非标准跨满堂支架 含门洞.docx
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非标准跨满堂支架含门洞
231省道泰州至高港段改线工程二合同段预应力砼连续现浇箱梁非标跨径联满堂支架布设与验算
一、工程概况
1、简介
231省道泰州至高港段2标段起点桩号:
K2+766.720,终点桩号:
K4+501.470,全长1734.75m,15至31联在本标段,共计17联现浇箱梁。
现以第29联非标准跨径段为例,主梁横断面为单箱四室结构,跨中梁高2m,中横梁处梁高2.5m,顶宽26m,底宽20.4m,箱梁悬臂长2.8m。
箱梁顶板厚0.25~0.5cm,底板厚0.25~0.6cm,腹板厚0.5~0.8m。
2、支架布设情况
2.1、竖向钢管的布置
A、沿箱梁横向,竖向钢管间距为90cm布置,在五片腹板和横梁处钢管间距为60cm,门洞下立杆间距为60cm。
B、沿箱梁纵向,横隔梁附近位置加密为60cm,以外均按90cm间距布设竖向钢管,门洞下立杆间距为60cm。
2.2、水平钢管的布设
A、离地面30cm处沿纵横向布设水平扫地钢管。
B、从扫地钢管向上60cm处设置第二层水平钢管,再向上每隔1.2m布设一层水平钢管。
2.3、剪刀撑布设
A、采用普通φ48钢管,利用扣件进行连接
B、每联纵横向均设剪力撑,剪力撑与地面锐角角度控制在45°至60°之间。
C、剪力撑尽量与立横杆交接点相重合。
二、材料
1.所需材料
连续箱梁采用满堂支架碗扣钢管支架施工。
钢管采用:
φ48×3mm顶底托采用可调托撑,可调范围为60cm,顶托上方底板处铺设[10的槽钢纵梁,翼板处铺设2根φ48×3mm钢管,纵向槽钢上或钢管上放置9*9cm横向方木(松木)顺桥布置间距20cm,翼板处横向方木为5*8cm,横向方木上铺竹胶板(红杉)。
内、外模板均采用15㎜厚竹胶板。
2、材料参数
钢管:
采用Q235的φ48×3mm钢管,经路桥施工计算手册钢结构附表3-20查的钢管抗压容许应力:
[σ]=200Mpa,
[10槽钢:
采用16Mn钢,经路桥施工计算手册钢结构附表3-19与3-20查的槽钢容许弯曲应力:
[σw]=210Mpa,容许剪应力:
[τ]=120Mpa,弹性模量:
E=210×103Mpa
32#工字钢:
采用16Mn钢,经路桥施工计算手册钢结构附表3-19与3-20查的槽钢容许弯曲应力:
[σw]=210Mpa,容许剪应力:
[τ]=120Mpa,弹性模量:
E=210×103Mpa
木方:
采用松木,经路桥施工计算手册木结构附表3-39查的松木顺纹容许弯曲应力:
[σw]=12Mpa,容许剪应力:
[τ]=1.9Mpa,弹性模量:
E=9.0×103Mpa
模板:
采用是红杉,经路桥施工计算手册木结构附表3-39查的松木容许弯曲应力:
[σw]=13Mpa,容许剪应力:
[τ]=2.0Mpa,弹性模量:
E=10×103Mpa
三、荷载计算
1、荷载取值:
①钢筋砼容重26KN/m3
②模板木方及支架自重标准值2KN/m2
③施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载标准值2.5KN/m2
④倾倒砼产生的荷载2KN/m2
⑤振捣砼时产生的荷载2KN/m2
⑥安全系数:
静载系数γg=1.2;活载系数γq=1.4;
2、箱梁自重计算
a、横梁部位,沿箱梁纵向每延米箱身(不含翼板)自重:
断面面积S端=(17.773+1.333×2)×2.5-1.333×1.333×1.48/2×2=48.35m2;
每延米体积V端=48.35×1=48.35m3
每延米自重G端=48.35m3×26KN/m3=1257.1KN
b、跨中部位,沿箱梁纵向每延米箱身(不含翼板)自重:
断面面积SC=42.13-21.63=20.5m2;
每延米体积VC=20.5×1=20.5m3
每延米自重G中=20.5m3×26KN/m3=533KN
c、翼板部位沿箱梁纵向每延米自重:
断面面积Se=(0.2+0.5)/2×2×2.8=1.96m2;
每延米体积Ve=1.96×1=1.96m3
每延米自重Ge=1.96m3×26KN/m3=50.96KN
四、满堂支架验算
1底模板验算
箱梁底模采用高强度竹胶板,板厚t=15mm。
底模下木方间距20cm(木方净距为11cm),所以验算模板强度采用宽b=20cm竹胶板。
则:
q1=1257.1/20.399×0.2=12.33KN/M
q2=2.5×0.2=0.5KN/M
q3=2×0.2=0.4KN/M
q4=2×0.2=0.4KN/M
q=q1+q2+q3+q4=13.63KN/M
底模截面惯性矩:
I=bh3/12=0.2×0.0153/12=5.63×10-8m4
(1)、强度计算:
A、跨中弯矩最大(按简支梁计算弯矩最大)
Mmax=1/8qL2=13.63×0.22/8=0.0682KN.M
W=bh2/6=0.2×0.0152/6=7.5×10-6m3
σ=Mmax/W=0.0682/7.5×10-6=9.09MPa<[σ]=13MPa
B、支点剪力最大(按三跨连续梁计算剪力最大)
Vman=KqL=0.6×13.63×0.2=1.6356KN
τ=3Vman/2A=3×1.6356/(2×0.2×0.015)=0.818MPa<[τ]=2.0MPa
综上计算得知底模板满足强度要求。
(2)、挠度计算
fmax=5qL4/384EI=5×13.63×0.114/(384×10×106×5.63×10-8)=0.0461mm<110/400=0.275mm
综上计算底模板挠度满足要求。
2、木方强度验算
(一)、横梁处:
采用9cm×9cm木方横桥向20cm布置,木方下采用最大间距为60cm的槽钢支撑,则木方的受力可简化为三跨连续梁。
均布静荷载:
P1=1257.1/20.399×0.2=12.33KN/M
活荷载:
P2=(2.5+2+2)×0.2=1.3KN/m;
作用在木方上的荷载:
P=P1+P2=13.63KN/m
弹性模量:
E=9.0×103Mpa
截面惯性矩:
I=bh3/12=0.09×0.093/12=5.47×10-6
抗弯截面模量:
W=bh2/6=0.09×0.092/6=1.22×10-4m3
(1)、强度计算:
A、弯矩计算(按简支梁计算):
Mmax=PL2/8=13.63×0.62/8=0.61335KN.M
σ=Mmax/W=5.03MPa<[σ]=12MPa
B、剪力计算(按三跨连续梁计算):
Vman=KPL=0.6×13.63×0.6=4.91KN
τ=3Vman/2A=3×4.91/(2×0.09×0.09)=0.908MPa<[τ]=1.9MPa
综上计算得知底模板下木方满足强度要求。
(2)、挠度计算:
fmax=5q1L4/384EI=5×13.63×0.64/(384×9×106×5.47×10-6)=0.467mm<600/400=1.5mm
综上计算得知底模板下木方满足挠度要求。
(二)跨中部位:
采用9cm×9cm木方横桥向20cm布置,木方下采用最大间距为90cm的槽钢,具体见附图。
则木方的受力可简化为三跨连续梁。
均布静荷载:
P1=533/20.4×0.2=5.225KN/M;
活荷载:
P2=(2.5+2+2)×0.2=1.3KN/m;
作用在木方上的荷载:
P=P1+P2=6.525KN/m
弹性模量:
E=9.0×103Mpa
截面惯性矩:
I=bh3/12=0.09×0.093/12=5.47×10-6
抗弯截面模量:
W=bh2/6=0.09×0.092/6=1.22×10-4m3
(1)、强度计算:
A、弯矩计算(按简支梁计算):
Mmax=PL2/8=6.525×0.92/8=0.661KN.M
σ=Mmax/W=5.415MPa<[σ]=12MPa
B、剪力计算(按三跨连续梁计算):
Vman=KPL=0.6×6.525×0.9=3.524KN
τ=3Vman/2A=3×3.524/(2×0.09×0.09)=0.652MPa<[τ]=1.9MPa
综上计算得知底模板下木方满足强度要求。
(2)、挠度计算:
fmax=5q1L4/384EI=5×6.525×0.94/(384×9000×5.47×10-6)=1.42mm<900/400=2.25mm
综上计算得知底模板下木方满足挠度要求。
(三)翼板部位:
翼板采用8cm×5cm木方横向布置(双拼),间距为20cm,布置,木方下采用纵桥向布置间距90cm的2根φ48×3mm钢管,则木方的受力可简化为简支梁。
均布静荷载:
P1=0.2×50.96/(2.8×2)=1.82KN/M;
活荷载:
P2=(2.5+2+2)×0.2=1.3KN/m;
作用在木方上的荷载:
P=P1+P2=3.12KN/m
弹性模量:
E=9.0×103Mpa
截面惯性矩:
I=2bh3/12=2×0.05×0.083/12=4.26×10-6m4
抗弯截面模量:
W=2bh2/6=2×0.05×0.082/6=1.066×10-4m3
(1)、强度计算:
A、弯矩计算(按简支梁计算):
Mmax=PL2/8=3.12×0.92/8=0.3159KN.M
σ=Mmax/W=2.963MPa<[σ]=12MPa
综上计算得知底模板下木方满足强度要求。
(2)、挠度计算:
fmax=5q1L4/384EI=5×3.12×0.94/(384×9×106×4.26×10-6)=0.699mm<600/400=1.5mm
综上计算得知底模板下木方满足挠度要求。
3、[10槽钢强度计算
木方下底板处采用[10槽钢,纵桥向布置最大间距90cm一道,端横梁处按标准跨径端横梁方案布置,中横梁处按60cm一道布置,中横梁处槽钢受力简化为简支梁计算:
弹性模量:
E=210×103Mpa
截面惯性矩:
I=198cm4(简明施工计算手册附表3–32查得)
抗弯截面模量:
W=39.4cm3
(1)、强度计算:
P=(26×2.5+6.5)×0.6=42.9KN/M
Mmax=PL2/8=42.9×0.62/8=1.9305KN.M
σ=Mmax/W=49MPa<[σ]=210MPa
综上计算得知槽钢满足强度要求。
(2)、挠度计算:
fmax=5q1L4/384EI=5×42.9×0.64/(384×210×1.98)=0.174mm<600/400=1.5mm
综上计算得知槽钢满足挠度要求。
4、2根φ48×3mm钢管计算:
横向木方下翼板处采用2根φ48×3mm钢管,纵桥向布置间距90cm,钢管受力简化为简支梁计算:
弹性模量:
E=210×103Mpa
截面抵抗矩为:
W=2π(D4-d4)/(32D)=2π(484-424)/(32×48)=8982mm³=8.982×10-6m³
截面惯性矩:
I=2π(R4-r4)/4=215553.2mm4=21.55532×10-8m4
(1)、强度计算:
P=(26×0.35+6.5)×0.6=9.36KN/M
Mmax=PL2/8=9.36×0.92/8=0.95KN.M
σ=Mmax/W=105.5MPa<[σ]=210MPa
综上计算得知钢管满足强度要求。
(2)、挠度计算:
fmax=0.677q1L4/100EI=0.677×9.36×0.94/(100×210×0.21555)=1.018mm<900/400=2.25mm
综上计算得知钢管满足挠度要求。
5、门洞工字钢计算
门洞上方采用32#工字钢,纵桥向布置间距60cm,工字钢受力简化为简支梁计算:
弹性模量:
E=210×103Mpa
截面抵抗矩为:
W=7.267×10-4m³
截面惯性矩:
I=1.1626×10-4m4(简明施工计算手册附表3–31查得)
(1)、强度计算:
P=(533/20.4+6.5)×0.6=19.6KN/M
Mmax=PL2/8=19.6×4.52/8=49.6KN.M
σ=Mmax/W=68.25MPa<[σ]=210MPa
综上计算得知工字钢满足强度要求。
(2)、挠度计算:
fmax=5q1L4/384EI=5×19.6×4.54/(384×210×1.1626)=0.4286mm<4500/400=11.25mm
综上计算得知工字钢满足挠度要求。
6、支架设计验算
(1)、立杆荷载计算
a、横梁部位立杆荷载计算(不含翼板):
端横梁部位沿箱梁横断面每排立杆(不含翼板)所受荷载合计为:
(按荷载组合一计算)Sd=1.2SG+1.4SQ
P=1.2×0.6×(1257.1+20.4×2)+1.4×0.6×20.4×(2+2.5+2)
=1045.872KN
单根立杆所受荷载PA=1045.872/33=31.69KN
b、跨中部位立杆荷载计算(不含翼板,门洞立杆外)
跨中部位沿箱梁横断面每排立杆(不含翼板)所受荷载合计为:
(按荷载组合一计算)Sd=1.2SG+1.4SQ
P=1.2×0.9×(533+20.4×2)+1.4×0.9×20.4×(2+2.5+2)=786.78KN
单根立杆所受荷载PB=786.78/25=31.47KN
c、翼板部位立杆荷载计算
翼板沿箱梁横断面每排立杆所受荷载合计为:
(按荷载组合一计算)Sd=1.2SG+1.4SQ
P=1.2×0.9×(50.96/2+2.8×2)+1.4×0.9×2.8×(2+2.5+2)
=56.5KN
单根立杆所受荷载PB=56.5/3=18.83KN
d、门洞部位立杆荷载计算
门洞沿箱梁横断面每排立杆所受荷载合计为:
(按荷载组合一计算)Sd=1.2SG+1.4SQ
P=1.2×8.1×(533+20.4×2)+1.4×8.1×20.4×(2+2.5+2)
=7081.02KN
单根立杆所受荷载PB=7081.02/264=26.82KN
综上所述得知,立杆所承受最大荷载为Pmax=31.69KN
(2)、竖向钢管强度和稳定性计算
碗扣式支架主要验算立杆的稳定性,可简化为按两端铰接的受压杆件计算,考虑到立杆本身可能存在弯曲,杆件对接的偏差和荷重不均匀等因素,可按偏心受压杆件计算,偏心距考虑为1/3钢管直径,即:
e=D/3=48/3=16mm
采用φ48钢管技术参数为:
截面积为:
A=π(D²-d²)/4=π(48²-42²)/4=4.24×10-4m²
截面抵抗矩为:
W=π(D4-d4)/(32D)=π(484-424)/(32×48)=4491mm³
截面惯性矩:
I=π(R4-r4)/4=107776.6mm4
钢管回转半径为:
i=
=15.94mm
长细比:
λ=1200/15.94=75.3≤[λ]=100查表知φ=0.844
A、强度计算:
σ=N/A+M/W=N/4.24×10-4+0.016N/0.45×10-2=74.86Mpa≤[σ]=200Mpa
可知立杆满足强度要求。
B、稳定性计算:
N/(φA)+M/W≤[σ]=200Mpa
N/(0.844×4.24×10-4)+0.016N/0.45×10-2=88.67≤[σ]=200Mpa
可知立杆满足稳定性要求。
通过以上计算可知,此箱梁的支架设计、布置是合理的,能够满足强度和稳定性要求。
(3)立杆底座和地基承载力验算:
a、立杆垫块承载力验算:
立杆受力N立杆=31.69KN,在立柱基坑开挖处硬化30cmC30砼,砼基础上支架可调底尺寸为A底座=100mm×100mm=10000mm2,
基础上受力为:
σ=N立杆/A底座=31690/10000=3.169Mpa<Ra=21.0Mpa
b、立杆地基承载力验算:
(持力层强度,下卧层承载力)
在原有路面基础上,立杆地基承载力实际情况满足要求。
由以上可知,此箱梁的支架地基处理可以满足承载力要求。
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