满堂支架计算书.docx
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满堂支架计算书
满堂支架计算书
海湖路桥箱梁断面较大,本方案计算以海湖路桥北幅为例进行计算,南幅计算与北幅相同。
海湖路桥北幅为5×30m等截面预应力混凝土箱形连续梁(标准段为单箱双室),箱梁高度1.7m,箱梁顶宽15.25m。
对荷载进行计算及对其支架体系进行检算.
满堂支架的计算内容为:
①碗扣式钢管支架立杆强度及稳定性验算②满堂支架整体抗倾覆验算③箱梁底模下横桥向方木验算④碗扣式支架立杆顶托上顺桥向方木验算⑤箱梁底模计算⑥立杆底座和地基承载力验算⑦支架门洞计算.
1荷载分析
1.1荷载分类
作用于模板支架上的荷载,可分为永久荷载(恒荷载)和可变荷载(活荷载)两类。
⑴模板支架的永久荷载,包括下列荷载.
①作用在模板支架上的结构荷载,包括:
新浇筑混凝土、模板等自重.
②组成模板支架结构的杆系自重,包括:
立杆、纵向及横向水平杆、水平及垂直斜撑等自重。
③配件自重,根据工程实际情况定,包括:
脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施及附加构件的自重。
⑵模板支架的可变荷载,包括下列荷载。
①施工人员及施工设备荷载。
②振捣混凝土时产生的荷载。
③风荷载、雪荷载.
1。
2荷载取值
(1)雪荷载
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)查附录D.5可知,雪的标准荷载按照50年一遇取西宁市雪压为0。
20kN/m2。
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)7。
1.1雪荷载计算公式如下式所示。
Sk=ur×so
式中:
Sk—-雪荷载标准值(kN/m2);
ur-—顶面积雪分布系数;
So—-基本雪压(kN/m2)。
根据规《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)7.2.1规定,按照矩形分布的雪堆计算。
由于角度为小于25°,因此μr取平均值为1。
0,其计算过程如下所示。
Sk=ur×so=0.20×1=0。
20kN/m2
(2)风荷载
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)查附录D。
5可知,风的标准荷载按照50年一遇取西宁市风压为0。
35kN/m2根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)4。
3。
1风荷载计算公式如下式所示.
W=0。
7Uz×Us×WO
式中:
W——风荷载强度(kN/m2);
WO——基本风压(0.35KN/m2);
Uz——风压高度计算系数,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2011)附录D取1。
0;
Us——风荷载体型系数,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2011)4。
3.2条采用1.3.
风荷载强度W=0.7Uz×Us×WO=0。
7×1。
0×1.3×0.35=0。
32KN/m2
(3)q1——箱梁自重荷载,按设计说明取值26KN/m3。
根据海湖路桥现浇箱梁结构特点,按照最不利荷载原则,每跨箱梁取Ⅰ-Ⅰ截面(跨中)、Ⅱ-Ⅱ截面(墩柱两侧2.0~6。
0m)、Ⅲ-Ⅲ截面(墩柱两侧2。
0m)等三个代表截面进行箱梁自重计算(截面选择区段内箱梁自重最大处截面),并对三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,单跨箱梁立面图见下图:
单跨箱梁立面图
1)Ⅰ—Ⅰ截面处q1计算
图1.2—1海湖路桥Ⅰ-Ⅰ截面
根据横断面图,则:
q1=
=
=(26×9.22)/8.86=27。
06KN/m
注:
B-箱梁底宽,取8.86m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
-混凝土容重,取26KN/㎡。
A-箱梁横截面混凝土面积(㎡)。
2)Ⅱ-Ⅱ截面处q1计算
图1.2—2海湖路桥Ⅱ-Ⅱ截面
根据横断面图,则:
q1=
=
=(26×10。
7)/8。
86=31.4KN/m
3)Ⅲ-Ⅲ截面处q1计算
图1.2-3海湖路桥Ⅲ-Ⅲ截面
根据横断面图,则:
q1=
=
=(26×18。
3)/8。
86=53.7KN/m
(4)q2——模板自重荷载,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2011)取0.75KN/m2;
(5)q3——施工人员、施工材料和机具荷载,按均布荷载计算,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)取1.0KN/m2;
(6)q4-—浇筑和振捣混凝土时产生的荷载,按均布荷载计算,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2011)取2。
0KN/m2;
(7)q5——支架自重,根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》(GCJ-2011)取0。
75KN/m2。
1.3荷载组合系数
为安全考虑,参照《建筑结构荷载规范》GB50009—2012规定,计算结构强度的荷载设计值,取其标准值乘以下列相应的分项系数:
(1)永久荷载的分项系数,取1。
2;
(2)可变荷载的分项系数,取1.4。
1。
4荷载组合
荷载组合按照《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》表4.4。
1的规定,取值如下表1.4。
1所示。
表1。
4。
1荷载效应组合
计算项目
荷载组合
立杆承载力计算
1。
永久荷载+可变荷载(不包括风荷载)
2。
永久荷载+0。
9(可变荷载+风荷载)
连墙件承载力计算
风荷载+3。
0kN
斜杆承载力和连接扣件(抗滑)承载力计算
风荷载
2结构检算
2。
1碗扣式钢管支架立杆强度及稳定性验算
碗扣式满堂支架和扣件式满堂支架一样,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立杆强度及稳定性验算,根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2011(本节计算过程中简称为“本规范”)立杆的强度及稳定性计算公式进行分析计算.
1、Ⅰ—Ⅰ截面
跨中18m范围内,碗扣式钢管支架体系采用90×90×120cm的布置结构,见图2.1—1。
(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时,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=33.6kN(参见路桥施工计算手册表13-5钢管支架容许荷载).
立杆实际承受的荷载为:
N=1.2×ΣNGK+0。
9×1。
4ΣNQK(组合风荷载时)
ΣNGK-永久荷载对立杆产生的轴向力标准值总和;
ΣNQK-可变荷载对立杆产生的轴向力标准值总和;
将荷载取值结果带入计算公式:
图2.1—1:
Ⅰ-Ⅰ截面支架布置图
ΣNGK=0.9×0。
9×(q1+q2+q5)=0.81×(27。
06+0。
75+0.75)=23。
13KN
ΣNQK=0.9×0.9×(q3+q4+w+Sk)=0.81×(1。
0+2。
0+0.32+0.2)=2.85KN
则:
N=1.2×ΣNGK+0。
9×1。
4ΣNQK=1.2×23。
13+0.9×1.4×2。
85=31.35KN<[N]=33。
6KN,强度满足要求。
(2)立杆稳定性验算
立杆的稳定性计算公式:
N/(ΦA)+MW/W≤f(组合风荷载时)
N—计算立杆段的轴向荷载31。
35KN;
f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2(参考本规范表5.1。
6得);
A—支架立杆的截面积A=489mm2(参考路桥施工计算手册表13-4得);
Φ—轴心受压杆件的稳定系数,根据长细比λ由本规范附录A表A.0.6取值;
i—截面的回转半径i=15.78mm,(参考路桥施工计算手册表13-4得);
长细比λ=L/i.
L-水平步距,L=1。
2m。
于是,λ=L/i=76,参照本规范附录A表A.0.6得Φ=0.744;
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距,按本规范式(5。
2.9)计算;
MW=0。
9×1。
4×MWK=0。
9×1.4*0。
32=0。
47KN.m2;
W—抵抗矩W=5.08×103mm3(参考路桥施工计算手册表13—4得);
则,N/(ΦA)+MW/W=31.35×103/(0.744×489)+0。
47×106/(5.08×103)
=178.70KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架立杆稳定性满足要求.
2、Ⅱ—Ⅱ截面
桥墩旁2m~6m范围内,碗扣式钢管支架体系采用60×90×120cm的布置结构,见图2。
1—2:
图2。
1-2:
Ⅱ—Ⅱ截面支架布置图
(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时,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=33。
6kN(参见路桥施工计算手册表13-5钢管支架容许荷载)。
立杆实际承受的荷载为:
N=1.2×ΣNGK+0。
9×1。
4ΣNQK(组合风荷载时)
ΣNGK—永久荷载对立杆产生的轴向力标准值总和;
ΣNQK—可变荷载对立杆产生的轴向力标准值总和;
将荷载取值结果带入计算公式:
ΣNGK=0。
9×0。
6×(q1+q2+q5)=0。
54×(31.4+0.75+0。
75)=17.77KN
ΣNQK=0。
9×0。
6×(q3+q4+w+Sk)=0.54×(1.0+2.0+0。
32+0。
2)=1.9KN
则:
N=1。
2×ΣNGK+0。
9×1.4ΣNQK=1。
2×17。
77+0.9×1。
4×1。
9=23。
72KN<[N]=33。
6KN,强度满足要求。
(2)立杆稳定性验算
立杆的稳定性计算公式:
N/(ΦA)+MW/W≤f(组合风荷载时)
N—计算立杆段的轴向荷载23。
72KN;
f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2(参考本规范表5。
1.6得);
A—支架立杆的截面积A=489mm2(参考路桥施工计算手册表13—4得);
Φ-轴心受压杆件的稳定系数,根据长细比λ由本规范附录A表A。
0.6取值;
i—截面的回转半径i=15。
78mm,(参考路桥施工计算手册表13—4得);
长细比λ=L/i。
L-水平步距,L=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照本规范附录A表A.0。
6得Φ=0。
744;
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距,按本规范式(5.2。
9)计算;
MW=0.9×1。
4×MWK=0.9×1.4*0.32=0.47KN/m2;
W—抵抗矩W=5.08×103mm3(参考路桥施工计算手册表13—4得);
则,N/(ΦA)+MW/W=23。
72×103/(0。
744×489)+0.47×106/(5.08×103)
=157.72KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架立杆稳定性满足要求.
3、Ⅲ-Ⅲ截面
在桥墩旁两侧各2m范围内,碗扣式钢管支架体系采用60×60×120cm的布置结构,见图2.1-3:
图2.1—3:
Ⅲ—Ⅲ截面支架布置图
(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时,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=33。
6kN(参见路桥施工计算手册表13-5钢管支架容许荷载)。
立杆实际承受的荷载为:
N=1.2×ΣNGK+0。
9×1.4ΣNQK(组合风荷载时)
ΣNGK—永久荷载对立杆产生的轴向力标准值总和;
ΣNQK—可变荷载对立杆产生的轴向力标准值总和;
将荷载取值结果带入计算公式:
ΣNGK=0.6×0.6×(q1+q2+q5)=0。
36×(53。
7+0.75+0.75)=19。
87KN
ΣNQK=0。
6×0.6×(q3+q4+w+Sk)=0.36×(1。
0+2.0+0.32+0.2)=1.27KN
则:
N=1.2×ΣNGK+0.9×1。
4ΣNQK=1。
2×19。
87+0.9×1。
4×1.27=25。
44KN<[N]=33.6KN,强度满足要求。
(2)立杆稳定性验算
立杆的稳定性计算公式:
N/(ΦA)+MW/W≤f(组合风荷载时)
N—计算立杆段的轴向荷载25.44KN;
f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2(参考本规范表5.1.6得);
A—支架立杆的截面积A=489mm2(参考路桥施工计算手册表13-4得);
Φ—轴心受压杆件的稳定系数,根据长细比λ由本规范附录A表A。
0.6取值;
i—截面的回转半径i=15。
78mm,(参考路桥施工计算手册表13—4得);
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照本规范附录A表A.0。
6得Φ=0.744;
MW-计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距,按本规范式(5。
2。
9)计算;
MW=0。
9×1。
4×MWK=0。
9×1。
4*0。
32=0.47KN/m2;
W—抵抗矩W=5。
08×103mm3(参考路桥施工计算手册表13-4得);
则,N/(ΦA)+MW/W=25.44×103/(0.744×489)+0.47×106/(5.08×103)
=162.45KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架立杆稳定性满足要求。
2.2满堂支架抗倾覆验算
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
按海湖路桥北幅150m长度验算支架抗倾覆能力:
桥梁宽度15。
25m,长150m采用90×90×120cm跨中支架来验算全桥:
支架横向18排;
支架纵向168排;
平均高度5.9m;
顶托TC60共需要168×18=3024个;
立杆需要168×18×5。
9=17842m;
纵向横杆需要168×5。
9/1.2×18=14868m;
横向横杆需要18×5.9/1。
2×150=13275m;
故:
钢管总重(17842+14868+13275)×3。
84=176。
58t;
顶托TC60总重为:
3025×7。
2=21.77t;
故支架重力N1=176。
58×9.8+21。
77×9。
8=1943.83KN;
稳定力矩=y×Ni=5。
9×1943。
83=11468.6KN.m
依据以上对风荷载计算WK=0.32KN/m2
海湖路桥左幅150m共受力为:
q=0。
32×5.9×150=283。
2KN;
倾覆力矩=q×3=283.2×3=849.6KN。
m
K0=稳定力矩/倾覆力矩=11468.6/849。
6=13。
2〉1.3
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求。
2。
3横桥向方木(底模背肋)验算
本施工方案中箱梁底模底面横桥向采用10×10cm方木,方木横桥向跨度在跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)处按L=90cm进行受力计算,在桥墩顶横梁截面及横隔板梁处、桥墩顶及墩旁各6m范围内(II—II、Ⅲ—Ⅲ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。
横桥向方木受力结构图见下图:
⑴Ⅰ-Ⅰ截面处
按桥每跨中Ⅰ-Ⅰ截面处18。
0m范围内进行受力分析,按方木横桥向跨度L=90cm进行验算。
①方木间距计算
q=(q1+q2+q3+q4)×B=(27.06+0。
75+1.0+2.0)×18=554.58kN
M=(1/8)qL2=(1/8)×554.58×0。
92=56.15kN
W=(bh2)/6=(0。
1×0.12)/6=0。
000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=56.15/(0。
000167×11000×0.9)=33.96(取整数n=34根)
d=B/(n—1)=18/33=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=18/0。
4=61根。
②每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0.1×0。
13)/12=8。
333×10—6m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(554。
58×0.94)/(180×9×106×8.333×10—6)]=0.35×10—3m<l/400=0.9/400=2.25×10-3m(挠度满足要求)。
③方木抗剪计算
Sm=(b×h2)/8=(0。
1×0.12)/8=1。
25×10—4m3
τ=(qlSm)/(nIb)=(554。
58×0.9×1。
25×10-4)/(61×8。
333×10-6×0。
1)=1。
22MPa〈0.9×[τ]=0。
9×1。
7MPa=1。
53MPa(抗剪强度满足要求)
⑵Ⅱ-Ⅱ截面处
按桥墩旁Ⅱ-Ⅱ截面处8。
0m范围内进行受力分析,按方木横桥向跨度L=90cm进行验算。
①方木间距计算
q=(q1+q2+q3+q4)×B=(31.4+0.75+1。
0+2.0)×8=281。
2kN
M=(1/8)qL2=(1/8)×281.2×0.92=28。
47kN·m
W=(bh2)/6=(0。
1×0。
12)/6=0。
000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=28。
47/(0.000167×11000×0。
9)=17.2(取整数n=18根)
d=B/(n—1)=8/17=0.47m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数.
经计算,方木间距小于0。
47m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=8/0.3=27根。
②每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0。
1×0。
13)/12=8。
333×10—6m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(281.2×0。
94)/(80×9×106×8。
333×10-6)]=0.40×10—3m<l/400=0.9/400=2.25×10—3m(挠度满足要求)。
③每根方木抗剪计算
Sm=(b×h2)/8=(0。
1×0。
12)/8=1。
25×10-4m3
τ=(qlSm)/(nIb)=(281.2×0.9×1。
25×10-4)/(27×8。
333×10-6×0。
1)=1。
41MPa<0。
9×[τ]=0.9×1。
7MPa=1。
53MPa(抗剪强度满足要求)
(3)Ⅲ-Ⅲ截面处
按桥墩旁Ⅲ-Ⅲ截面处4.0m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)×B=(53.7+0.75+1。
0+2.0)×4=229。
8kN
M=(1/8)qL2=(1/8)×225。
8×0。
92=23。
26kN·m
W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=22.86/(0.000167×11000×0。
9)=14(取整数n=14根)
d=B/(n—1)=4/13=0。
31m
注:
0。
9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.31m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。
2m,则n=4/0.2=21根。
②每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0。
1×0.13)/12=8。
333×10—6m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(229。
8×0.94)/(80×9×106×8。
333×10-6)]=0.41×10-3m<l/400=0。
9/400=2。
25×10—3m(挠度满足要求)。
③每根方木抗剪计算
Sm=(b×h2)/8=(0。
1×0.12)/8=1.25×10-4m3
τ=(qlSm)/(nIb)=(229。
8×0。
9×1.25×10-4)/(27×8.333×10-6×0.1)=1。
15MPa<0.9×[τ]=0。
9×1.7MPa=1.53MPa(抗剪强度满足要求)
2.4纵桥向方木(主梁)验算
本施工方案中碗扣架顶托上顺桥向采用10×15cm方木作为纵向分配梁。
顺桥向方木的跨距,根据立杆布置间距,在箱梁跨中18m范围内(Ⅰ-Ⅰ截面)按L=90cm(横向间隔l=90cm)进行验算,桥墩旁2m~6m范围内(Ⅱ-Ⅱ截面)按L
=90cm(横向间隔l=60cm)进行验算,桥墩两侧2m范围内(Ⅲ—Ⅲ截面)按L=60cm(横向间隔l=60cm)进行验算。
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。
备注:
因横桥向方木布置较密(净间距0。
1~0.2m),故顺桥向方木按均布荷载考虑。
⑴Ⅰ-Ⅰ截面处
跨中截面立杆顶托上顺桥向采用10×15cm规格的方木,顺桥向方木跨距90cm,横桥向间隔90cm布置,根据前受力布置图进行方木受力分析计算如下:
①每根方木抗弯计算
q=(q1+q2+q3+q4)×B=(27。
06+0。
75+1.0+2。
0)×0。
9=27。
729kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×26.829×0。
92=2。
808kN·m
W=(bh2)/6=(0.10×0.152)/6=3。
75×10-4m3
则:
δ=Mmax/W=2.808/(3.75×10—4)=7.49MPa<0。
9[δw]=9.9MPa(符合要求)
注:
0.9为方木的不均匀折减系数.
②每根方木抗剪计算
则:
τ=
MPa<0。
9×[τ]=0。
9×1.7MPa=1.53MPa
符合要求。
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0.1×0.153)/12=2.8125×10-5m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(27.729×0.94)/(9×106×2.8125×10-5)]=8。
257×10-4m<l/400=0。
9/400=2。
25×10—3m
故,挠度满足要求。
⑵Ⅱ-Ⅱ截面处
墩旁2~6m范围内立杆顶托上顺桥向采用10×15cm规格的方木,顺桥向方木跨距90cm,横桥向间隔60cm布置,根据前受力布置图进行方木受力分析计算如下:
①每根方木抗弯计算
q=(q1+q2+q3+q4)×B=(31.4+0.75+1.0+2。
0)×0。
6=21。
09kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×21.09×0。
92=2.13kN·m
W=(bh2)/6=(0。
10×0。
152)/6=3.75×10-4m3
则:
δ=Mmax/W=2.13/(3。
75×10—4)=5.63MPa<0.9[δw]=9.9MPa(符合要求)
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
②每根方木抗剪计算
则:
τ=
MPa<0。
9×[τ]=0.9×1。
7MPa=1。
53MPa
符合要求.
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0。
10×0.153)/12=2。
8125×10-5m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(21.09×0.94)/(9×106×2。
8125×10—5)]=7.117×10-4m<l/400=0.9/400=2。
25×10-3m
故,挠度满足要求。
⑶Ⅲ-Ⅲ梁截面处
墩顶实心段(墩顶两侧2m范围内)截面立杆顶托上顺桥向采用10×15cm规格的方木,顺桥向方木跨距60cm,横桥向间隔60cm布置,根据前受力布置图进行方木受力分析计算如下:
①每根方木抗弯计算
q=(q1+
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