满堂支架验算.docx
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满堂支架验算
现浇箱梁支架设计验算
1、现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求
现浇箱梁支架采用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15×15cm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1.8cm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。
支架纵横均按图示设置剪刀撑,其中横桥向斜撑每2.0m设一道,纵桥向斜撑沿横桥向共设4~5道。
立杆的纵、横向间距及横杆步距等搭设要求如下:
采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×120cm和60cm×90cm×120cm两种布置形式的支架结构体系,其中:
墩旁两侧各4.0m范围内的支架采用60cm×60cm×120cm的布置形式;除墩旁两侧各4m之外的其余范围内的支架采用60cm×90cm×120cm的布置形式。
扣件式钢管满堂支架及工字钢平台支架体系构造图见附图
(一)~
(二)。
2、现浇箱梁支架验算
该现浇连续梁为单箱单室,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。
㈠、荷载计算
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)
60cm×60cm×120cm
2.94
60cm×90cm×120cm
2.21
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
3、荷载计算
(1)、箱梁自重——q1计算
根据结构特点,现取4个特殊截面进行验算
1A-A截面处q1计算:
根据横断面图,则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=25.67×1.2=30.8kPa
注:
B——箱梁底宽,取5.5m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
2B-B截面处q1计算:
根据横断面图,则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=18.44×1.2=22.1kPa
注:
B——箱梁底宽,取5.5m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
3C-C截面处q1计算:
根据横断面图,则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=33.56×1.2=40.3kPa
注:
B——箱梁底宽,取5.5m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
4D-D截面处q1计算:
根据横断面图,则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=35.93×1.2=43.1kPa
注:
B——箱梁底宽,取5.5m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
(2)、新浇混凝土对侧模的压力——q5计算
因现浇箱梁采取水平分层以每层30cm高度浇筑,在竖向上以V=1.2m/h浇筑速度控制,砼入模温度T=28℃控制,因此新浇混凝土对侧模的最大压力
q5=
K为外加剂修正稀数,取掺缓凝外加剂K=1.2
当V/T=1.2/28=0.043>0.035
h=1.5+3.8V/T=1.68m
q5=
㈡、结构检算
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,计算结果同样也适用于WDJ多功能碗扣架(偏于安全)。
1A-A截面处
在桥墩旁两侧各4m范围内,钢管扣件式支架体系采用60×60×120cm的布置结构,如图:
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]=30kN(参见公路桥涵施工手册中表13-5)。
1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=0.6×0.6×30.8=11.088KN
NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KN
ΣNQK=0.6×0.6×(q3+q4+q7)=0.36×(2.5+2.0+2.94)=2.679KN
故:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(11.088+0.36)+0.85×1.4×2.679=16.93KN<[N]=30KN,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=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.744。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=0.85×1.4×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:
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距1.2m,
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.095KN
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
则,N/ΦA+MW/W=16.93*103/(0.744*489)+0.095*106/(5.08*103)
=65.24KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
(2)B-B截面处
跨中4m~16m范围内,钢管扣件式支架体系采用60×90×120cm的布置结构,如图。
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]=30kN(参见公路桥涵施工手册中表13-5)。
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=0.6×0.9×q1=0.6×0.9×22.1=11.934KN
NG2K=0.6×0.9×q2=0.6×0.9×1.0=0.54KN
ΣNQK=0.6×0.9×(q3+q4+q7)=0.54×(2.5+2.0+2.21)=3.624KN
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(11.934+0.54)+0.85×1.4×3.624=19.28KN<[N]=30KN,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=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.744。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=0.85×1.4×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:
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN/m2
La—立杆纵距0.9m;
h—立杆步距1.2
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.85×1.4×0.927×0.9×1.22/10=0.143KN
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
则,N/ΦA+MW/W=19.28*103/(0.744*489)+0.143*106/(5.08*103)
=81.143KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
(3)C-C截面处
在桥墩旁两侧各4m范围内,钢管扣件式支架体系采用60×60×120cm的布置结构,如图:
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]=30kN(参见公路桥涵施工手册中表13-5)。
2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=0.6×0.6×40.3=14.508KN
NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KN
ΣNQK=0.6×0.6×(q3+q4+q7)=0.36×(2.5+2.0+2.94)=2.679KN
故:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(14.508+0.36)+0.85×1.4×2.679=21.03KN<[N]=30KN,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=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.744。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=0.85×1.4×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:
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距1.2m,
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.095KN
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
则,N/ΦA+MW/W=21.03*103/(0.744*489)+0.095*106/(5.08*103)
=76.5KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
(4)D-D截面处
在桥墩旁两侧各4m范围内,钢管扣件式支架体系采用60×60×120cm的布置结构,如图:
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]=30kN(参见公路桥涵施工手册中表13-5)。
3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=0.6×0.6×43.1=15.516KN
NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KN
ΣNQK=0.6×0.6×(q3+q4+q7)=0.36×(2.5+2.0+2.94)=2.679KN
故:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(15.516+0.36)+0.85×1.4×2.679=22.24KN<[N]=30KN,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=1.2m。
于是,λ=L/i=76,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.744。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=0.85×1.4×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:
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距1.2m,
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.095KN
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
则,N/ΦA+MW/W=22.24*103/(0.744*489)+0.095*106/(5.08*103)
=79.83KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
2、满堂支架整体抗倾覆
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
采用跨度4-20m验算支架抗倾覆能力:
主桥宽度16m,长20m采用60×90×120cm跨中支架来验算全桥:
支架横向34排;(16m+2×1.5m=19m)
支架纵向24排;
高度14m;
顶托TC60共需要24*34=816个;
立杆需要24*34*14=11424m;
纵向横杆需要34*12/1.2*38=12920m;
横向横杆需要24*12/1.2*13.5=3240m;
故:
钢管总重(11424+12920+3240)*3.84=105.9t;(,48×3.5钢管自重:
38.4N/m)
顶托TC60总重为:
816*7.2=5.9t;
故Ni=105.9*9.8+5.9*9.8=1095.6KN;
稳定力矩=y*Ni=13.5/2*1095.6=7395.3KN.m
依据以上对风荷载计算WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN/m2
跨中20m共受力为:
q=0.927*12*20=222.5KN;
倾覆力矩=q*12/2=222.5*6=1335KN.m
K0=稳定力矩/倾覆力矩=7395.3/1335=5.54>1.3
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求
3、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,方木横桥向跨度在箱梁跨中截面处按L=90cm进行受力计算,在墩顶横梁截面处按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。
1A-A截面处
按截面处2.5m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=(30.8+1.0+2.5+2)×2.5=90.75kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×90.75×0.62=4.1kN·m
W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=4.1/(0.000167×11000×0.9)=2.5(取整数n=3根)
d=B/(n-1)=2.5/2=1.25m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于1.25m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0.25m,则n=2.5/0.25=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)×[(195.5×0.64)/(9×106×10×8.33×10-6×0.9)]
=4.89×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
δτ=(1/2)(qL)/(nA)=(1/2)×(195.5×0.6)/(10×0.1×0.1×0.9)=0.652MPa<[δτ]=1.7MPa
符合要求。
2B-B截面处
B-B截面处按12.0m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=(22.1+1.0+2.5+2)×12=331.2kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×331.2×0.92=33.5kN·m
W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=33.5/(0.000167×11000×0.9)=20.3(取整数n=21根)
d=B/(n-1)=12/21=0.57m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.57m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=12/0.2=60。
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)×[(663.6×0.94)/(70×9×106×8.33×10-6×0.9)]
=1.200×10-3m<l/400=0.9/400=2.25×10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
δτ=(1/2)(qL)/(nA)=(1/2)×(663.6×0.9)/(70×0.1×0.1×0.9)=0.474MPa<[δτ]=1.7MPa
符合要求。
4、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15×15cm方木,方木在顺桥向的跨距在箱梁跨中按L=90cm(横向间隔l=60cm布置)进行验算,在墩顶横梁部位按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桥墩旁两侧4.0m范围内均按0.25m(中对中间距)布设,在箱梁跨中部位均按0.3m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。
⑴B-B截面处
①方木抗弯计算
p=lq/n=l(q1+q2+q3+q4)×B/n=0.6×(22.1+1.0+2.5+2)×12/60=3.312kN
Mmax=(a1+a2)p=(0.45+0.15)×3.312=1.99kN·m
W=(bh2)/6=(0.15×0.152)/6=5.6×10-4m3
δ=Mmax/W=1.99/(5.6×10-4)=3.55MPa<0.9[δw]=9.9MPa(符合要求)
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
②方木抗剪计算
Vmax=3p/2=(3×3.312)/2=4.968kN
δτ=(3/2)Vmax/A=(3/2)×4.968/(0.15×0.15)=0.3312MPa<[δτ]×0.9=1.7×0.9=1.53MPa
符合要求。
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0.15×0.153)/12=4.2×10-5m4
则方木最大挠度:
fmax=
=1.549×10-3<0.9×L/400=0.9×0.9/400m=2.025×
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