现浇箱梁满堂支架方案计算.docx
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现浇箱梁满堂支架方案计算
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边跨现浇段堂支架计算书
一、工程概况
郁江二桥位于桂平市城东南部长安工业园区内,距现有的郁江大桥和桂平航运枢纽对外交通桥郁江约4.9公里处,是南宁至梧州、玉林至桂平和梧贵高速这三条公路的连接纽带。
郁江二桥桥梁的起点桩号为K1+146.5,终点桩号为K2+504.5,主桥为90+165+165+90米预应力混凝土矮塔斜拉桥,主桥采用90+165+165+90m单索面三塔预应力混凝土矮塔斜拉桥,主跨布置双孔单向通航设计,桥宽30.5m,梁高3.2~6.2m,主塔为弧线形花瓶式塔,塔高22.0m,全桥共计144根斜拉索,斜拉索梁上间距4m,塔上理论索距0.8m,主梁采用单箱三室大悬臂等截面预应力混凝土箱梁,顶部为机动车道,下部在箱梁两侧顺底板悬挑出去设人行通道。
箱梁梁高6.2m—3.2m,梁体全宽30.5m,采用单箱三室加悬臂的形式,悬臂端部厚度为0.28m。
斜拉索锚固点布设在箱梁的中室,张拉端位于梁体内。
箱梁纵向划分为中墩顶托架现浇0号、1号梁段、19个悬臂浇筑梁段、边跨支架现浇段、边跨合拢段、中跨合拢段。
中墩顶0号、1号梁段同时浇筑,梁段共长11m,悬臂浇筑梁段数及梁段长度从中墩至跨中布置为:
19×4.0m,边跨现浇段长度6.37m,边跨合拢段、中跨合拢段长度均为2.0m。
边跨现浇段为2.5m实心段及3.87m渐变段,实心段受力全部在过渡墩盖梁上,故此次计算取23A-23A断面向中垮方向0.6m范围段。
边跨现浇段采用满堂支架施工,支架采用WDJ碗扣式多功能钢管脚手架,基底进行填土碾压后,浇筑混凝土搭设碗扣支架,碗扣支架经过预压合格后,铺设模板。
内、外模板采用大面积的竹胶板制作,内支撑立杆采用φ48×3.0mm钢管。
二、编制依据
(1)《公路桥涵施工手册》
(2)《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》
(3)《建筑结构荷载规范》
(4)《公路桥涵技术施工技术规范实施手册》
(6)《建筑施工计算手册》
(7)《公路桥涵施工技术规范》
(8)、桂平郁江二桥工程设计文件及招标文件等。
(9)、我公司拥有的技术管理水平、机械设备状况、工法及科技成果以及我公司在以往工程积累的施工经验。
三、支架计算
3.1边跨现浇端满堂支架布置及搭设要求
满堂支架架管使用Φ48×3.0的钢管碗扣支梁,纵桥向间距支点0.6米范围采用0.3m,其余部分采用0.9m;横桥向采用0.9m,腹板处1.8米范围采用0.6m进行加密;水平步距都为1.2米。
纵向、横向和水平向都需要设剪刀撑,横桥向共计均布设置四道剪刀撑,水平上下都设置水平剪刀撑;纵桥向共计均布设置九道剪刀撑,使支架成为整体。
为充分利用钢管的轴心受压能力,使用调节螺杆与钢管轴心连接。
支模的大龙骨用10×10cm的方木立向搁置在立杆的调节螺杆上,调节螺杆插入立杆保持轴心受力;大龙骨上放10×5cm的方木作小龙骨,间距25cm作为横肋,小龙骨上铺18mm的竹胶合板。
3.2现浇箱梁支架验算
本计算书以支点0.6米范围为例(23A-23A截面往中垮方向0.6m范围),对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。
3.2.1荷载计算
3.2.1.1荷载分析
根据本桥现浇段的结构特点,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;当计算支架立柱及其他承载构件时取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×90cm×120cm
0.04
3.2.1.2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
3.2.2.3荷载计算
⑴箱梁自重——q1计算
根据现浇箱梁结构特点,我们取跨中横截面进行箱梁自重计算,并对截面下的支架体系进行检算,首先进行自重计算。
130m箱梁中点处q1计算
根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=45.26m2则:
q1=
=
=
kpa
取1.2的安全系数,则q1=54.73×1.2=65.68kPa
注:
B——箱梁底宽,取21.5m,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50cm高度浇筑,在竖向上以V=0.3m/h浇筑速度控制,砼入模温度T=25℃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=1.0
当V/t=0.3/25=0.012〈0.035
h=0.5+3.8V/t=2.78m
q5=
3.2.2结构检算
3.2.2.1碗扣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支点0.6米范围
钢管碗扣式支架体系采用30×90×120cm的布置结构(腹板位置1.8m加密为60cm间距),如图:
横向布置
纵向布置
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]=29.2(参见公路桥涵施工手册中表13-5碗口式构件设计荷载[N]=29.2,路桥施工计算手册中表13-5钢管支架容许荷载[N]=29.2)。
立杆实际承受的荷载为:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK(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=0.9×0.3×q1=0.9×0.3×65.68=17.73KN
NG2K=0.9×0.3×q2=0.9×0.3×1.0=0.27KN
ΣNQK=0.9×0.3×(q3+q4+q7)=0.27×(1.0+2.0+0.41)=0.92KN
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(17.73+0.27)+0.85×1.4×0.27=21.92KN<[N]=29.2kN,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=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK(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5.1.6得。
A—φ48mm×3.0㎜钢管的截面积A=424mm2。
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=15.95mm。
长细比λ=L/i
L—水平步距,L=1.2m。
于是,λ=L/i=75.24,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.75。
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0.3m;
h—立杆步距1.2m,
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.85×1.4×0.927×0.3×1.2²/10=0.048KN
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=4.49×103mm3。
则,N/ΦA+MW/W=21.92×103/(0.75×424)+0.048×106/(4.49×103)=100.78KN/mm2≤f=205KN/mm2。
计算结果说明支架是安全稳定的。
3.2.3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
采用整体支架验算支架抗倾覆能力:
跨中支架宽5.4m,长30m采用60×90×120cm跨中支架来验算全桥:
支架自重经计算得:
54.7T
故q=54.7×9.8=536.05KN;
稳定力矩=y×Ni=39×536.05=20905.95KN.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
共受力为:
q=0.927×12.7×4.2=49.45KN;
倾覆力矩=q×5=49.45×5=247.25KN.m
K0=稳定力矩/倾覆力矩=20905.95/247.25=84.5>1.3
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求。
3.2.4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支点0.6米范围按L=50cm进行受力计算,实际布置跨距均不超过上述值。
如下图将方木简化为如图的简支结构(偏于安全),木材选用松木计算。
方木最低抗弯强度值[σ]=9MP,方木弹性模量E=9×103MP。
按支点0.6米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=90cm进行验算。
方木间距计算
q=(q1+q2+q3+q4)×B=(65.68+1.0+2.5+2)×0.6=42.71kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×42.71×0.92=4.32kN·m
W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000333m3
则:
n=M/(W×[δw])=4.32/(0.000333×9000×0.9)=1.6(取整数n=2根)
d=B/(n-1)=0.6/1=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=0.6/0.3=2。
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)×[(42.71×0.64)/(150×9×106×8.33×10-6×0.9)]=5.47×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)
3.2.6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0.9m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=(0.1×0.13)/12=8.33×10-6m4
底模板计算
模板厚度计算
q=(q1+q2+q3+q4)l=(65.58+1.0+2.5+2)×0.3=21.35kN/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。
3.2.7侧模验算
根据前面计算,分别按5×10cm方木以20cm的间距布置,以侧模最不利荷载部位进行模板计算,则有:
模板厚度计算
q=(q4+q5)l=(4.0+72.88)×0.2=15.38kN/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。
3.2.8地基承载力计算
⑴立杆承受荷载计算
在支点0.6米范围最不利位置立杆的间距为30×60cm,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×(30.65+q2+q3+q4+q7)
=0.3×0.6×(65.68+1.0+1.0+2.0+0.04)=12.37kN
⑵立杆地基承载力验算
地基用20cm厚混凝土进行垫层,根据经验及试验,地基承载力达到[fk]=200~250Kpa。
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20cm加砼层上,按照力传递面积计算:
k为地基承载力标准值;
试验锤击数
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
将混凝土作为刚性结构,按照间距30×60cm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)
=1.0×1.0×(65.68+1.0+1.0+2.0+0.04)=69.72kN
则,F=69.72kpa<[
k]=1.0×235Kpa
经过地基处理后,可以满足要求。
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