1现浇箱梁满堂支架方案计算25433.docx
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1现浇箱梁满堂支架方案计算25433
祁县跨G208特大桥上跨G208国道现浇箱梁模板
及满堂支架方案计算书
1编制依据
1.1新建铁路大同至西安客运专线施工图设计文件及地勘报告,以及设计变更、补充、修改图纸及文件资料。
1.2国家有关的政策、法规、施工验收规范和工程建设标准强制性条文<城市建设部分),以及现行有关施工技术规范、标准等。
1.3参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、《混凝土工程模板与支架技术》、《铁路桥涵施工手册》、《建筑施工计算手册》。
2工程简况
本段(40+64+40>m连续梁跨越G208国道。
连续段中心里程桩号为DK341+374;绝对标高为772.9~773.6m左右;地形较平坦,相对高差较小。
主线在该处与G108国道斜交叉,G208国道为沥青路面,路面宽22M,与线路交角129.12度。
梁全长145.5m,计算跨度为40+64+40,中支点处梁高6.05m,跨中10m直线段及边跨13.75m直线段梁高位3.05m边支座中心线至梁端0.75m,边支座横桥向中心距5.6m,中支座横桥向中心距5.9m。
梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。
箱梁顶宽12.0m,箱梁底宽6.7m。
顶板厚度40cm,腹板厚度40~80cm,底板厚度40~80cm。
全联在端支点、中支点及跨中共设5个横隔板,其中端支点横隔板厚105cm,中支点横隔板厚150cm,跨中横隔板厚50cm。
全联采用满堂支架法现浇施工。
3现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求
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18mm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。
采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×90cm支架结构体系,支架纵横均设置剪刀撑,其中横桥向斜撑每1.8m设一道,纵桥向斜撑沿横桥没1.8m道。
4现浇箱梁支架验算
本计算书分别以中支点最大截面预应力混凝土箱形连续梁<单箱单室)和跨中等截面预应力混凝土箱形连续梁<横隔板)处为例,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。
4.1荷载计算
4.1.1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×90cm
3.38
4.1.2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
4.1.3荷载计算
⑴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<中支点横隔板两侧)、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。
15-5截面<中支点横隔板梁两侧)处q1计算
根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=17.15m2则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=66.55×1.2=79.86kPa
注:
B——箱梁底宽,取6.7m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
26-6截面<跨中横隔板梁)处q1计算
根据横断面图,用CAD算得梁体截面积A=10.51m2则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=40.785×1.2=48.942kPa
注:
B——箱梁底宽,取6.7m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
⑵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=1.53+3.8V/t=1.69m
q5=
4.2结构检算
4.2.1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,计算结果同样也使用于WDJ多功能碗扣架<偏于安全)。
⑴中支点横隔板两侧5-5截面处
在中支点横隔板,钢管扣件式支架体系采用60×60×90cm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<参见公路桥涵施工手册中表13-5碗口式构件设计荷载[N]=35kN、路桥施工计算手册中表13-5钢管支架容许荷载[N]=35.7kN)。
立杆实际承受的荷载为:
N=1.2 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=0.6×0.6×76.08=27.38KN NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KN ΣNQK=0.6×0.6×0.6(q3+q4+q7>=0.36×(1.0+2.0+3.38>=2.296KN 则: N=1.2 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 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=0.9m。 于是,λ=L/i=57,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.829。 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0.9m, 故: MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.0536KN 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=5.08×103mm3 则,N/ΦA+MW/W=33.08×103/<0.829×489)+0.0536×106/<5.08×103)=92.153KN/mm2≤f=205KN/mm2 计算结果说明支架是安全稳定的。 4.2.2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 采用跨中64m验算支架抗倾覆能力: 跨中支架宽16m,长64m采用60×60×90cm跨中支架来验算全桥: 支架横向27排; 支架纵向106排; 高度11m; 顶托TC60共需要27×106=2862个; 立杆需要27×106×11=31483m。 纵向横杆需要27×11/0.9×64=21120m; 横向横杆需要106×11/0.9×16=28728m; 故: 钢管总重<40608+26880+26737)×3.84=312.311t。 顶托TC60总重为: 2862×7.2=20.606t; 故q=312.311×9.8+20.606×9.8=3262.58KN; 稳定力矩=y×Ni=8×3262.58=26100.64KN.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64m共受力为: q=0.927×11×64=652.6KN; 倾覆力矩=q×5=652.6×5=3263KN.m K0=稳定力矩/倾覆力矩=26100.64/3263=7.99>1.3 计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求 4.2.3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=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。 ⑴中支点5-5截面<墩顶及横隔梁)处 按中支点截面处3M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=(66.55+1.0+2.5+2>×3=216.15kN/m M=(1/8>qL2=(1/8>×216.15×0.62=9.7kN·m W=(bh2>/6=(0.1×0.12>/6=0.000167m3 则: n=M/(W×[δw]>=9.7/(0.000167×11000×0.9>=5.8(取整数n=6根> d=B/(n-1>=3/5=0.6m 注: 0.9为方木的不均匀折减系数。 经计算,方木间距小于0.6m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=3/0.3=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>×[(265.8×0.64>/(12×9×106×8.33×10-6×0.9>]=5.54×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求> ③每根方木抗剪计算 τ= MPa<[τ]=1.7MPa 符合要求。 4.2.4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=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中支点桥墩两侧均按0.25m<中对中间距)布设,在箱梁跨中部位均按30cm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。 ⑴中支点两侧截面<按5-5截面受力)处 ①方木抗弯计算 p=lq/n=l(q1+q2+q3+q4>×B/n=0.6×(29.1+1.0+2.5+2>×24/80=6.228kN Mmax=(a1+a2>p=(0.45+0.15>×6.228=3.74kN·m W=(bh2>/6=(0.15×0.152>/6=5.6×10-4m3 δ=Mmax/W=3.74/(5.6×10-4>=6.68MPa<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=(3×6.228>/2=9.342kN τ= MPa<0.9×[τ]=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= =4.912×10-5<0.9×L/400=0.9×0.9/400m=2.025×10-3m 故,挠度满足要求 4.2.5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0.3m和0.25m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=(1.0×0.0153>/12=2.8125×10-7m4 ⑴5-5截面处底模板计算 ①模板厚度计算 q=(q1+q2+q3+q4>l=(83.1+1.0+2.5+2>×0.25=22.15kN/m 则: Mmax= 模板需要的截面模量: W= m2 模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为: h= 因此模板采用1220×2440×18mm规格的竹胶板。 ②模板刚度验算 fmax= <0.9×0.25/400m=6.25×10-3m 故,挠度满足要求 4.2.6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=(4.0+50.7>×0.3=16.41kN/m 则: Mmax= 模板需要的截面模量: W= m2 模板的宽度为1.0m,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= <0.9×0.3/400m=7.5×10-3m ⑵10×10cm方木以间距25cm布置 ①模板厚度计算 q=(q4+q5>l=(4.0+50.7>×0.25=13.675kN/m 则: Mmax= 模板需要的截面模量: W= m2 模板的宽度为1.0m,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1220×2440×18mm规格的竹胶板。 ②模板刚度验算 fmax= <0.9×0.25/400m=6.25×10-3m 4.2.7跨中工字钢平台支架体系验算 本桥施工方案中跨中的门式通道采取钢管柱和工字钢平台支架体系,工字钢平台支架体系由门式立柱上铺设I45a工字钢横向分配梁,横向分配梁上铺设I45a工字钢<横桥向间距0.6m)、工字钢上横向满铺15×15cm方木、横向满铺方木上顺桥向铺设地梁<20×25cm方木,间距0.6m,对应工字钢位置)及搭设满堂扣件式钢管支架。 门式通道支架体系构造图另见附图。 工字钢梁强度及刚度验算 ①工字钢强度验算 验算中将工字钢受力体系简化成如下图计算模式<偏于安全)。 A、工字钢间距计算 q=(q1+q2+q3+q4+q7>×B=(76.08+1.0+1.0+2+2.21>×16=1284kN/m M=(1/8>qL2=(1/8>×1284×62=5085kN·m 查《桥涵计算手册》得I45b: Ix=16574cm4=0.00016574m4 Wx=920.8cm3=0.0009208m3 =30.6cm=306mm=0.306m 则: n=M/(W×[δw]>=5085/(0.0009208×145000×0.9>=42.3(取整数n=43根> d=B/(n-1>=32/42=0.76m 注: 0.9为安全提高系数。 经计算,工字钢间距小于0.76m均可满足要求,实际施工时为工字钢按间距d取0.6m,则n=16/0.6=26.15<取27根)。 B、单根工字钢强度检算 单位长度上的荷载为: q=(q1+q2+q3+q4+q7>×b=(29.1+1.0+1.0+2+2.21>×0.6=21.186kN/m 跨中最大弯距为: Mmax= 支点处最大剪力设计值: Vmax= 初选截面: 梁所需要的截面抵抗矩为: W= 查《桥涵计算手册》得I45b: Ix=16574cm4=0.00016574m4 Wx=920.8cm3=0.0009208m3 =30.6cm=306mm=0.306m I45b自重为0.66KN/m(查桥涵手册> I45b自重产生弯距为: M= 总弯距Mx=95.337+2.97=98.31KN·m 弯距正应力为 <临时结构,取1.3的容许应力增加值) 支点处剪力为: Qx=63.56+0.66×3=65.54KN 为腹板板厚度 =12mm max= Mpa<1.3×85Mpa(1.3为容许应力增大值> ②工字钢跨中挠度验算: I45b单位长度上的荷载标准值为: q=21.186+0.66=21.846KN/m I45b刚度满足要求,所以采用I45b。 4.2.8立杆底座和地基承载力计算 ⑴立杆承受荷载计算 在中支点两侧立杆的间距为60×60cm,每根立杆上荷载为: N=a×b×q=a×b×(66.55+q2+q3+q4+q7> =0.6×0.6×(66.55+1.0+1.0+2.0+2.94>=26.45kN ⑵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: N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7> =0.6×0.6×(66.55+1.0+1.0+2.0+2.94>=26.45kN 底托承载力<抗压)设计值,一般取Rd=40KN。 得: 26.45KN<40KN立杆底托符合要求。 ⑵立杆地基承载力验算 地基薄弱地段分层换填建筑弃渣或片石土等约1.5m厚并填筑30cm厚二灰碎石土,使压实度达到94%以上后,根据经验及实验,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加筋砼层上,按照力传递面积计算: k为地基承载力标准值; 实验锤击数 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 k(Kpa> 105 145 190 235 280 325 370 435 515 600 680 K调整系数;混凝土基础系数为1.0 按照最不利荷载考虑: = ≤K·[ k]=1.0×235KPa 经过计算,地基处理要求贯入实验垂击数必须达到11下。 基础处理时填土石混渣或建筑拆迁废渣,并用压路机压实后检测。 将混凝土作为刚性结构,按照间距60×60cm布置,在1平方M面积上地基最大承载力F为: F=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7> =1.0×1.0×(83.1+1.0+1.0+2.0+2.94>=90.04kN 则,F=90.04kpa<[ k]=1.0×235Kpa 经过地基处理后,可以满足要求。 4.2.9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33.08KN,φ48mm×3.5㎜钢管的截面积为489mm2。 于是f1=б×L/E б=33.08÷489×103=67.65N/mm2, 则f1=67.65×10÷<2.06×105)=3.28mm。 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为支架地基沉降量计算: 支架地基沉降量按《GBJ7-89规范》推荐地基最终沉降量公式计算: f3= A、基础底面附加应力计算 根据前面计算结果,支架基础 B、地基土分层 根据现场地质情况<以地勘报告AK14地质柱状图为例),将地基土按压缩性分层,设压缩层厚度为3m,其中换填砂夹石土层厚1.5m、压缩模量7.0MPa,中液限粘质土层厚1.5m、压缩模量6.2MPa。 C、各分层的压缩量计算 根据最不利荷载受力部位支架布置,将满堂支架基础底面积转化为0.6×0.6基础进行计算分析。 a、换填砂夹石土层: 该土层的顶面及底面分别位于基础地面下Z0=0m及Z1=1.5m处,则: 于是换填砂夹石土层的压缩量 为: b、中液限粘质土层: 该土层的顶面及底面分别位于基础地面下Z1=1.5m及Z1=3.0m处,则: 于是中液限粘质土层的压缩量 为: D、确定压缩层厚度 先计算深度Zn=3.0m处向上取0.3m的土层压缩量 : 则, 于是得: 故压缩厚度可取为3.0m(从C15加筋砼基础底面算起>。 E、地基最终沉降量计算 压缩层范围内各土层压缩模量加权平均值ESP为: 因4 ,则地基最终总沉降量S为: f3= 故支架变形量值F为: F=f1+f2+f3=3.28+5+6.31=14.59mm 5支架搭设施工要求及技术措施 现浇箱梁支架采用满堂扣件钢管脚手架或碗口式钢管架搭设。 搭设时,先在混凝土放置15cm×15cm钢板垫在钢管底下,垫板下用中粗砂找平。 支架顶部设置顶托,顶托上设纵梁和横梁,其上铺设梁体模板。 支架纵横向设置剪力撑,以增加其整体稳定性,支架上端与墩身间用方木塞紧。 支架采用同种型号钢管进行搭设,剪力撑、横向斜撑谁立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设,并且在砼浇注和张拉过程中,
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