现浇箱梁碗扣式支架计算书教学提纲.docx
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现浇箱梁碗扣式支架计算书教学提纲
XXX立交工程东康主线桥
模板及碗扣式支架检算书
一、工程概况
主线桥跨越109国道,起点桩号K0+418.587,终点桩号K0+634.567,桥梁全长215.98m,桥梁分幅设置,东幅桥跨径组合为(2×25)+(33.5+45+36.5)+(2×25)m,西幅桥跨径组合为(2×25)+(36.5+45+33.5)+(2×25)m,U1、U3联(2×25m)为钢筋混凝土连续梁,U2联(33.5+45+36.5m,36.5+45+33.5m)为预应力混凝土连续梁。
主线桥道路中心线平面线形为:
直线+缓和曲线。
桥梁采用统一断面:
斜腹板箱形断面,单箱三室结构,梁高240cm。
箱梁标准宽度为16.75m,顶、底板平行布置,箱梁底板宽9.95m,悬臂长2.5m。
箱梁顶板厚25cm;底板厚在一般段为25cm,支承处加厚为60cm,腹板厚度在一般段为40cm,支承处加厚到80cm。
箱梁在桥墩支承处设实腹横梁,中墩中横梁宽2.0m,边墩端横梁宽1.5m,横梁均按钢筋混凝土结构设计。
U1、U3联不设置横隔板,U2联跨中设置一道横隔板横隔板厚0.3m,横隔板均为实腹式,不设人孔。
箱梁顶板横坡根据道路设计而变化,底板保持与顶板平行,在桥墩支承处,通过楔形块调整水平,每个桥墩处设2个支座,支座横向间距为5m,两个支座间设抗震挡块。
预应力钢筋砼箱梁设计混凝土强度等级为C50,钢筋砼箱梁设计混凝土强度等级为C40。
砼分两阶段浇筑,第一阶段浇筑地板和腹板,第二阶段浇筑顶板和翼缘板。
本连续梁设计采用满堂支架现浇施工。
跨XXX道部位预留两个宽×高=2×(3.75×3.0)m交通门洞。
具体箱梁断面图如下:
二、计算依据
1、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
2、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ/TF50-2011)
3、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)
4、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)
5、《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)
6、《公路桥涵施工手册》及其他有关的现行国家及地方强制性规范和标准。
7、《路桥施工计算手册》(2001).人民交通出版社
8、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
9、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2006)
10、10.竹胶合板模板行业标准
11、XXX立交桥梁工程施工图及地质资料。
三、满堂式碗扣件支架方案介绍
1、方案介绍
满堂式碗扣支架体系由支架基础(20cm厚砂砾,20cm厚C20混凝土)、Φ48×3.5mm碗扣立杆、横杆、斜撑杆、可调节顶托、15cm×10cm木方纵向分配梁,10cm×10cm木方做横向分配梁;模板系统由侧模、底模、内模、端模等组成。
15cm×10cm木方分配梁顺桥向布置,直接铺设在支架顶部的可调节顶托上。
箱梁底模板采用厚15mm尺寸2440mm×1220mmA型竹材覆胶胶合板,直接铺装在10cm×10cm横向木方分配梁上进行连接固定;侧模、翼缘板模板采用厚15mm尺寸2440mm×1220mmA型竹材覆胶胶合板。
东康快速路主线桥满堂碗扣式支架,顺桥向间距均为0.6m,横桥向箱梁腹板下1.8m范围和桥墩顶横梁前后各8.4米范围内,支架间距为0.6m,其余位置横桥向间距均为0.9m。
支架搭设联系横杆步距为0.9m,支架搭设宽度桥梁投影宽度,支架东、西侧设置廊道,以方便工人上下。
位于既有东康快速路上的立杆下端均设方木(10cm×15cm),位于既有东康快速路外侧的立杆,下设方木(10cm×15cm)+厚200mm的C20混凝土垫层,用以扩散支架底托应力。
水平剪刀撑在支架底部、中部和顶部各设置一道。
垂直剪刀撑在支撑体系四周满设,中间每6跨立杆设置一道。
U2联的跨中设置机动车门洞2个,门洞净宽3.75m,高3.0m。
门柱立柱采用普通钢管(Φ400mm,壁厚10mm),计算长度2.0m。
立柱设6排,每排横桥向间距2m,每根立柱上部设封口钢板(500×500mm,厚10mm)。
每排门柱上设2道50a号工字钢横梁(横桥向),横梁上布设50a号工钢纵梁,其上铺放10cm×10cm枕木搭设满堂支架。
门柱下部为混凝土条形扩大基础(宽×高=100×100cm),扩大基础顶面预埋钢板(600×600mm,厚10mm),门柱与钢板之间焊接,焊接方式为围焊,四周设8道加劲缀板。
所有型钢间连接点均点焊加固,各向型钢横纵梁间设联系杆,提高传力体系整体性。
2、支架材料要求
钢管规格为φ48×3.5mm,有产品合格证。
钢管的端部切口应平整,禁止使用有明显变形、裂纹和严重绣蚀的钢管。
扣件应按现行国家标准《钢管支架扣件》(GB15831)的规定选用,且与钢管管径相配套的可锻铸铁扣件,严禁使用不合格的扣件。
新扣件应有出厂合格证、法定检测单位的测试报告和产品质量合格证,当对扣件质量有怀疑时,应按现行国家标准《钢管支架扣件》(GB15831)的规定抽样检测。
旧扣件使用前应进行质量检查,有裂缝、变形、锈蚀的严禁使用,出现滑丝的螺栓必须更换。
支架材料及施工必须满足《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)的规定。
所有钢材均为Q235钢,所有木材均为红松,根据《路桥施工计算手册》P176-P177规定。
红松顺纹容许弯应力[σw]=12MPa、E=0.9×104MPa。
3、地基承载力
根据《工程地质勘察报告》,本桥位处地基容许承载力在260Kpa以上。
四、荷载分析计算
1、模板及模板支撑架荷载Q1
内模支撑系统如下图:
通过计算模板荷载如下:
a、内模(包括支撑架):
取q1-1=1.6KN/m2;
b、底模(包括背带木)、外侧模:
取q1-2=1.2KN/m2;
c、碗扣脚手架荷载:
按支架搭设高度5.0米计算(含剪刀撑):
q1-3=4.0KN/m2。
2、箱梁混凝土荷载Q2
见各单元计算
3、施工荷载Q3
a、施工人员及设备荷载:
q3-1=2.5KN/m2。
b、水平面模板的砼振捣荷载:
q3-2=2.0KN/m2(查《公路桥涵施工技术规范》附录D第4条取值)
c、垂直面模板的砼振捣荷载:
q3-3=4.0KN/m2(查《公路桥涵施工技术规范》附录D第4条取值)
d、倾倒混凝土时冲击产生的水平荷载
q3-4=3.0KN/m2(采用汽车泵取值3.0KN/m2)
五、模板受力计算
1、腹板外侧模模板、支撑楞木、支撑
如下图:
⑴、侧模竹胶板强度、抗弯能力检算
①、荷载:
a、垂直面模板的砼振捣荷载,取q3-3=4.0KN/m2,查《公路桥涵施工技术规范》附录D第4条取值。
b、新浇混凝土对侧模的压力:
pmax=Kγh=1.2×24KN/m3×1.0m=28.8KN/m2=0.0288MPa;
式中:
pmax——新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力,Mpa;
γ——混凝土的容重(KN/m3),取24KN/m3
K——外加剂影响修正系数,掺缓凝作用的外加剂,取1.2;
h——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m),取1.0米;混凝土侧压力的计算分布图形如图:
c、腹板由于为斜腹板,砼对腹板模板的压力为0.36KN
荷载组合:
按照《公路桥涵施工技术规范》表9.2.2之规定
q=(4+28.8+0.36)×1.2=39.79KN/m2
则单位长度上腹板模板承受的荷载为:
q=0.6×39.27=23.87KN/m
②、竹胶板参数:
竹胶面板的静曲强度:
[σ]纵向≥70Mpa,[σ]横向≥50Mpa竹胶面板的弹性模量:
[E]纵向≥6×103Mpa,[E]横向≥4×103Mpa
竹胶板侧模后面附10cm×10cm的方木,受力如下图:
Mmax=qL2/10=23.87×0.32/10=0.215KN-m
面板截面抵抗矩:
ω=bh2/6=0.6×0.0152/6=2.25×10-5m3
σ=M/ω=215×103/(2.25×104)=9.56Mpa<[σ]横向=50Mpa,满足要求。
【挠度验算】
查《混凝土模板用竹材胶合板》得
竹胶面板的弹性模量:
[E]纵向≥6×103Mpa,[E]横向≥4×103Mpa
f=qL4/(128EI)=23.87×2004/(128×4×103×1000×153/12)=0.265mm<[f]=0.75mm=300/400,满足要求。
(2)、10cm×10cm木方检算
10×10cm方木采用木材材料为红松,查《路桥施工计算手册》得其顺纹容许应力:
[σω]=12.0Mpa,弹性模量:
E=9000Mpa,
10cm×10cm方木的截面特性:
w=10×102/6=166.67cm3=166.67×103mm3
I=10×103/12=833.33cm4=833.34×104mm4
受力如下图:
【强度计算:
】
方木单位长度上的荷载:
q=0.6×39.76=23.86KN/m
查《路桥计算手册》得Km=0.08
Mmax=0.08×23.86×0.62=0.6872KN-m
σ=6.872×104÷(166.67×103)=0.412Mpa<[σω]=8.0Mpa,满足要求。
【抗剪计算:
】
查《路桥计算手册》得Km=0.464
V=Kmql=0.464×23.86×0.6=6.643KN
[τ]=1.9Mpa
ι=VS/Ib
=6.643×103×50×100/(8.3333×106×100)=0.040Mpa<[τ]=1.9Mpa,满足要求。
【挠度计算:
】
ωmax=Kw×q×l4/100EI
查《路桥计算手册》得Km=0.632
ωmax=0.632×23.86×6004÷(100×9×103×833.33×104)=0.26mm<f=600/400=1.5mm,满足要求。
【支座反力:
】
R=1.1×ql=1.1×23.86×0.6=15.75KN
(3)、支撑扣件抗滑力
10cm×10cm方木传递的支座反力由U型顶托传至钢管,由4个直角扣件的抗滑力进行抵抗。
支座反力R=15.75KN<4×8×0.7KN=22.4KN,满足要求。
2、底模模板及支撑方木强度及变形检算
(1)、墩顶中横梁处检算
①模板检算
荷载Q=1.2×(2.4×26)+1.4×(2.5+2.0+3.0)=85.38KN/m2。
则单位长度上的荷载为:
q=85.38×1.0=85.38KN/m
【强度验算】
面板规格:
2440mm×1220mm×15mm,竹胶面板的静曲强度:
[σ]纵向≥70Mpa,[σ]横向≥50Mpa
Mmax=qL2/10=0.1×85.38×0.32=0.768KN-m
面板截面抵抗矩:
w=bh2/6=0.6×0.0152/6=2.25×10-5m3
σ=M/w=0.768×106/(2.25×104)=34.13Mpa<[σ]横向=50Mpa,满足要求。
【挠度验算】
查《混凝土模板用竹材胶合板》得
竹胶面板的弹性模量:
[E]纵向≥6×103Mpa,[E]横向≥4×103Mpa
考虑竹胶面板的背带为10cm×10cm木方,面板的跨径为300mm,故按简支梁进行挠度计算
f=qL4/(128EI)=85.38×1504/(128×4×103×1000×153/12)=0.300mm<[f]=0.75mm=300/400,满足要求。
②10cm×10cm木方检算
10×10cm方木采用木材材料为红松,查《路桥施工计算手册》得其顺纹容许应力:
[σω]=12Mpa,弹性模量:
,E=9000Mpa,
10cm×10cm方木的截面特性:
w=10×102/6=166.67cm3
I=10×103/12=833.33cm4
荷载q=51.228KN/m
受力如下图:
q=25.614KN/m
0.3m
0.3m
0.3m
0.3m
【强度计算:
】
Mmax=0.125×25.614×0.62=1.153KN-m
σ=1.153×106÷(166.67×103)=6.918Mpa<[σω]=12Mpa,满足要求。
【抗剪计算:
】
V=ql/2=0.5×25.614×0.6=7.684KN
[fv]=1.6Mpa
ι=VS/Ib=7.684×103×50×100/(833.33×104×100)=0.046Mpa<[fv]=1.6Mpa,满足要求。
【挠度计算:
】
按简支梁计算
ωmax=5×q×l4/(384EI)
ωmax=5×25.614×6004÷(384×9×103×833.33×104)=0.576mm<f=600/400=1.25mm,满足要求。
【支座反力:
】
查《路桥计算手册》得Km=1.4183
R=1.4183×ql=1.4183×25.614×0.6=21.797KN
③15cm×10cm木方检算
15×10cm方木采用木材材料为红松,查《路桥施工计算手册》得其顺纹容许应力:
[σω]=12Mpa,弹性模量:
E=9000Mpa,
15cm×10cm方木的截面特性:
w=10×152/6=375×103mm3
I=10×153/12=2812.5×104mm4
方木纵向放置,间距0.6米,按5跨连续梁计算,
荷载为上方木传递的支座反力、竹胶板自重和10×10cm方木自重:
p=21.797+0.08+0.01=21.887KN
受力如下图:
【强度计算:
】
查《路桥计算手册》得Km=0.171
Mmax=0.171×21.887×0.6=2.236KN-m
σ=2.236×106÷(375×103)=5.963Mpa<[σω]=12Mpa,满足要求。
【抗剪计算:
】
查《路桥计算手册》得Km=0.658
V=KmP=0.658×21.887=14.342KN
[fv]=1.6Mpa
ι=VS/Ib=14.342×103×50×150/(2812.5×104×100)=0.04Mpa<[fv]=1.6Mpa,满足要求。
【挠度计算:
】
查《路桥计算手册》得Km=1.097
ωmax=Km×P×l3/(100EI)
ωmax=1.097×21.887×103×6003÷(100×9×103×2812.5×104)=0.204mm<f=600/500=1.2mm,满足要求。
【支座反力:
】
查《路桥计算手册》得Km=1.198
R=0.5×21.797+21.797=32.696KN<[N]=49.0731KN
(2)、跨中处检算
模板及支撑如图:
①10cm×10cm木方检算
10×10cm方木采用木材材料为红松,查《路桥施工计算手册》得其顺纹容许应力:
[σω]=12Mpa,弹性模量:
,E=9000Mpa
10cm×10cm方木的截面特性:
w=10×102/6=166.67cm3
I=10×103/12=833.33cm4
【强度计算】
Mmax=0.125×14.806×0.9=1.666×106N-mm
σ=1.666×106÷(166.67×103)=10.0Mpa<[σω]=12Mpa,满足要求。
【抗剪计算】
按2等跨连续梁计算,Km=0.625
V=Kmql2=0.625×14.807×0.92=7.496KN
[fv]=1.6Mpa
ι=VS/Ib=7.496×103×50×100/(833.33×104×100)=0.045Mpa<[fv]=1.6Mpa,满足要求。
【挠度计算】
ωmax=0.521×14.807×9004/100×9000×833.33×104=0.675mm<f=900/500=1.8mm,满足要求。
【支座反力:
】
R=0.5×14.807×0.9=6.66KN
②15cm×10cm木方检算
15×10cm方木采用木材材料为红松,查《路桥施工计算手册》得其顺纹容许应力:
[σω]=12Mpa,弹性模量:
E=9000Mpa,
12cm×12cm方木的截面特性:
w=10×152/6=375cm3=375×103mm
I=10×153/12=2812.5cm4=2812.5×104mm
方木纵向放置,间距0.9米,按5跨连续梁计算,荷载为上方木传递的支座反力:
即p=0.5×6.66+6.66=9.99KN
【强度计算:
】
Mmax=0.171×9.99×0.6=1.025KN-m
σ1.025×106÷(375×103)=2.733Mpa<[σω]=12Mpa,满足要求。
【抗剪计算:
】
V=0.658×9.99=6.57KN
[fv]=1.6Mpa
ι=VS/Ib=6.57×103×100×75/(2812.5×104×100)=0.018Mpa<[fv]=1.6Mpa,满足要求。
【挠度计算:
】
ωmax=1.097×9.99×6003/100×9000×2812.5×104=0.0094mm<f=600/500=1.2mm,满足要求。
【支座反力:
】
R=9.99KN<[N]=49.0731KN,满足要求。
六、碗扣立杆受力计算
根据断面分析,箱梁的最不利荷载应该处于墩顶的实心段及跨中的腹板处,故这里只进行墩顶断面和边跨腹板及箱梁边跨顶、腹板断面3个部分的验算。
本支架计算长度l0按下式计算:
l0=h+2a=0.9+2×0.3=1.5m;
其中:
h为支架立杆的步距,取0.9m;
a为模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度,取0.3m;
本支架长细比λ=l0/i=180.0/1.59=113.2,查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》表A.0.6,得ψ=0.496
立杆承载力[N]=ψ*A*f=0.496×4.89cm2×20.5KN/cm2=49.72KN
单肢立杆轴向力计算公式:
N=((1.2Q1+1.4Q3)+1.4Q2)×Lx×Ly
式中:
Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距
1、墩顶横梁部分(计算单元1)
墩顶端横梁为实心截面,则
钢筋混凝土梁自重:
q2-1=2.4×26÷1=62.4KN/m2
单肢立杆受力:
N=[1.2(q1-1+q1-2+q1-3+q2-1)+1.4(q3-1+q3-2+q3-4)]×Lx×Ly
=[1.2×(1.6+1.2+4.0+62.4)+1.4×(2.5+2.0+3.0)]×0.6×0.6=33.67KN
Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距,立杆分布纵向0.6m,横向0.6m,横杆层距(即立杆步距)0.9m,则单根立杆受力:
N=33.67KN<[N]=49.0731KN
2、墩顶腹板部分(计算单元2)
钢筋混凝土梁自重:
q2-1=2.4×0.8×26=49.92KN/m2
N=[1.2(q1-1+q1-2+q1-3+q2-1)+1.4(q3-1+q3-2+q3-4)]×Lx×Ly
=[1.2×(1.6+1.2+4.0+49.92)+1.4×(2.5+2.0+3.0)]×0.6×0.9=42.42KN
Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距,立杆分布纵向0.6m,横向0.9m,横杆层距(即立杆步距)0.9m,则单根立杆受力:
N=42.42KN<[N]=49.0731KN
3、箱梁边跨顶、底板(计算单元3)
钢筋混凝土梁自重:
q2-1=3.097×26÷3.15=25.57KN/m2
N=[1.2(q1-1+q1-2+q1-3+q2-1)+1.4(q3-1+q3-2+q3-4)]×Lx×Ly
=[1.2×(1.6+1.2+4.0+25.57)+1.4×(2.5+2.0+3.0)]×0.9×0.9=39.97KN
Lx、Ly——单肢立杆纵向及横向间距,立杆分布纵向0.9m,横向0.9m,横杆层距(即立杆步距)0.9m,则单根立杆受力:
N=39.97KN<[N]=49.0731KN
七、地基受力计算
位于既有东康快速路外侧的立杆基础,采用10×15cm方木+20cm厚C20砼,位于既有东康快速路上的立杆底脚采用10×15cm方木+10cm油面+40cm水泥稳定碎石,扩散角为θ=45°。
计算原状土层荷载。
地基承载力计算公式f=N/Ag,
f——地基受力,
N——单肢立杆竖向轴力,为33.67KN
Ag——支撑单肢立杆的原土层面积,
计算土层受力面积考虑立杆纵横向步距。
东康路外侧地基有效受压面积Ag=0.55×0.6=0.33m2
东康路内地基有效受压面积Ag=1.15×1.2=1.38m2
东康路外侧地基受力f=33.67/0.385=102.03Kpa
东康路内地基受力f=33.67/1.38=24.40Kpa
实测地基承载力fg=260×0.5=130kN/m2
地基承载力满足要求。
八、支架立杆稳定性验算
碗扣式满堂支架是组装构件,单根碗扣在承载力允许范围内就不会失稳,因此以轴心受压的单根立杆进行验算:
公式:
N≤[N]=ψA[ó]
碗扣件采用外径48mm,壁厚3.5mm,A=489mm2,Q235钢,I=12.19*104mm4,回转半径i=1.58cm,查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》表5.1.7:
钢管截面特性取值。
计算长度:
h=90+30×2=150cm计算。
梁端底板钢管长细比λ=L/i=180/1.58=113.2<[λ]=250取λ=113;
轴心受压杆件,查《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》附录E:
Q235A钢管轴心受压构件的稳定系数
ψ=0.496,
[ó]=205MPa
梁端底板处:
[N]=0.496×489×205=49721.52N=49.72KN
支架立杆步距90cm中受最大荷载的立杆位于墩顶端横梁处,其N=33.67KN(见前碗扣立杆受力验算)
由上可知:
梁端底板处:
N=33.67KN≤[N]=49.72KN
九、风荷载计算
支撑架体、梁体及围挡风荷载计算
1、支撑架体风荷载计算
将全部支架以中心为界,分为两部分各自承担自己的风荷载,化成节点荷载为ω1和ω0,采用斜杆布置(如图)
挡风系数ψ0=A1/A0
式中:
A1——杆件挡风面积;
A0——迎风全面积;
标准风荷载ωk=0.7μz·μs·ωo·φ=0.7×1.0×1.2×0.163×0.35×=0.08KN
式中:
ωk——风荷载标准值(KN/m2);
μz——风压高度变化系数,按《建筑施工碗口式钢管脚手架安全技术规范》附录D采用1.0;
μs——风荷载体型系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定取1.2;
ωo——基本风压(KN/m2),按现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定采用0.35;
φ——挡风系数,ψ0=1.2×(0.6+1.2+0.325×0.6+1.2)×0.048÷(0.6×1.2))=0.163
考虑排架连续承受风荷载计算,η=1-ψ0=1-0.163=0.837(多层架体综合系数)
μstω=1+η+η2+η3+η4+η5+η6=1+0.837+0.8372+0.8373+0.8374+0.8375+0.8376=4.369
求得节点风荷载:
ωk架=1.4μstω×ωk×1.2×0.6=1.4×4.369×0.08×1.2×0.6=0.352KN
2、梁体及施工围栏风荷载
ωk=0.7μz·μs·ωo·φ
式中:
ωk——风荷载标准值(KN/m2);
μ
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