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满堂支架计算书
宁波市轨道交通2号线一期工程
东外环停车场
现浇箱梁碗扣支架支架施工方案
中铁十二局集团
二O一三年三月
一、工程概况
桥梁范围为DR2K0+495.202~DR2K0+879.256,结构全长,连接停车场与正线。
该桥梁除道岔区采用连续梁结构外,其余均采用简支梁结构。
出入场线孔跨布置为(1-30m+4-35m)简支梁+(30+31+31)m连续梁+(30+30)m连续梁+(28+34)m连续梁。
牵出线孔跨布置为2-35m简支梁+(30+31+31)m连续梁+(30+30)m连续梁+(+39.532)m连续梁,其中(30+31+31)m连续梁+(30+30)m连续梁与出入场线合建。
1、简支梁:
包含1孔30m双线简支梁,4孔35m双线简支梁以及2孔35m单线简支梁,梁高均为2.0m。
双线箱梁为出入场线箱梁,标准箱梁底宽4.4m,顶宽9.6m,在曲线段根据曲线加宽要求进行加宽,箱梁跨中截面顶板厚0.25m,底板厚0.25m,腹板厚0.35m,至支点处顶板厚度不变,底板厚度增加至0.45m,腹板厚度增加至0.55m。
单线箱梁为牵出线桥梁,箱梁底宽2.6m,顶宽5.88m,箱梁跨中截面顶板厚0.25m,底板厚0.25m,腹板厚0.35m,至支点处顶板厚度不变,底板厚度增加至0.45m,腹板厚度增加至0.55m。
2、连续梁:
共4联连续梁。
⑴、(30+31+31)m连续梁:
采用单箱四室斜腹板断面,梁高2m,左侧(出段线侧)悬臂长2.5m,右侧(牵出线侧)悬臂长1.44m,顶板宽16.7m,底板宽12.06m。
跨中腹板厚度0.35m,顶、底板厚度0.25m;支点处腹板加厚至0.55m,顶板厚度0.25m,底板加厚至0.35m。
⑵、2×30m连续梁:
采用单箱四室斜腹板断面,梁高2m,左侧(出段线侧)悬臂长2.5m,右侧(牵出线侧)悬臂长1.44m,本梁为变宽度,靠小里程侧一孔为等宽,顶板宽16.7m,底板宽12.06m;大里程侧一孔为变宽度,顶板宽16.7~18.515m,底板宽12.06~13.575m。
跨中腹板厚度0.35m,顶、底板厚度0.25m;支点处腹板加厚至0.55m,顶板厚度0.25m,底板加厚至0.35m。
⑶、(28+34)m连续梁:
采用单箱双室斜腹板断面,梁高2m,悬臂长2.5m,本梁为变宽度,靠小里程侧一孔为等宽,顶板宽12.1m,底板宽6.1m;大里程侧一孔为变宽度,顶板宽12.1~13.88m,底板宽6.1~7.88m。
跨中腹板厚度0.35m,顶、底板厚度0.25m;支点处腹板加厚至0.55m,顶板厚度0.25m,底板加厚至0.35m。
⑷、()m连续梁:
采用单箱双室斜腹板断面,梁高2m,悬臂长2.5m,本梁为变宽度,顶板宽7.228~14.21m,底板宽4.938~8.322m,跨中腹板厚度0.35m,顶板厚度0.25m,底板厚度0.3m;支点处腹板加厚至0.55m,顶板厚度0.25m,底板加厚至0.45m。
二、满堂式碗扣件支架方案介绍
(一)主线段支架设计计算说明
本方案选取了DR07—DR08段宽度31米跨度单箱四室连续梁的3个截面作为计算依据,分别为:
梁高2m端头梁及腹板位置、箱室标准段处计算、箱室近支座处加厚段处计算。
主线标准段、采用满堂碗扣支架,钢管采用Φ48×WDJ碗扣式立杆、横杆;模板:
梁底、侧模采用1.8㎝厚覆面木胶板,内箱模采用1.2㎝厚木胶板;方木采用:
10×10㎝(次龙骨),6×9㎝(内模用)的东北落叶松;底、顶托:
KTZ30底托、KTC30顶托。
满堂式碗扣支架体系由支架基础(厚30cm碎石土,15cmC20砼面层)、Φ48×mm碗扣立杆、横杆、斜撑杆、可调节顶托、10cm×10cm木方纵向分配梁,2Ф48×做横向分配梁;模板系统由侧模、底模、芯模、端模等组成。
根据箱梁施工技术要求、荷载重量、荷载分布状况、地基承载力情况等技术指标,通过计算确定,每孔支架立杆布置。
横杆步距为120cm,支架在桥纵向每360cm间距设置剪刀撑;支架两端的纵、横杆系通过垫木牢固支撑在桥墩上;立杆顶部安装可调节顶托,立杆底部支立在底托上以确保地基均衡受力。
1、端头梁及腹板处
此部位模板采用18mm厚九夹板,模板下采用100×100mm方木作为次楞中心距为300;横隔梁处纵向间距60㎝,立杆横向间距为60cm,立杆步距120㎝。
立杆下配置底托,顶配置顶托以调整高度。
次楞下采用双钢管作为主楞,立杆间距纵向为600,横向为300,故主楞间距为600。
(详见附图1)
2、箱室标准段处计算
采用WDJ碗扣式φ48χ作为现浇箱梁的支撑体系。
立杆纵向间距90cm、横隔梁处纵向间距60㎝,立杆横向间距为60cm、悬臂部分横向间距90㎝,立杆步距120㎝。
立杆下配置底托,顶配置顶托以调整高度。
底模、侧模采用1.5cm厚木胶板,下配置10×10cm木枋次梁,沿桥纵向通长布置,间距为25cm;木枋次梁垂直放在双钢管主梁上,钢管主梁采用φ48×3.5mm双钢管,沿桥横向通长布置。
考虑到支架的整体稳定性,桥纵向每6跨用普通钢管设置通长剪刀撑1道,桥横向每5跨用普通钢管设置剪力撑1道,在支架底部、中间、顶部搭设三道水平向搭设剪刀撑。
此部位模板采用18mm厚九夹板,模板下采用100×100mm方木作为次楞中心距为300,次楞下主压楞采用双钢管,立杆间距纵向为900,横向腹板处为300、空箱处级翼缘板处为600,故主楞间距为900。
(想家附图二)
(二)编制依据
1、设计图纸
序号
图纸名称
出图时间
1
宁波市轨道交通2号线一期工程东外环停车场桥梁第一分册~第六分册
2012年3月
2、规范、规程
序号
规范名称
编号
1
《铁路桥涵施工规范》)
(TB10203-2010)
2
《建筑施工模板安全技术规范》
JGJ162-2008
3
《钢结构工程施工质量验收规范》
GB50205-2001
4
《建筑结构荷载规范》
GB50009-2012
5
《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》
JGJ166-2008
6
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规定》
(JGJ130—2011)
7
《地基基础设计规范》
GB50007-2011
8
《钢管满堂支架预压技术规程》
JGJ/T194-2009
9
《建筑施工安全检查标准》
JGJ59-2011
10
3、其他
序号
名称
编号
1
《公路施工手册》桥涵分册
交通部第一公路工程总公司主编,2000
2
《建筑施工手册》
2003年第四版
4、碗扣式脚手架的基本性能
(1)碗扣支架的钢管为P235号钢,规格为Φ48*,其性能见下表:
表1、表2和表3(见《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》JGJ166-2008)
表4.1钢材的强度和弹性模量(N/mm2)
P235A钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值f
205
弹性模量
×105
表4.2钢管截面特性
外径
∮(mm)
壁厚
t(mm)
截面积
A(cm2)
截面惯性矩
I(cm4)
截面模量
W(cm3)
回转半径
i(cm)
48
表4.3受弯杆件的允许变形(挠度)值
构件类别
允许变形(挠度)值(V)
脚手板、纵向、横向水平杆
l/150,≦10mm
悬挑受弯杆件
l/400
(2)碗扣式脚手架常用构、配件种类、规格
名称
常用型号
规格(mm)
理论重量(kg)
立
杆
LG-120
ф48××1200
LG-180
ф48××1800
LG-240
ф48××2400
LG-300
ф48××3000
横
杆
HG-30
ф48××300
HG-60
ф48××600
HG-90
ф48××900
HG-120
ф48××1200
HG-150
ф48××1500
HG-180
ф48××1800
可调底座
KTZ-45
可调范围≤300
KTZ-60
可调范围≤450
KTZ-75
可调范围≤600
可调托座
KTC-45
可调范围≤300
KTC-60
可调范围≤450
KTC-75
可调范围≤600
(3)立杆、横杆容许荷载
立杆、横杆容许荷载
立杆
横杆
步距(m)
允许荷载(kN)
横杆长度(m)
允许集中荷载(kN)
允许均布荷载(kN)
40
30
25
(三)荷载参数
根据本工程现浇箱梁的结构特点,在施工过程中涉及以下荷载形式:
⑴q1—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1.5kPa(偏于安全)。
⑵q2—箱浇筑混凝土自重(含钢筋),取26KN/m3。
⑶q3—施工人员、施工材料和机具荷载,按均布荷载计算,取1.0kPa。
⑷q4—浇筑和振捣混凝土产生的荷载,取1.0kPa。
⑸风荷载标准值按下式计算:
Wkμzμs×1××0.5=0.1kN/m2;
其中w0--基本风压(kN/m2),按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)和《地质勘察报告》的规定采用:
w0=0.5kN/m2;
μz--风荷载高度变化系数,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的规定采用:
μz=1;
μs--风荷载体型系数:
取值为0.286;
Mw××Mwk××Wk×la×h2××0.1××25kN·m;
三、碗扣架模板计算
1、荷载分析图
荷载分析按照均布荷载进行分析,翼缘部分(悬臂部分)截面尺寸由200---500mm渐变,在荷载分析时取500mm截面;端梁处(详见第三分册(30+31+31)m连续梁》图号:
GD2-SDY-SS-CJ02-QL-03-04(06)A—A或C-C截面)箱体部分按照混凝土高度2米取均布荷载进行计算;次箱梁为单箱四室斜腹板断面箱梁,腹板荷载分析按照2米高混凝土均布荷载分析,跨中空箱区按照混凝土厚度500mm计算(详见第三分册《(30+31+31)m连续梁》图号:
GD2-SDY-SS-CJ02-QL-03-05截面B-B截面)。
A-A截面何在分析图如下:
(小李补荷载均布图)
所部图中qA1×26KN/m3=13K/m2,(翼缘悬臂部分)
=qA2=2×26KN/m3=52KN/m2,(箱体部分均布荷载)
(此图为示意图)
B-B截面何在分析图如下:
所部图中qB1×26KN/m3=13K/m2,(翼缘悬臂部分)
=qB2=2×26KN/m3=52KN/m2,(箱体腹板部分均布荷载)
(小李补荷载均布图)
(此图为示意图)
2、端头梁(横梁区即A-A和C-C截面区域)立杆计算
横梁区混凝土板厚为2000mm。
模板支架高H为10m,立杆步距h为m,立杆纵距为,横距为。
立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的自由长度为。
(1)立杆荷载
根据《JGJ166-2008》,不组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)LxLy
式中Lx、Ly——分别为立杆纵向、横向间距。
Q1——支架结构自重标准值产生的轴向力
Q2——模板等构配件自重标准值产生的轴向力
Q3——施工人员及设备荷载标准值
Q4——浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值
将荷载代入上式有
Q1×0.6×q1××
Q2×0.6×qA2××2×
××[(1+1)××
组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2×1.4[(Q3+Q4)LxLy×+Q5]
式中Q5——风荷载产生的轴向力,按下图分解计算,其余各式同上。
W=Wk×Lx×H=0.1××10=0.6KN
Q5=Wv=W=0.6KN(剪刀撑按45o计算)
Ws=
W=0.85KN(剪刀撑按45o计算)
将荷载代入上式有
Q1××q1××
Q2××q2××2×
×(0.6)+××[(1+1)××0.6+0.6]=24.85KN
(2)立杆承载力验算
N=24.85KN<[N]=40KN,立杆强度满足要求。
根据《JGJ166-2008》,单肢立杆承载力按N≤fφA验算.
式中φ——为轴心受压杆件稳定系数,根据长细比λ查《JGJ166-2008》附表E
立杆计算长度l0按下式计算:
l0=h+2a=0.6+2×0.55=;
式中:
h——支架立杆的步距,取;
a——模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度,取立杆伸出横杆长+可调顶托调节长度之和;
λ=l0×103/15.8=108,查表得Φ=
σ=N/φA=24.85××102=95.9N/mm2≤f=205N/mm2,满足要求!
3、跨中腹板区立杆计算(截面B-B荷载分析图)
跨中区域混凝土板厚为2000mm。
模板支架高H为10m,立杆步距h为1.2m,立杆纵距为,横距为0.6m。
立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的自由长度为。
(1)立杆荷载
根据《JGJ166-2008》,不组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)LxLy
式中Lx、Ly——分别为立杆纵向、横向间距。
Q1——支架结构自重标准值产生的轴向力
Q2——模板等构配件自重标准值产生的轴向力
Q3——施工人员及设备荷载标准值
Q4——浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值
将荷载代入上式有
Q1=0.6××q1=0.6××1.5=0.81KN
Q2=0.6××q2=0.35××2×26=KN(腹板宽度350mm,)
×(0.81+×[(1+1)××0.6]=KN
组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2×1.4[(Q3+Q4)LxLy×+Q5]
式中Q5——风荷载产生的轴向力,按下图分解计算,其余各式同上。
W=Wk×Lx×H=0.1××10=0.9KN
Q5=Wv=W=0.9KN(剪刀撑按45o计算)
Ws=
WKN(剪刀撑按45o计算)
将荷载代入上式有
Q1=0.6××q1=0.6××1.5=0.81KN
Q2=0.6××q2=0.6××2×26=28.08KN
×(0.81+)+××[(1+1)×0.6×0.9+0.9]=KN
(2)立杆承载力验算
N=23.12KN<[N]=30KN,立杆强度满足要求。
根据《JGJ166-2008》,单肢立杆承载力按N≤fφA验算;
式中φ——为立杆轴心受压杆件稳定系数,根据长细比λ查《JGJ166-2008》附表E
立杆计算长度l0按下式计算:
l0=h+2a=1.2+2×0.55=2.3m;
式中:
h——支架立杆的步距,取;
a——模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度,取立杆伸出横杆长+可调顶托调节长度之和;
λ=l0×103/15.8=146,查表得Φ=
σ=N/φA=/××102=1N/mm2≤f=205N/mm2,满足要求!
4、翼缘区
翼缘区混凝土板厚为500mm-200mm渐变,安全起见均按500mm厚计算。
立杆步距h为1.2m,立杆纵距为,横距为0.9m。
立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的自由长度为。
(1)立杆荷载
根据《JGJ166-2008》,不组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)LxLy
式中Lx、Ly——分别为立杆纵向、横向间距。
Q1——支架结构自重标准值产生的轴向力
Q2——模板等构配件自重标准值产生的轴向力
Q3——施工人员及设备荷载标准值
Q4——浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值
将荷载代入上式有
Q1=0.9××q1=0.9××1.5=KN
Q2=0.9××q2=0.9××0.5×26=KN
×(+×[(1+1)×0.9×0.9]=KN
组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2×1.4[(Q3+Q4)LxLy×+Q5]
式中Q5——风荷载产生的轴向力,按下图分解计算,其余各式同上。
W=Wk×Lx×H=0.1××10=0.9KN
Q5=Wv=W=0.9KN(剪刀撑按45o计算)
Ws=
W=KN(剪刀撑按45o计算)
将荷载代入上式有
×(+××[(1+1)×0.9×0.9+0.9]=KN
(2)立杆承载力验算
N=24.11KN<[N]=30KN,立杆强度满足要求。
根据《JGJ166-2008》,单肢立杆承载力按N≤fφA验算;
式中φ——为立杆轴心受压杆件稳定系数,根据长细比λ查《JGJ166-2008》附表E
立杆计算长度l0按下式计算:
l0=h+2a=0.6+2×0.55=;
式中:
h——支架立杆的步距,取;
a——模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度,取立杆伸出横杆长+可调顶托调节长度之和;
λ=l0×103/15.8=146,查表得Φ=
σ=N/φA=24.11××102=152.2N/mm2≤f=205N/mm2,满足要求!
5、跨中空箱区立杆计算(截面B-B荷载分析图)
跨中空箱区域混凝土板厚为500mm。
模板支架高H为10m,立杆步距h为1.2m,立杆纵距为,横距为0.6m。
立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的自由长度为。
(1)立杆荷载
根据《JGJ166-2008》,不组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2)+1.4(Q3+Q4)LxLy
式中Lx、Ly——分别为立杆纵向、横向间距。
Q1——支架结构自重标准值产生的轴向力
Q2——模板等构配件自重标准值产生的轴向力
Q3——施工人员及设备荷载标准值
Q4——浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值
将荷载代入上式有
Q1=0.6××q1=0.6××1.5=0.81KN
Q2=0.6××q2=0.5××2×26=KN(板厚度250+250mm,)
×(0.81+×[(1+1)××0.6]=KN
组合风荷载时支架立杆的轴向力N为:
N=1.2(Q1+Q2×1.4[(Q3+Q4)LxLy×+Q5]
式中Q5——风荷载产生的轴向力,按下图分解计算,其余各式同上。
W=Wk×Lx×H=0.1××10=0.9KN
Q5=Wv=W=0.9KN(剪刀撑按45o计算)
Ws=
WKN(剪刀撑按45o计算)
将荷载代入上式有
×(0.81+)+××[(1+1)×0.6×0.9+0.9]=KN
(2)立杆承载力验算
N=25.1KN<[N]=30KN,立杆强度满足要求。
根据《JGJ166-2008》,单肢立杆承载力按N≤fφA验算;
式中φ——为立杆轴心受压杆件稳定系数,根据长细比λ查《JGJ166-2008》附表E
立杆计算长度l0按下式计算:
l0=h+2a=1.2+2×0.55=2.3m;
式中:
h——支架立杆的步距,取;
a——模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度,取立杆伸出横杆长+可调顶托调节长度之和;
λ=l0×103/15.8=146,查表得Φ=
σ=N/φA=/××102=N/mm2≤f=205N/mm2,满足要求!
6、整体倾覆验算
依据《铁桥涵施工技术规范实施手册》要求支架在自重和风荷载作用下时,倾覆稳定系数不得小于1.3。
K0=稳定力矩/倾覆力矩=y×Ni/ΣMw
因匝道架体抗倾覆最不利,固本桥采用匝道引桥来验算支架抗倾覆能力:
满堂架宽度(平均宽度)m,长31m,采用此跨支架来验算匝道桥:
支架横向29排;
支架纵向41排;
高度10.5m;
顶托TC60共需要29×41×2=2378个;
立杆需要29×41×=m;
纵向横杆需要41×20×/1.2=7175m
横向横杆需要29×31×/1.2=m
故:
钢管总重()×
=N=1056.99KN=/9.8t=107.9t
顶托TC60总重为:
2378×7.2=t
故Ni=+17.12×9.8=KN
稳定力矩=y×Ni=×=
依据以上对风荷载计算:
Wkz×us×wo×××2
跨中31m×10.5×31=KN
倾覆力矩=q×10.5=301.7×=
K0=稳定力矩/倾覆力矩=/=3.63
满足要求!
7、地基处理与验算
(1)场地清理、平整
①清除施工现场内的杂物,埋地电线、电缆做好保护;
②施工场地进行初步整平。
(2)地基处理
箱梁支架搭设范围内的施工场地现状:
沿线主要有杂填土、旧房基础、老路基等。
基础处理拟采取如下措施:
①对于杂填土路段,先清除表层土,采用20t压路机进行碾压2~3遍,压实度达到93%以上;对于旧房基础、老路基等,将场地整平,现有地面标高用20t压路机进行碾压;
②现有地面标高以上,填筑50㎝厚砖渣或塘渣,分两层进行回填、挖掘机摊平,采用20t压路机碾压5~6遍,使其密实。
(3)浇筑混凝土垫层
砖渣或塘渣垫层整平后,浇筑15㎝厚C20混凝土,振捣密实。
(4)基础受力验算
①混凝土垫层验算(以DRK07连续箱梁(30+30)m为例)
因横隔梁荷载最大,以横隔梁断面进行验算,从立杆受力验算结果可知:
单根立杆承载力为××=2N,立杆下垫15××m2,作用在15cm厚C20混凝土上的应力σ1为:
σ1=N/A=KN/m2=Kpa<15Mpa,远小于混凝土的承压力。
②换填土层验算(以横隔梁断面为例)
作用在混凝土垫层上的应力σ1经过应力扩散后,作用在换填层上的附加应力σh1为:
b1b2σ1=[(b1+2×tanθ1×h1)×(L1+2×tanθ1×h1)]×σh1
通过整理,该处地基的附加压力为:
σh1=L1b2σ1/[(L1+2×tanθ1×h1)×(b2+2×tanθ1×h1)]
式中:
L1—底托的长度L1=m;
b2—底托的宽度b2=5m;
h1——砼层厚度h1=0.15m;
σ1—底托底面平均压力;
θ1—砼层的压力扩散角度θ1取45°
代入数据有:
σh1=××/5+2×tan45×0.15)×(+2×tan45×0.15))
=kpa
σH1=σh1+r×h1(r:
砼容重,取24KN/m3)
=+24×0.15=kpa
由式[σH1]≥σH1/K2得:
[σH1]≥kpa/=kpa
由此可得知,砖渣垫层处理后的容许承载力必须达到kpa,并通过现场试验进行检验,合格后方可进行下道工序的施工。
③回填土层受力验算:
作用在砖渣垫层的应力σH1经过扩散后,作用在回填土层的附加应力σH2为:
L2b2σH1=[(b2+2×tanθ2×h2)×(L2+2×tanθ2×h2)]×σh2
通过整理,该处地基的附加压力为:
σh2=L2b2σH1/[(b2+2×tanθ2×h2)×(L2+2×tanθ2×h2)]
式中:
L2—砼条的长度L2=m;
b2—砼条的宽度b2=0.45m;
h2——砖渣垫层厚度h2=m;
σH1—砖渣垫层平均压力;
θ2—砖渣垫层的压力扩散角度θ2=30°(规范),取θ2=20°。
代入数据有:
σh
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