番禺11号公路跨线桥连续箱梁满堂支架计算.docx
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番禺11号公路跨线桥连续箱梁满堂支架计算.docx
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番禺11号公路跨线桥连续箱梁满堂支架计算
番禺11号公路跨线桥连续箱梁
满堂支架计算
一、计算依据
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)
上海市工程建设规范《钢管扣件水平模板的支撑系统安全技术规程》
(DG/TJ08-016-2004)
二、支架设计方案
番禺11号公路跨线桥,桥面全宽34.5m,分左右幅,半幅桥宽16.75m,箱梁与桥面同宽,共分为3联:
(30m×4)+(35m×8)+(40m×2+25m),第一联、第三联设计为现浇预应力连续箱梁,第二联设计为预制安装组合箱梁,第一联梁高1.7m,第二联梁高1.8m,第三联梁高2.0m。
第一联、第三联现浇箱梁设计为半幅单箱双室,箱梁底宽12m,连续箱梁现浇支架拟采用Ф48×3.5mm扣件式钢管支架,支架高度为5~9m。
第三联12~15号敦,在13、14号中墩两侧各2m长度范围按照50×30cm布置立杆,在两个中墩两侧各2m~7m长度范围内按照60×30cm(纵向×横向)布置立杆,其余范围按照60×60cm布置立杆。
12、15号墩是现浇梁端部,靠近墩的位置按13、14号中墩一侧的尺寸布置立杆。
水平横杆按照120cm步距布置,中间纵横向每5m在横断面设连续剪刀撑,两侧面及端面分别设置剪刀撑,每4.5m高设置一道水平剪刀撑。
竖向调节钢管扣件全部采用3个扣件扣住。
为了保证扣件的受力满足设计及规范要求,均需在方木下添加一根纵向钢管。
具体详见“番禺11号公路跨线桥现浇箱梁支架布置示意图”。
三、支架力学验算
(一)、最不利荷载位置计算
综合考虑该跨连续梁的结构形式,在中墩的位置最重,按箱梁底宽计算,该断面面积为12×2.0=24㎡,该位置长度为2.0m。
对该位置进行支架检算:
1、支架布置以50×30cm布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每延米重量为:
24×1×26=624(KN)
则单位面积承重为:
q1=624KN/(12×1)=52(KN/㎡)
由于钢管布置为50cm×30cm,则
单根承载力为:
52KN/㎡×0.5×0.3=7.8(KN/根)
2、底模及内模构造荷载
取 q2=5KN/㎡
3、扣件式钢管支架自重(按9m高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm钢管单位重量为3.84kg/m)
q31=0.0384KN/m×9m=0.313(KN/根)
b、可调托座
q32=0.045KN/m×1个=0.045(KN/根)
c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×0.8=0.246(KN/根)
d、扣件自重
直角扣件:
q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251(KN/根)
对接扣件:
q35=0.0184KN/m×1个=0.0184(KN/根)
所以扣件式钢管支架自重:
q3=q31+q32+q33+q34+q35
=0.313+0.045+0.246+0.251+0.184
=1.039(KN/根)
4、施工活荷载(参照规范4.2.2表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/㎡计,基于安全考虑,取5KN/㎡)
q4=5KN/㎡
5、单根钢管设计轴向力
荷载组合:
施工恒载:
NGK=(q1+q2)×0.5×0.3+q3
=(52+5)×0.5×0.3+1.039
=9.589(KN/根)
活荷载:
NQK=q4×0.5×0.3=5×0.5×0.3=0.75(KN/根)
轴向力:
N=1.2NGK+1.4NQK
=1.2×9.589+1.4×0.75
=12.557(KN/根)
6、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(由于是旧管,按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数):
A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:
i=1.58cm
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127
查得φ=0.412
N/(φ×A)=12557/(0.412×318)
=95.84MPa≤164Mpa
(其中,Q235钢管容许应力为205Mpa×80%=164Mpa,80%为旧管疲劳折减系数)
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数164/95.84=1.7,其中未计算剪刀撑重量。
7、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算:
从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:
12.557KN/根
单个扣件受力为:
12.557/3=4.2KN/个
根据<<扣件式规范〉〉表5.1.7中知:
直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:
8/4.2=1.9。
(二)次不利荷载位置计算
距墩轴线1米为次不利荷载位置,该位置渐变长度为5.3m,与跨中截面相接,按最大荷载对该位置进行支架检算,仍按箱梁底宽计算,该断面面积为:
12×2.0-(2.0-0.50-0.75)×(12-0.8×2-1.0)
=16.95㎡
1、支架布置以60×30cm布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每延米重量为:
16.95×26×1=440.7KN
则单位面积承重为:
q1=440.7(KN/m)/12m=36.725KN/㎡
由于钢管布置为60cm×30cm,则
单根承载力为:
36.725KN/㎡×0.6×0.3=6.611KN/根
2、底模及内模构造荷载
q2=5KN/m2
3、扣件式钢管支架自重(按9m高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm钢管单位重量为3.84kg/m)
q31=0.0384KN/m×9m=0.3132KN/根
b、可调托座
q32=0.045KN/m×1个=0.045KN/根
c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×(0.6+0.3)=0.276KN/根
d、扣件自重
直角扣件:
q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251KN/根
对接扣件:
q35=0.0184KN/m×1个=0.0184KN/根
所以扣件式钢管支架自重:
q3=q31+q32+q33+q34+q35
=0.313+0.045+0.276+0.251+0.184
=1.069KN/根
4、施工活荷载(参照规范4.2.2表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/㎡计,基于安全考虑,取5KN/㎡)
q4=5KN/㎡
5、荷载组合
施工恒载:
NGK=(q1+q2)×0.6×0.6+q3
=(36.725+5)×0.6×0.3+1.069
=8.58KN/根
活荷载:
NQK=q4×0.6×0.3=5×0.6×0.3=0.9KN/根
荷载组合:
N=1.2NGK+1.4NQK
=1.2×8.58+1.4×0.9
=11.556KN/根
6、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数):
A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:
i=1.58cm
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127
查得φ=0.412
N/(φ×A)=11556/(0.412×318)
=88.2MPa≤164Mpa(Q235钢管容许应力205Mpa×80%,80%为旧管疲劳折减系数)
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数164/88.2=1.8,其中未计算剪刀撑重量、风力和混凝土倾倒冲击力的影响。
7、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算:
从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:
11.556KN/根
单个扣件受力为:
11.556/3=3.9KN/个
根据<<扣件式规范〉〉表5.1.7中知:
直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:
8/3.9=2.0。
(三)、一般不利荷载位置计算
中跨中部为一般不利位置仍按箱梁底宽计算,该断面面积为:
12×2.0-(2.0-0.47)×(12-0.45×3)+(0.8×0.25×2)+(0.25×0.25×2)
=8.23㎡,该位置长度为22.8m。
对该位置进行支架检算:
1、支架布置以60×60cm布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每延米重量为:
8.23×26×1=213.98KN
则单位面积承重为:
q1=213.98(KN/m)/12m=17.832KN/㎡
由于钢管布置为60cm×60cm,则
单根承载力为:
17.832KN/㎡×0.6×0.6=6.419KN/根
2、底模及内模构造荷载
q2=5KN/m2
3、扣件式钢管支架自重(按9m高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm钢管单位重量为3.84kg/m)
q31=0.0384KN/m×9m=0.3132KN/根
b、可调托座
q32=0.045KN/m×1个=0.045KN/根
c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×(0.6+0.6)=0.369KN/根
d、扣件自重
直角扣件:
q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251KN/根
对接扣件:
q35=0.0184KN/m×1个=0.0184KN/根
所以扣件式钢管支架自重:
q3=q31+q32+q33+q34+q35
=0.313+0.045+0.369+0.251+0.184
=1.162KN/根
4、施工活荷载(参照规范4.2.2表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/㎡计,基于安全考虑,取5KN/㎡)
q4=5KN/㎡
5、荷载组合
施工恒载:
NGK=(q1+q2)×0.6×0.6+q3
=(17.832+5)×0.6×0.6+1.162
=9.382KN/根
活荷载:
NQK=q4×0.6×0.6=5×0.6×0.6=1.8KN/根
荷载组合:
N=1.2NGK+1.4NQK
=1.2×9.382+1.4×1.8
=13.778KN/根
6、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数):
A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:
i=1.58cm
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127
查得φ=0.412
N/(φ×A)=13778/(0.412×318)
=105.2MPa≤164Mpa(Q235钢管容许应力205Mpa×80%,80%为旧管疲劳折减系数)
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数164/105.2=1.5,其中未计算剪刀撑重量、风力和混凝土倾倒冲击力的影响。
7、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算:
从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:
13.778KN/根
单个扣件受力为:
13.778/3=4.6KN/个
根据<<扣件式规范〉〉表5.1.7中知:
直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:
8/4.6=1.7。
四、纵横木楞力学验算
纵横向木楞采用10×10cm方木,材质为松木,按较低强度等级TC13取职,抗弯允许应力fm=13(N/m㎡),顺纹抗剪fv=1.4(N/m㎡),横纹局部承压fc90=2.9(N/m㎡),弹性模量E=10000(N/m㎡),露天折减系数为0.9,在生产性高温影响下,木材表面温度达40~50℃折减系数为0.8。
A=100cm2,I=833cm4,Wa=167cm3。
(一)最不利荷载位置计算
1、箱梁混凝土荷载:
支架布置以50×30cm布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每延米重量为:
24×1×26=624(KN)
则单位面积承重为:
q1=624KN/(12×1)=52(KN/㎡)
2、施工荷载
a、底模及内模构造荷载
取q2=5KN/m2
b、其他活荷载
取q4=5KN/㎡
3、荷载组合,由于钢管布置为50cm×30cm,则
q=q1+q2+q4=(52+5+5)×0.3=18.6(KN/m)
即q=18.6×1000
=1.86×104(N/m)
4、木楞跨中弯矩
Mmax=ql2/8=1.86×104×0.52/8=581.3(N·m)
5、弯应力
σm=M/Wa=581.3/(167/1000000)=3.48×106(N/㎡)
即σm=3.48×106/1000000
=3.48(N/m㎡)﹤fm=9.36(N/m㎡)
其中:
fm=13×0.9×0.8=9.36
安全系数为:
9.36/3.48=2.68
6、局部承压力
荷载:
q×0.5/2=1.86×104×0.5/2=4650(N)
成压应力:
4650/(100×100)=0.465(N/mm2)﹤fc90=2.088(N/mm2)
其中:
fc90=2.9×0.8×0.9=2.088(N/mm2)
安全系数:
2.088/0.465=4.4
7、剪应力验算
荷载:
4650(N)
剪应力:
4650/(100×100)=0.465(N/mm2)﹤fv=1.008(N/m㎡)
其中:
fv=1.4×0.8×0.9=1.008(N/m㎡)
安全系数:
1.008/0.465=2.1
(二)次不利荷载位置计算
1、支架布置以60×30cm布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每延米重量为:
16.95×26×1=440.7KN
则单位面积承重为:
q1=440.7(KN/m)/12m=36.725KN/㎡
2、施工荷载
a、底模及内模构造荷载
取q2=5KN/m2
b、其他活荷载
取q4=5KN/㎡
3、荷载组合,由于钢管布置为60cm×30cm,则
q=q1+q2+q4=(36.725+5+5)×0.3=14.02(KN/m)
即q=14.02×1000
=1.402×104(N/m)
4、木楞跨中弯矩
Mmax=ql2/8=1.402×104×0.62/8=630.9(N·m)
5、弯应力
σm=M/Wa=630.9/(167/1000000)=3.778×106(N/㎡)
即σm=3.778×106/1000000
=3.778(N/m㎡)﹤fm=9.36(N/m㎡)
其中:
fm=13×0.9×0.8=9.36
安全系数为:
9.36/3.778=2.4
6、局部承压力
荷载:
q×0.6/2=1.402×104×0.6/2=4206(N)
成压应力:
4206/(100×100)=0.421(N/mm2)﹤fc90=2.088(N/mm2)
其中:
fc90=2.9×0.8×0.9=2.088(N/mm2)
安全系数:
2.088/0.421=4.9
7、剪应力验算
荷载:
4206(N)
剪应力:
4206/(100×100)=0.421(N/mm2)﹤fv=1.008(N/m㎡)
其中:
fv=1.4×0.8×0.9=1.008(N/m㎡)
安全系数:
1.008/0.421=2.3
(三)一般不利荷载位置计算
1、支架布置以50×60cm布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每延米重量为:
8.23×26×1=215.8KN
则单位面积承重为:
q1=215.8(KN/m)/12m=17.98KN/㎡
2、施工荷载
a、底模及内模构造荷载
取q2=5KN/m2
b、其他活荷载
取q4=5KN/㎡
3、荷载组合,由于钢管布置为60cm×60cm,则
q=q1+q2+q4=(17.98+5+5)×0.6=16.788(KN/m)
即q=16.788×1000
=1.788×104(N/m)
4、木楞跨中弯矩
Mmax=ql2/8=1.788×104×0.62/8=804.6(N·m)
5、弯应力
σm=M/Wa=804.6/(167/1000000)=4.818×106(N/㎡)
即σm=4.818×106/1000000
=4.818(N/m㎡)﹤fm=9.36(N/m㎡)
其中:
fm=13×0.9×0.8=9.36
安全系数为:
9.36/4.818=1.9
6、局部承压力
荷载:
q×0.6/2=1.788×104×0.6/2=5364(N)
成压应力:
5364/(100×100)=0.536(N/mm2)﹤fc90=2.088(N/mm2)
其中:
fc90=2.9×0.8×0.9=2.088(N/mm2)
安全系数:
2.088/0.536=3.8
7、剪应力验算
荷载:
5364(N)
剪应力:
5364/(100×100)=0.5364(N/mm2)﹤fv=1.008(N/m㎡)
其中:
fv=1.4×0.8×0.9=1.008(N/m㎡)
安全系数:
1.008/0.4740=2.0
五、地基承载力计算
按最不利位置计算荷载组合,单根钢管轴向力为:
荷载组合:
N=1.2NGK+1.4NQK
=1.2×9.589+1.4×0.75
=12.557KN/根(KN/根)
由于钢管以50×30cm布置,单位面积荷载为:
12.557/(0.5×0.3)=83.7(KN/㎡)
即为:
83.7×1000/(1000×1000)=0.084(N/m㎡)
或:
83.7×1000/(9.8×100×100)=0.85(kg/cm2)
通过处理地基,承载力可以满足要求。
六、跨公路门架计算
第三联第14跨跨番禺11号公路,路面净宽12m,与桥轴线左交角65o,路面纵坡约2%,桥两边缘范围内高差0.8m,半幅0.4m。
门架设计初步拟定:
大梁用9m长45号工字钢,跨度按8m设计,立柱用∮400mm直缝焊接钢管,壁厚8mm,高度4,5m,立柱上横梁用32号槽钢2根扣面焊接成矩形截面。
门架立柱地梁初步拟定80cm×80cm截面C25混凝土梁,基础120cm×40cm截面C20混凝土基础。
(一)、最不利荷载位置计算
综合考虑该跨连续梁的结构形式,在梁肋板的位置最重,梁高为2.0m。
对梁肋下工字钢进行检算:
1、丛梁布置以支架对应30cm间距考虑,钢筋砼重量以26KN/m3计
每单位面积重量为:
2×1×26=52(KN/㎡)
由于丛梁布置间距为30cm,则
则单根工字钢承重荷载为:
:
q1=52KN/㎡×0.3=15.6(KN/m)
2、底模及内模构造荷载
取 q2=5KN/㎡
3、扣件式钢管支架重(支架布置60cm×30cm布置,高度1m,2层纵横水平杆,一个顶托)
a、一处立杆重(采用Ф48×3.5mm钢管单位重量为3.84kg/m)
q31=0.0384KN/m×1m=0.0384(KN/1处)
b、可调托座
q32=0.045KN/m×1个=0.045(KN/1处)
c、横杆重
q33=0.0384KN/m×2×0.9=0.69(KN/1处)
d、扣件重
直角扣件:
q34=0.0132KN/个×2个=0.251(KN/1处)
所以扣件式钢管支架重:
q3=q31+q32+q33+q34
=0.0384+0.045+0.069+0.251
=0.4034(KN/根)
4、施工活荷载(参照规范4.2.2表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/㎡计,基于安全考虑,取5KN/㎡)
q4=5KN/㎡
5、工字钢自重q5=
6、单根工字钢承受荷载:
荷载组合:
施工恒载:
NGK=q1+q2×0.6×0.3+q3/0.6+q5
=52+5×0.5×0.3+0.4034/0.6+
=53.422(KN/m)
活荷载:
NQK=q4×0.6×0.3=5×0.6×0.3=0.9(KN/m)
每米荷载:
N=1.2NGK+1.4NQK
=1.2×53.422+1.4×0.9
=65.366(KN/m)
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