块钢模板重量和施工荷载。 门架计算见图简化如下: 把门架梁简化为桁架,主梁为20a工字钢,考虑到结构需要,在主梁上用方管焊接花架。 F1=F2=F3=12KNN1、N2、为支座反力,N3为剪刀撑连接点,对钢梁的支撑力作用可以忽略不计。 钢梁材料截面特性为: WX=237×103mm3IX=2369×104mm4。 钢梁简化为下图; 利用内力及变位的叠加原理,分别求出F1、F2对钢梁的弯矩及下挠度之值,然后在叠加。 本例中P=F1 F1对钢梁的内力,ε=x/L=0.16α=a/L=0.16β=b/L=0.8 L=2500a=400b=1300 AC段Vx=0AC段M=0 AC段fx=(Pb2L/6EI)×(3-β-3ε) CB段Mx=-F1×(L-a) BC段fx=(Pb2L/6EI)×(3-β) BC段Vx=-F1Mb=P×b 故: BC段Vx=-F1=12000Nf1x=(12000×19802×2500)/(6×2.06×105×2369×104)×(3-0.8)=4mm BC段弯矩Mx=-F1×(L-a)=-12000×2100=25.2×106N.mm BC段应力为σ1=Mx/WX=105N/mm2 F2对钢梁的内力,ε=x/L=0.732α=a/L=0.732β=b/L=0.27 L=2500a=1830b=670 AC段Vx=0AC段M=0 AC段fx=(Pb2L/6EI)×(3-β-3ε) CB段Mx=-F1×(L-a) BC段fx=(Pb2L/6EI)×(3-β) BC段Vx=-F1Mb=P×b 故: BC段Vx=-F1=12000Nf2x=(12000×6702×2500)/(6×2.06×105×2369×104)×(3-0.8)=1mm BC段弯矩Mx=-F1×(L-a)=-12000×670=8.04×106N.mm BC段应力为σ2=Mx/WX=34N/mm2 钢梁左端挂有2片模板 钢梁应力σ=σ1+σ2=139N/mm2 钢梁挠度f=f1x+f2x=5mm 钢梁强度和刚度满足施工要求。 因钢梁有平面外支撑6处,故钢梁平面外稳定不在校核。 ⑵门架钢柱校核 门架钢柱四面都有支撑,平面外稳定不在校核,仅校核强度和平面内稳定。 钢柱为H200×100×5×8 门架柱校核荷载最大的1个。 荷载P=2×12000N柱高H=6025mm H型钢字钢横截面积A=2757mm2 荷载分项系数取1.2 钢柱强度σ1=P/A=1.2×21×2000/2757=11N/mm2 钢柱稳定: X-X轴IX=1880×104mm4 钢柱下部有支座,上部也有横梁支撑。 钢柱轴压力设计值p=28800N,型钢支撑的计算长度l0=μl=0.85×6000=5.1m。 Q235钢材的强度设计值为215N/mm2,H200×100×5×8的截面特征为A=27.57cm2,ix=8.25cm,iy=2.21cm。 ⑶整体稳定性验算: 轴压杆的长细比为λx=l0/ix=61.8 λx<[λ]=150 =1.2×21×2000/0.645×2757=28.3411N/mm2 此型钢属于B类截面,查轴压杆稳定系数表得 由于型钢截面无孔洞削弱,故可不计算强度。 支撑型钢的整体稳定性为: N/ΨxA=28800/2757=10.5N/mm2 故整体稳定性满足要求。 ⑷局部稳定性验算: 如上图所示,翼缘板外伸宽度为b=48mm,厚度t=8mm。 b/t=48/8=6< =16.8 故翼缘局部稳定性满足要求。 腹板高度为h0=184mm,厚度tw=5mm。 h0/tw=36.8<(25+0.5λ) =55.9 故腹板局部稳定性满足要求。 底梁采用30a工字钢,底梁支撑钢柱,每根钢柱下面设有机械千金顶,故只校核钢柱位置处底梁的稳定性。 局部稳定性验算,工字钢腹板上设有加劲肋 32a工字钢底梁上取1处,计算其受力情况,其荷载标准值为P0=12KN+2KN+2KN=18KN,分项系数取1.2,设计荷载为P=21.6KN。 查得32a工字钢A=67.12cm2ix=12.25cm,iy=2.44cm。 支座处腹板受力面积A=9.5mm×250mm=2375mm2 腹板高度为h0=290mm,厚度tw=9.5mm。 腹板处l0=μl=0.85×290=246.5mm 轴压杆的长细比为λy=l0/iy=24.4 Λy<[λ]=150 =1.2×21×2000/0.645×2375=33N/mm2 此型钢属于B类截面,查轴压杆稳定系数表得 由上面计算得出底梁稳定性满足施工要求。 4.6顶板内顶模检算 内顶模模板采用δ=15mm的竹编胶合模板,直接搁置于方木小楞上,方木小楞按间距L=0.26米布置,按3跨连续梁考虑,取1m宽进行验算。 竹编胶合模板的力学性能指标按《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)中的5层15mm厚考虑,则: fjm=35MPa,E=9898MPa。 按3跨连续梁验算,其计算模型如下: ⑴截面参数及材料力学性能指标 W=bh2/6=1000×152/6=37500mm3 I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4 ⑵荷载组合 q=1.2×(26.0×1.2)×1.05+1.4×(2.5+2.0+2.0)=48.4KN.m ⑶强度检算 Mmax=ql2/10=48.4×0.262/10=0.33KN.m σmax=Mmax/W=0.33×106/37500=8.8MPa<35MPa(满足要求) ⑷刚度检算 f=ql4/(150EI)=48.4×2604/(150×9898×281250) =0.53mm<260/400=0.65mm(满足要求) 内顶模方木小楞搁置于方木大楞上,小楞方木规格为50×100mm,1.2m厚顶板方木大楞按间距L=0.6米布置,1m厚顶板方木大楞按间距L=0.9米布置,小楞亦按连续梁考虑。 方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005-2003)中的TC-13类木材并考虑露天条件、设计使用年限、湿材等条件进行调整,则: fm=13×0.9×1.1×0.9=11.6MPa,E=10×103×0.85×1.1×0.9=8.4×103MPa。 按三跨连续梁来计算,模型如下: ⑴截面参数及材料力学性能指标 W=bh2/6=50×1002/6=83333.3mm3 I=bh3/12=50×1003/12=4166666.6mm4 ⑵荷载组合 1.2m厚顶板: q=[1.2×26.0×1.2×1.05+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.26=12.58kN/m 1m厚顶板: q=[1.2×26.0×1×1.05+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.26=10.88kN/m ⑶强度检算 1.2m厚顶板: Mmax=ql2/10=12.58×0.62/10=0.45KN.m σmax=Mmax/W=0.45×106/83333.3=5.4MPa<11.6MPa(满足要求) 1m厚顶板: Mmax=ql2/10=10.88×0.92/10=0.88KN.m σmax=Mmax/W=0.88×106/83333.3=10.56MPa<11.6MPa(满足要求) ⑷刚度检算 1.2m厚顶板: f=ql4/(150EI)=12.58×6004/(150×840
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