满堂支架计算.docx
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满堂支架计算
东乌-包西铁路联络线工程格德尔盖公路中桥
现浇箱梁模板及满堂支架计算书
一、荷载计算荷载分析
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=(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;当计算肋条下的梁时取;当计算支架立柱及替他承载构件时取。
⑷q4——振捣混凝土产生的荷载,对底板取,对侧板取。
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。
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
60cm×90cm×120cm
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
荷载计算
箱梁自重——q1计算
根据跨G208国道现浇箱梁结构特点,我们取5-5截面(桥墩断面两侧)、6-6截面(跨中横隔板梁)两个代表截面进行箱梁自重计算,并对两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。
1预应力箱梁桥墩断面q1计算
根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=则:
q1=
=
=
取的安全系数,则q1=×=
注:
B——箱梁底宽,取,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
2预应力箱梁跨中断面q1计算
根据横断面图,用CAD算得梁体截面积A=则:
q1=
=
=
取的安全系数,则q1=×=
注:
B——箱梁底宽,取,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
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=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=
当V/t=28=>
h=+t=
q5=
二、结构检算
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着高于扣件架(一般都高出20%以上,甚至超过35%)。
本工程现浇箱梁支架按φ48×钢管扣件架进行立杆内力计算,计算结果同样也使用于WDJ多功能碗扣架(偏于安全)。
桥墩断面处
在预应力箱梁桥墩纵向两侧各4米范围内,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90cm,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=35kN(参见WBJ碗扣型多功能支架使用说明)。
立杆实际承受的荷载为:
N=(NG1K+NG2K)+×ΣNQK(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=××q1=××=
NG2K=××q2=××=
ΣNQK=×(q3+q4+q7)=×++=
则:
N=(NG1K+NG2K)+×ΣNQK=×(+)+××=<[N]=35kN,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=(NG1K+NG2K)+×ΣNQK(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》表得。
A—φ48mm×㎜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=㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=。
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=。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=××WK×La×h2/10
WK=×us×w0
uz—风压高度变化系数,参考《建筑结构荷载规范》表得uz=
us—风荷载脚手架体型系数,查《建筑结构荷载规范》表第36项得:
us=
w0—基本风压,查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表w0=m2
故:
WK=×us×w0=×××=
La—立杆纵距;
h—立杆步距,
故:
MW=××WK×La×h2/10=
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=×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=×103/(×489)+×106/(×103)=mm2
≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
跨中断面处
在预应力箱梁跨中20米范围内,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,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=30kN(参见WBJ碗扣型多功能支架使用说明)。
立杆实际承受的荷载为:
N=(NG1K+NG2K)+×ΣNQK(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=××q1=××=
NG2K=××q2=××=
ΣNQK=×(q3+q4+q7)=×++=
则:
N=(NG1K+NG2K)+×ΣNQK=×(12+)+××=<[N]=35kN,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=(NG1K+NG2K)+×ΣNQK(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》表得。
A—φ48mm×㎜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=㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=。
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=。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距;
MW=××WK×La×h2/10
WK=×us×w0
uz—风压高度变化系数,参考《建筑结构荷载规范》表得uz=
us—风荷载脚手架体型系数,查《建筑结构荷载规范》表第36项得:
us=
w0—基本风压,查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表w0=m2
故:
WK=×us×w0=×××=
La—立杆纵距;
h—立杆步距,
故:
MW=××WK×La×h2/10=
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=×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=×103/(×489)+×106/(×103)=mm2
≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
满堂支架整体抗倾覆验算
依据《公路桥涵技术施工技术规范实施手册》第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。
K0=稳定力矩/倾覆力矩=y×Ni/ΣMw
采用跨中28m验算支架抗倾覆能力:
跨中支架宽12m,长28m采用60×90×120cm跨中支架来验算全桥:
支架横向21排;
支架纵向32排;
高度;
顶托TC60共需要21×32=672个;
立杆需要21×32×=6317m;
纵向横杆需要21××28=4606m;
横向横杆需要32××12=3808m;
故:
钢管总重(6317+4606+3808)×=;
顶托TC60总重为:
672×=;
故q=×+×=;
稳定力矩=y×Ni=6×=
依据以上对风荷载计算WK=×us×w0=×××=m2
跨中28m共受力为:
q=××28=244KN;
倾覆力矩=q×5=244×5=
K0=稳定力矩/倾覆力矩=2610/1220=>
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求
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=60cm进行受力计算,在中支点截面及跨中横隔板梁处按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。
桥墩断面处
按中支点截面处4米范围进行受力分析,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=+++2)×4=m
M=(1/8)qL2=(1/8)××=·m
W=(bh2)/6=×/6=
则:
n=M/(W×[δw])=×11000×=(取整数n=7根)
d=B/(n-1)=4/6=
注:
为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于均可满足要求,实际施工中为满足底模板受力要求,方木间距d取,则n=4/=16。
②每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=×/12=×10-6m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[×/(10×9×106××10-6×]=×10-4m<l/400=400=×10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
δτ=(1/2)(qL)/(nA)=(1/2)××/(16×××=<[δτ]=
符合要求。
中跨断面处
按中支点截面处20米范围进行受力分析,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=+++2)×20=m
M=(1/8)qL2=(1/8)××=·m
W=(bh2)/6=×/6=
则:
n=M/(W×[δw])=×11000×=(取整数n=34根)
d=B/(n-1)=20/33=
注:
为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于均可满足要求,实际施工中为满足底模板受力要求,方木间距d取,则n=20/=(取整67)。
②每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=×/12=×10-6m4
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[×/(50×9×106××10-6×]=×10-3m<l/400=400=×10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
δτ=(1/2)(qL)/(nA)=(1/2)××/(67×××=<[δτ]=
符合要求。
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处按L=90cm(横向间隔l=60cm布置)进行验算,在箱梁桥墩断面按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4m范围按(中对中间距)布设,的跨中20m范围按(中对中间距)布设,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。
桥墩断面处
①方木抗弯计算
p=lq/n=l(q1+q2+q3+q4)×B/n=×+++2)×4/16=
Mmax=(a1+a2)p=+×=·m
W=(bh2)/6=×/6=×10-4m3
δ=Mmax/W=×10-4)=<[δw]=(符合要求)
注:
为方木的不均匀折减系数。
②方木抗剪计算
Vmax=3p/2=(3×/2=
δτ=(3/2)Vmax/A=(3/2)(×)=<[δτ]×=×
=
符合要求。
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=×/12=×10-5m4
则方木最大挠度:
fmax=
=×10-4<×L/400=×400m=×10-3m
故,挠度满足要求
桥墩断面处
①方木抗弯计算
p=lq/n=l(q1+q2+q3+q4)×B/n=×+++2)×20/67=
Mmax=(a1+a2)p=+×=·m
W=(bh2)/6=×/6=×10-4m3
δ=Mmax/W=×10-4)=<[δw]=(符合要求)
注:
为方木的不均匀折减系数。
②方木抗剪计算
Vmax=3p/2=(3×/2=
δτ=(3/2)Vmax/A=(3/2)(×)=<[δτ]×=×
=
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=×/12=×10-5m4
则方木最大挠度:
fmax=
=×10-4<×L/400=×400m=×10-3m
故,挠度满足要求
底模板计算
箱梁底模采用竹胶板,取各种布置情况下最不利位置进行受力分析,并对受力结构进行简化(偏于安全)如下图:
通过前面计算,横桥向方木布置间距分别为和时最不利位置,则有:
竹胶板弹性模量E=5000MPa
方木的惯性矩I=(bh3)/12=×/12=×10-7m4
桥墩断面处底模板计算
模板厚度计算
q=(q1+q2+q3+q4)l=+++2)×=m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
桥墩断面处底模板计算
模板厚度计算
q=(q1+q2+q3+q4)l=+++2)×=m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
侧模验算
根据前面计算,分别按10×10cm方木以25cm和30cm的间距布置,以侧模最不利荷载部位进行模板计算,则有:
⑴10×10cm方木以间距30cm布置
①模板厚度计算
q=(q4+q5)l=+×=m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
②模板刚度验算
fmax=
<×400m=×10-3m
⑵10×10cm方木以间距25cm布置
①模板厚度计算
q=(q4+q5)l=+×=m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为,根据W、b得h为:
h=
根据施工经验,为了保证箱梁底面的平整度,通常竹胶板的厚度均采用12mm以上,因此模板采用1220×2440×15mm规格的竹胶板。
②模板刚度验算
fmax=
<×400m=×10-3m
立杆底座和地基承载力计算
立杆承受荷载计算
在桥墩断面立杆的间距为60×60cm,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=××++++=
在跨中断面立杆的间距为60×90cm,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=××++++=
立杆底托验算
立杆底托验算:
N≤Rd
通过前面立杆承受荷载计算,每根立杆上荷载最大值为桥墩断面处间距60×60cm布置的立杆,即:
N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=××++++=
底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd=40KN;
得:
<40KN立杆底托符合要求。
立杆地基承载力验算
根据设计图纸地质图得泥质砂岩深度约3-4米,承载力为200Kpa。
将原地面整平(斜坡地段做成台阶)并采用重型压路机碾压密实(压实度≥90%),达到要求后,再填筑30cm厚的改良土15cm厚的级配碎石,使压实度达到94%以上后,地基承载力达到[fk]=200~250Kpa(参考《建筑施工计算手册》。
立杆地基承载力验算:
≤K·
k
式中:
N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值;
Ad——为立杆底座面积Ad=15cm×15cm=225cm2;
按照最不利荷载考虑,立杆底拖下砼基础承载力:
,底拖下砼基础承载力满足要求。
底托坐落在15cm的级配碎石,按照力传递面积计算:
K调整系数;混凝土基础系数为
按照最不利荷载考虑:
=
≤K·[
k]=×200KPa
基础处理时填30cm改良土,并用压路机压实后检测。
满堂支架按照间距60×90cm布置,在1平方米面积上地基最大承载力F为:
F=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=××++++=
则,F=<[
k]=×200Kpa
经过地基处理后,可以满足要求。
支架变形
支架变形量值F的计算:
F=f1+f2+f3
①f1为支架在荷载作用下的弹性变形量
由上计算每根钢管受力为,φ48mm×㎜钢管的截面积为489mm2。
于是f1=б×L/E
б=÷489×103=mm2,
则f1=×10÷(×105)=。
②f2为支架在荷载作用下的非弹性变形量
支架在荷载作用下的非弹性变形f2包括杆件接头的挤压压缩δ1和方木对方木压缩δ2两部分,分别取经验值为2mm、3mm,即f2=δ1+δ2=5mm。
③f3为支架基底受荷载后的非弹性沉降量,基底处理时采用二灰碎石铺装为刚性基础暂列为4mm。
(施工时以实测为准)。
④f4为地基的弹性变形地基的弹性变形f4按公式f4=σ/EP,式中σ为地基所受荷载,EP为处理后地基土的压缩模量取设计参数建议值。
?
f4=σ/EP=176÷=。
故支架变形量值F为:
F=f1+f2+f3+f4=+5+4+=
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