457545m边跨现浇段碗扣式支架计算书.docx
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457545m边跨现浇段碗扣式支架计算书
箱梁碗扣式支架计算书
1、工程概括
2、计算依据和规范
1、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)
2、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
3、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
4、《木结构设计规范》(GB50005-2003)
5、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
7、《路桥施工计算手册》周水兴等编著
3、支架模板方案
1、模板
箱梁底模拟采用δ=10mm的钢模,侧模采用δ=4mm的钢模,内膜采用δ=15mm的竹胶板。
钢模板容许应力[σ0]=140MPa,弹性模量E=2.06*105MPa。
2、纵横向方木
纵向方木截面尺寸为15*15cm,放置于顶托上。
横向方木截面尺寸为10*10cm,放置于纵向方木上,间距为30cm。
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》GB50005-2003中的TC13A类木材按乘以相应的条件折减系数取值,则:
[σ0]=12*0.9=10.8MPa,E=10*103*0.85=8.5×103MPa,容重取6KN/m3。
3、支架
支架采用碗扣式脚手架,碗扣支架钢管为φ48、d=3.5mm,材质为A3钢,轴向容许应力[σ0]=215MPa。
详细数据可查表1。
表1碗扣支架钢管截面特性
外径
d(mm)
壁厚
t(mm)
截面积
A(mm2)
惯性矩
I(mm4)
抵抗矩
W(mm3)
回转半径
i(mm)
每米长自重
(N)
48
3.5
4.89*102
1.219*105
5.08*103
15.78
38.4
支架布置:
横距:
腹板下600mm,箱室底板和翼缘板处900mm;纵距:
均取900mm,横杆步距1200mm,剪刀撑每三道设置一道,具体布置见下图:
横桥向:
Ⅰ—Ⅰ截面支架布置示意图单位:
cm
横桥向:
Ⅱ—Ⅱ截面支架布置示意图单位:
cm
顺桥向支架布置示意图单位:
cm
四、计算假定
a、翼缘板砼(Ⅰ区)及模板重量由板下支架承担;
b、Ⅱ、Ⅳ区顶板、底板及腹板砼及模板重量由底板模板承担,底板面积按实际底板面积加上腹板垂直投影面积;
c、Ⅲ区顶板砼通过内模由底板模板承担;
d、支架连接按铰接计算;
e、荷载按下图分解。
取如下截面计算是偏安全的
Ⅰ—Ⅰ截面
Ⅱ—Ⅱ截面图
五、荷载计算:
1、新浇混凝土自重荷载q1:
钢筋砼容重γ=26kN/m3
2、模板及方木q2=1.0kN/m2
3、施工人员、施工料具荷载按均布施工荷载q3=2.5kN/m2
4、混凝土振捣时产生的荷载q4=2kN/m2
5、混凝土振捣时产生的冲击荷载q5=2kN/m2
按上图计算荷载
翼缘计算截面取Ⅰ—Ⅰ截面段,厚度为80cm,底板为130cm,腹板厚度为200cm。
则荷载为:
翼缘区(Ⅰ区):
q1=13kN/m2
腹板区(Ⅱ、Ⅳ区):
52kN/m2
底板区Ⅲ区:
33.8kN/m2
根据《路桥施工计算手册》,验算强度时,荷载组合为1—5,验算刚度时,荷载组合为1、2,荷载分项系数,混凝土自重荷载和模板荷载取1.2,其余荷载取1.4。
六、强度、刚度及变形验算
1、底模
底模采用15mm竹胶板,计算时按三跨连续梁考虑,因底模下的横向方木间距为30cm,故底模的计算跨径为30cm,底模宽度取1m,因腹板区荷载最大,故取腹板区进行验算。
模板的弹性模量E=2.06×105MPa,I=1/12*1000*103=83333mm4
(1)、强度验算
荷载组合
q=1.2*(52+1)+1.4*(2.5+2+2)=72.7kN/m
底板弯矩最大值MmAX=qL2/10=0.1*72.7*0.32=0.65kN.m
模板的抗弯刚度W=1/6*B*H2=1/6*1000*102=16667mm3
则模板承受的应力为σ=MmAX/W=0.65*106/16667=39.00MPa<50Mpa
故模板的强度满足要求。
(2)、刚度验算
荷载组合
q=1.2*(52+1)=63.6kN/m2
则最大挠度为
f=ql4/150EI=63.6*3004/(150*2.06×105*281250)
=0.06mm<[f]=300/400=0.75mm
故模板的刚度满足要求。
2、横桥向方木
横桥向方木放置于顺桥向方木上面,横桥向方木规格采用10cm×10cm,方木间距按30cm布置,计算模型简化为三跨连续梁计算,计算跨径为腹板区0.6m,底板区和翼缘区0.9m,忽略方木自重的影响。
E=10*103*0.85=8.5×103MPa,I=1/12*100*1003=8.33×106mm4。
(1)、强度验算
荷载组合:
腹板区:
q=(1.2*(52+1)+1.4*(2.5+2+2))*0.3=21.81kN/m
底板区:
q=(1.2*(33.8+1)+1.4*(2.5+2+2))*0.3=15.26kN/m
翼缘区:
q=(1.2*(20.8+1)+1.4*(2.5+2+2))*0.3=10.58kN/m
最大弯矩:
腹板区:
MmAX=qL2/10=0.1*21.81*0.62=0.79kN.m
底板区:
MmAX=qL2/10=0.1*15.26*0.92=1.24kN.m
翼板区:
MmAX=qL2/10=0.1*10.58*0.92=0.86kN.m
底板区的最大弯矩最大,故用底板区的最大弯矩计算
W=1/6*B*H2=1/6*1000*10002=1.67×105mm3
σ=MmAX/W=7.43MPa<[σ]=10.8MPa
故横向方木的强度满足要求。
(2)、刚度验算
荷载组合:
腹板区:
q=1.2*(52+1)*0.3=19.08kN/m
底板区:
q=1.2*(33.8+1)*0.3=12.53kN/m
翼板区:
q=1.2*(20.8+1)*0.3=7.85kN/m
则最大挠度为:
腹板区:
f=ql4/150EI=19.08*6004/(150*8.5×103*8.33×106)
=0.23mm<[f]=600/400=1.5mm
底板区:
f=ql4/150EI=12.53*9004/(150*8.5×103*8.33×106)
=0.77mm<[f]=900/400=2.25mm
因翼板区和底板区的计算跨径相同,而荷载小于底板区,故无需验算
故横向方木的刚度满足要求
3、顺桥向方木
纵桥向方木尺寸采用15cm×15cm,放置于碗扣支架的顶托上,承受横桥向方木传递给其的集中荷载,按简支梁模型考虑,计算跨径为90cm。
E=10*103*0.85=8.5×103MPa,I=1/12*150*1503=4.22×107mm4。
(1)、强度验算
横向方木所传递给纵向方木的集中力为:
腹板区:
P=21.81×0.6=13.09kN
底板区:
P=15.26×0.9=13.73kN
翼板区:
P=10.58×0.9=9.52kN
纵向方木自重:
g=6×0.15×0.15=0.14kN/m
力学模型
按最大正应力布载模式计算:
支座反力
腹板区:
R=(13.09*1.35+0.14*0.9*0.45)/0.9=19.70KN
底板区:
R=(13.73*1.35+0.14*0.9*0.45)/0.9=20.66KN
翼板区:
R=(9.52*1.35+0.14*0.9*0.45)/0.9=14.34KN
最大跨中弯距
腹板区:
Mmax=19.70×0.45-0.14×0.452/2-13.09×0.3=4.91KN.m
底板区:
Mmax=20.66×0.45-0.14×0.452/2-13.73×0.3=5.15KN.m
翼板区:
Mmax=14.34×0.45-0.14×0.452/2-9.52×0.3=3.56KN.m
因底板区的弯矩最大,按底板区的最大弯矩计算
抗弯刚度W=1/6*150*1502=5.63×105mm
σmax=Mmax/W=5.15*106/5.63*105=9.15MPa<[σ0]=10.8MPa
故纵向方木的强度满足要求。
(2)、刚度验算
按最大支座反力布载模式计算:
集中荷载:
腹板区:
P=13.09*4-1.4*(2.0+2.0+2.5)*0.9=44.17kN
底板区:
P=13.73*4-1.4*(2.0+2.0+2.5)*0.9=46.73kN
翼板区:
P=9.52*4-1.4*(2.0+2.0+2.5)*0.9=29.89kN
因底板处的集中荷载最大,取底板处的值进行计算
则纵向方木的最大挠度为:
f=Pl3/(48EI)+5ql4/(384EI)=
46.73*9003/(48*8.5×103*4.22×107)+5*0.14*9004/(384*8.5×103*4.22×107)=1.98mm<[f0]=900/400=2.25mm
故纵向方木的刚度符合要求。
4、支架立杆计算
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)的规定,脚手架立杆稳定计算的荷载组合为:
1、永久荷载+可变荷载
2、永久荷载+0.85(可变荷载+风荷载)
立杆承受顺桥向方木传递给其的荷载,单根立杆在腹板区承受60cm×90cm平面内的荷载,底板区承受90cm×90cm平面内的荷载,翼缘区90cm×90cm承受平面内的荷载。
(1)、不组合风荷载
腹板区:
N1=(1.2*(52+1)+1.4*(2.5+2+2))*0.6*0.9=39.26kN
底板区:
N1=(1.2*(33.8+1)+1.4*(2.5+2+2))*0.9*0.9=41.20kN
翼板区因混凝土荷载小于底板区,故总荷载必小于底板区,无需验算
底板区支架立杆承受的荷载最大,用其计算
支架自重偏保守按15m考虑,
G=15*0.235=3.51KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=41.2+3.51=44.71kN
横杆步距按1.2m计算,故立杆计算长度为1.2m。
长细比λ=L/i=1200/15.78=76<80,查表得
故φ=0.744,则:
[N]=φA[σ]=0.744×489×215=78.22kN
N<[N]符合要求。
(2)、组合风荷载
立杆荷载:
《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》,支架立杆的轴向力设计值Nut取不组合风荷载时立杆受压荷载总设计值计算。
腹板区:
N=(1.2*(52+1)+0.9*1.4*(2.5+2+2))*0.6*0.9=38.77kN
底板区:
N=(1.2*(33.8+1)+0.9*1.4*(2.5+2+2))*0.9*0.9=40.46kN
风荷载:
风荷载标准值按下式计算:
ωk=0.7μsμzω0=0.7*1.0*0.78*0.46=0.25KN/m2
其中
w0--基本风压(kN/m2),按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
ω0=V02/1600,V0取27.2m/s,则ω0=0.46KN/m2;
μz--风荷载高度变化系数,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
偏保守估计取值h=15m,属C类。
μz=0.616*(z/10)0.441.14,μz=0.78;
μs--风荷载体型系数:
本工程取值为1.0;
Mw=0.9×1.4×Mwk=0.9×1.4×Wk×la×h2/10=0.9×1.4×0.25×0.6×1.22/10=0.027kN·m
立杆稳定性验算:
σ=1.05×N/(φA)+Mw/W=1.05×40.46×103/(0.744×4.89×102)+0.027×106/(5.078×103)=124.78MPa<[f]=215MPa;
综上,支架立杆的稳定性满足要求。
5、地基承载力
立杆下的可调底座尺寸为15cm×15cm,地基处理形式从下到上为换填50cm宕渣并夯实,在宕渣上浇注10cm厚的C20素混凝土。
计算考虑扩散角考虑45度,宕渣重度取8KN/m3。
则混凝土面的应力为:
σmax=N/A=44.71/0.152=1.99MPa<20Mpa
宕渣上层面的作用面积为:
A=(0.15+0.1*2)*(0.15+0.1*2)=0.1225m2
则应力为
σmax=N/A=44.71/0.1225+0.1*24=367.38KPa
宕渣底的作用面积为
A=(0.15+0.6*2)*(0.15+0.6*2)=3.32m2
则应力为
σmax=N/A=44.71/3.32+0.1*24+0.5*8=19.87KPa
故宕渣夯实后的承载力不得小于367.38Kpa,基底地基的承载力不得小于19.87KPa。
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