桥梁各种常规支架计算方法

桥梁常规支架计算方法 中铁某局某公司施工技术部 2010 年 9 月 2 前 言 近年来 公司承建的桥梁项目不断增多 桥型也出现多样化 目前在建难度较 大的桥梁均不同程度使用了落地 悬空 支架来进行施工 比如 沪杭客专翁梅立 交连续梁采用临时支墩 贝雷梁及小钢管多层组合支架进行现浇 厦蓉高速高尧 I 号大桥 150m 主跨的 0 号块 1 号块均采用了托架悬空浇筑 西平铁路 1 80m 钢 混 凝土组合桁梁拟定采用落地支架原位拼装等等 由于支架施工具有普遍性 公司施工技术部根据以往桥梁施工特点编写了本手 册 主要对比较常规的几种桥梁支架形式的计算方法进行介绍 计算过程中个别数 值 参数 或分析方法可能存在一定的理解偏差甚至错误 但其计算思路是可以参 考和借鉴的 本手册共分十个部分 主要内容包括 桥梁支架计算依据和荷载计算 箱梁模 板设计计算 小钢管满堂支架计算 临时墩 贝雷梁 组合支架计算 预留孔穿销 法计算 抱箍设计计算 预埋牛腿悬空支架计算 托架设计计算 简支托梁设计计 算 附件 附件 1 2 表中介绍了支架立杆 分配梁常用材料的力学参数 对手册 2 3 章 节进行了补充 附件 3 介绍了预应力张拉引伸量的计算方法 特别是针对非对称预 应力张拉的伸长值计算 3 目 录 1 支架在桥梁施工的用途 7 2 支架计算依据和荷载计算 7 2 1 设计计算依据 7 2 2 施工荷载计算及其传递 7 2 2 1 侧模荷载 7 2 2 2 底模荷载 8 2 2 3 横向分配梁 8 2 2 4 纵梁 8 2 2 5 立杆 临时墩 9 2 2 6 地基荷载为立杆 临时墩 下传集中荷载 9 2 3 材料及其力学的性能 9 2 3 1 竹 木 胶板 9 2 3 2 热 冷 轧钢板 9 2 3 3 焊缝 9 2 3 4 连接螺栓 10 2 3 5 模板拉杆 10 2 3 6 方木 10 2 3 7 热轧普通型钢 10 2 3 8 地基或临时墩扩大基础 桩基础 11 2 3 9 相关建议 11 2 4 贝雷梁 11 2 4 1 国产贝雷梁简介 11 2 4 2 桁架片力学性质 12 2 4 3 桁架片组合成贝雷梁的力学性能 12 2 4 4 桁架容许内力 12 3 箱梁模板设计计算 12 3 1 箱梁侧模 12 3 1 1 侧模面板计算 13 3 1 2 竖向次楞计算 13 3 1 3 水平主楞 横向背肋 计算 14 3 1 4 对拉杆计算 15 3 2 箱梁底模 15 3 2 1 底模面板计算 16 3 3 2 底模次楞 横向分配梁 计算 16 3 2 3 底模主楞 纵梁 计算 17 4 满堂支架计算 17 4 1 立杆及底托 18 4 1 1 立杆强度及稳定性 通过模板下传荷载 18 4 1 2 立杆强度及稳定性 依照 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 18 4 1 3 立杆压缩变形 19 4 4 1 4 底托检算 19 4 2 地基承载力 20 4 3 支架总体弹性沉降值 21 5 临时墩 贝雷梁 组合支架 21 5 1 荷载计算 21 5 1 1 箱梁断面划分区间 21 5 1 2 荷载计算 顺桥方向 21 5 2 纵梁设计检算 22 5 2 1 单片贝雷桁架片荷载 22 5 2 2 贝雷桁架检算 22 5 2 3 计算补充说明 22 5 3 横梁检算 23 5 3 1 横梁的荷载 23 5 3 2 横梁选材和计算 23 5 4 支墩稳定性 23 5 4 1 强度验算 23 5 4 2 稳定验算 24 5 4 3 局部稳定验算 24 5 4 4 支墩计算的补充说明 24 5 5 混凝土基础及地基 25 5 5 1 地基计算 25 5 5 2 混凝土基础 25 6 悬空支架 预留孔穿销法 26 6 1 盖梁底模支撑纵 横梁的计算 26 6 1 1 施工荷载计算 26 6 1 2 纵向分配梁计算 26 6 1 3 横梁计算 27 6 2 销轴计算 27 6 2 1 销轴抗弯计算 28 6 2 2 销轴抗剪计算 28 6 2 3 合成应力 28 6 3 墩身混凝土局部受压计算 28 7 悬空支架 抱箍法 28 7 1 螺栓直径的选择 29 7 2 螺栓孔距及抱箍高度的确定 29 7 3 抱箍耳板宽度的确定 29 7 4 抱箍板厚的确定 29 7 4 1 从截面受拉方面考虑 29 7 4 2 从截面受剪方面考虑 29 7 5 抱箍耳板厚度确定 30 7 6 连接板焊缝计算 30 8 悬空支架 预设牛腿法 30 5 8 1 牛腿设计计算 31 8 2 焊缝连接计算 31 8 3 预埋钢筋计算 31 8 3 1 预埋筋承载力计算 31 8 3 2 预埋筋锚固长度的计算 31 8 4 预埋钢板厚度的计算 31 9 悬空支架 三角托架 31 9 1 三角托架及其使用材料 31 9 1 1 纵向分配梁 32 9 1 2 主横梁 32 9 1 3 落梁楔块 32 9 1 4 三角托架 32 9 1 5 预埋牛腿 32 9 2 施工荷载的计算 34 9 2 1 混凝土荷载 34 9 2 2 模板荷载 34 9 2 3 内外模桁架或支架 34 9 2 4 临时荷载 34 9 3 纵向分配梁计算 34 9 3 1 箱梁腹板位置纵向分配梁 34 9 3 2 箱梁底板位置纵向分配梁计算 35 9 3 3 翼板下面纵向分配梁 35 9 4 主横梁计算 35 9 4 1 中间位置主横梁检算 35 9 4 2 靠近墩身位置主横梁检算 36 9 5 砂桶计算 36 9 6 托架计算 36 9 5 1 托架水平撑 37 9 5 2 托架斜撑 37 9 5 3 水平撑牛腿 37 9 5 4 斜撑牛腿 37 10 悬空支架 简支托梁 38 10 1 简支托梁及其使用材料 38 10 1 1 横向分配梁 38 10 1 2 简支纵梁 38 10 1 3 落梁楔块 38 10 2 横向分配梁计算 39 10 3 纵梁计算 39 10 4 横向托梁 39 10 5 牛腿检算 39 11 补充说明 40 附表一 支架施工常用的立杆 临时支墩 材料 40 6 附表二 支架施工常用的分配梁 横纵梁 材料 41 附件三 预应力筋单双向张拉 非对称 的伸长值计算 43 1 张拉伸长值的重要性 43 2 后张法预应力筋理论伸长值计算公式说明 43 2 1 预应力筋伸长值计算的分段原则 43 2 2 AB 段截面拉力 截面平均拉力和伸长值 43 2 4 CD 段截面平均拉力和伸长值 44 2 5 预应力筋张拉施工总伸长值计算 44 3 对不同张拉方式伸长值计算实例 45 3 1 单向张拉实例 45 3 2 双向张拉实例 45 4 理论伸长值与设计图纸数值偏差的原因 47 5 理论伸长值与实际伸长值偏差的原因 47 6 伸长值计算补充说明 48 7 1 支架在桥梁施工的用途 支架在桥梁的施工方面有着比较广泛的作用 可以作为现浇梁 盖梁施工的主 要承力结构 墩身施工的工作平台 内模的横 竖 向支撑系统 施工人员下上的 通行斜道 材料 机具运输的吊装设施等等 支架法施工除在设计方面有要求外 根据现场经验 在以下情况建议通过变更 设计采用支架施工 山区施工没有建设预制场的条件建议支架现浇 桥梁两端地形限制无法拼装架桥机或运梁条件差 桥梁平曲线半径较小 预制箱梁翼板变化较大 桥梁跨线时两侧盖梁轴线不平行导致在同一跨板长差异较大致使预制 架设难 度和施工投入 改造预制台座和龙门吊 大 桥梁由于设计跨度不同 大跨预制梁的架设存在难度 施工期间需要改造或更 换架桥设备 预制 架设施工不能满足进度要求等情况 2 支架计算依据和荷载计算 桥梁施工中不同的支架方式均有成功的案例为后续施工提供良好的借鉴 本文主要对不同的常规支架形式的计算进行介绍 通过对支撑结构的力学分析 和理解 才能选用到适合不同工程特点的支架形式 才能对支架体系的薄弱环节进 行有效的现场控制 才能对混凝土性能 浇筑高度 浇筑速度等主要指标予以确定 和控制 才能保证相同桥型相同支架方式产生相同的效果 避免质量和安全事故 2 1 设计计算依据 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 2000 年 11 月 木结构设计规范 GB 50005 2003 2004 年 1 月 混凝土结构设计规范 GB 50010 2002 2002 年 4 月 钢结构设计规范 GB 50017 2003 2003 年 4 月 建筑工程大模板技术规程 JGJ74 2003 2003 年 10 月 建筑施工扣件式钢管脚手架安全施工规范 JGJ130 2001 建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范 JGJ 166 2008 建筑施工门式钢管脚手架安全技术规程 JGJ128 2000 钢管脚手架扣件 GB15831 2006 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑结构荷载规范 GB50009 2001 扣件式钢管脚手架计算手册 王玉龙 2008 年 建筑施工计算手册 江正荣 2001 年 7 月 2 2 施工荷载计算及其传递 支架选型完成后 其计算的思路和原则应从上至下进行 2 2 1 侧模荷载 施工人员及设备荷载标准值 1 5KN m2 倾倒混凝土时产生的水平荷载标准值 采用泵送混凝土时为 4KN m2 采用溜槽 串筒为 2KN m2 采用容积 0 8m3以下漏斗为 4KN m2 采用容积 0 8m3以下漏斗为 6KN m2 振捣混凝土时对竖向结构模板产生的荷载标准值为 4KN m2 现浇混凝土对模板的侧压力标准值 8 F 0 22 r t0 B1 B2 V1 2 F r H F 新浇筑砼对模板的最大侧压力 KN m 2 r 砼的重力密度 KN m 3 计算时钢筋混凝土取 26 KN m3 t0 新浇筑的初凝时向 h 可按实测确定 如缺乏试验资料时可采用 t0 200 T 15 计算 T 为砼的温度 H 砼侧压力计算位置处至新浇砼顶面的总高度 m B1 外加剂影响修正系数 掺具有缓凝作用的外加剂时取 1 2 无外加剂取 1 B2 砼坍落度影响修正系数 当坍落度小于 11cm 时取 1 1 坍落度大于 11cm 时取 1 15 V 砼的浇筑速度 m h 公式 计算结果取二者中的较小值 取较小值的原因分析 对于高度较低的模板来说其侧压力主要取决于浇筑高度 而对于浇注高度较大的情况下按浇注高度计算结果是不真实的 因为墩身混凝土随 着时间推移浇筑部位不断上移 底部混凝土凝固对底部侧模的影响逐渐减小 对于 墩身浇筑选用较小值是比较符合实际 但是计算取较小值的条件 现场必须对混凝 土的坍落度和浇筑速度进行严格控制 其次对初凝时间应现场认真测定 模板荷载分项系数 活载 施工人员 机具 倾倒 振捣混凝土荷载 取 1 4 恒载 新浇混凝土对侧模的压力 取 1 2 模板荷载效应组合 计算模板承载能力时 荷载 1 2 活载 1 4 计算模板抗变 形能力时 荷载 1 2 有效压头高度 h F r 2 2 2 底模荷载 施工人员及设备荷载标准值 1 5KN m2 倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值 2 0 4 0KN m2 振捣混凝土时对水平模板产生的荷载标准值为 2 0KN m2 模板自重荷载标准值木模为 0 50 0 55KN m2 钢模 0 75 1 25KN m2 钢筋混凝土密度取 26 KN m3 尚需 1 05 混凝土胀模系数 建议采用 根据 箱梁断面荷载作如下划分 模板荷载效应组合 恒载 1 2 活载 1 4 活载主要包括 施工人员荷载 施 工机具荷载 倾倒混凝土荷载 振捣混凝土荷载 恒载主要包括 混凝土荷载 模 板自重荷载 2 2 3 横向分配梁 梁底横向分配梁 模板次楞 荷载取值与底模荷载相同 2 2 4 纵梁 9 纵梁 模板主楞 荷载为横向分配梁 模板次楞 传递的集中荷载 2 2 5 立杆 临时墩 立杆 临时墩 荷载为纵梁 模板主楞 下传集中荷载 由于在模板计算荷载 时已考虑了恒载和活载的组合效应 故模板主楞下传至立杆的荷载可直接计算立杆 稳定性 也可根据 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 进行荷载计算 立杆稳 定性荷载组合和分项系数 1 2 永久荷载 1 4 施工均布活荷载 1 2 永久荷载 1 4 0 85 施工均布活荷载 风荷载 永久荷载包括 混凝土荷载 模板荷载 支架荷载 施工均布荷载 施工人员荷载 施工机具荷载 倾倒混凝土荷载 振捣混凝土 荷载 风荷载 根据 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 对水平风荷载标准 值进行计算 WK 0 7u z us w0 公式中 uz 风压高度变化系数 可查 建筑结构荷 载规范 u s 风荷载脚手架体型系数 可查 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技 术规范 w 0 基本风压 可查 建筑结构荷载规范 2 2 6 地基荷载为立杆 临时墩 下传集中荷载 落地支架计算顺序 模板 横梁 分配梁 纵梁 立杆 临时墩 地基 桩基 托架 牛腿 抱箍 计算顺序 模板 横梁 分配梁 纵梁 斜撑 牛腿 箍身 墩柱混凝土 2 3 材料及其力学的性能 2 3 1 竹 木 胶板 木胶板作模板面板时根据 木结构设计规范 4 2 规定抗弯强度设计值 13N mm2 弹性模量为 9 0 103N mm2 挠度极限值 L 400 由于桥梁施工处于露天环 境 根据规范的要求进行调整 f m 13 0 9 11 70N mm2 E 9 0 10 3 0 85 7 65 103 N mm2 自重计算时采用密度 550Kg m3 5 5KN m 3 竹胶板作模板面板时抗弯强度设计值 30 35N mm2 暂无相关依据 参考其产品介 绍 弹性模量为 5 5 103N mm2 挠度极限值 L 400 由于桥梁施工处于露天环境 根据规范的要求进行调整 f m 30 0 9 27N mm2 E 5 5 10 3 0 85 4 68 103 N mm2 自重计算时采用密度 950Kg m3 9 5KN m 3 两种板表面几何尺寸 2440 1220mm 板厚 9 10 12 15 18 20mm 等规格 周转次数控制在 15 次以内 2 3 2 热 冷 轧钢板 热轧板硬度低 加工容易 延展性能好 冷轧板硬度和强度高 做钢模面板时 加工相对困难 但使用过程不易变形 一般选用 4 8mm 厚热轧钢板作为模板面板 根据 钢结构设计规范 3 4 规定 抗弯强度设计值 215N mm2 抗剪强度 125N mm2 弹性模量为 206 103N mm2 挠度极 限值 L 400 深水钢护筒 钢围堰 套箱 多选用厚度 10mm 以上热轧钢板 客专 50m 以上跨度的公路 预制箱梁大模板多选用厚度 12mm 以上冷轧钢板 2 3 3 焊缝 抱箍 牛腿 挂蓝以及吊架等临时承重结构焊缝一般需要进行无损探伤检测 10 对接焊缝必须做无损探伤 焊缝验收等级共三个级别 三级为最低 对接焊缝的 焊接等级不能低于二级 焊缝等级检测比较简单对现场施工影响不大 一般使用超 声波探伤仪检查 对于临时结构焊缝较多时 现场对焊缝抽查时原则上优先选取受 拉部位焊缝 钢模板角焊缝一般情况下无须进行探伤检测 焊缝等级见钢规 7 1 1 条 阅读时注意条文解释 根据 钢结构设计规范 3 4 规定 抗弯强度设计值 160N mm2 抗剪强度 160N mm2 焊缝计算高度按实际焊缝高度的 0 7 为计算依据 2 3 4 连接螺栓 普通螺栓 钢材材质 Q235 共分 A B C 三级 前两种是精制螺栓 现场 使用较少 C 级为粗制螺栓 钢模板连接基本上为 C 级螺栓 普通螺栓在施工中可 重复使用 普通螺栓一般为 4 4 级 4 8 级 5 6 级和 8 8 级 根据 钢结构设计规范 3 4 规定 4 6 级和 4 8 级抗拉强度设计值 170N mm2 抗剪强度 140N mm2 5 6 级抗拉强度设计值 210N mm2 抗剪强度 190N mm2 8 8 级抗拉强度设计值 400N mm2 抗剪强度 320N mm2 高强螺栓 钢材材质 45 号钢 8 8 级 和 20MmTiB 10 9 级 为预应力螺栓 必须按要求使用扭矩扳手施加一定的预拉力方可有效 高强螺栓不可重复使用 常 用的有 M16 M30 超大规格的高强螺栓性能不稳定 应慎重使用 在普通桥梁中抱 箍大多采用高强螺栓 大跨桥梁的临时设备使用比较多见 高强螺栓在使用时分为摩擦型高强螺栓与承压型高强螺栓 设计计算方法上需 区别对待 摩擦型以连接板之间出现滑动作为承载能力极限状态 承压型以板层间 出现滑动作为正常使用极限状态 而以连接破坏作为承载能力极限状态 高强螺栓分为 8 8 级和 10 9 级 根据 钢结构设计规范 3 4 规定 承压型高强螺栓 8 8 级抗拉强度设计值 400N mm2 抗剪强度 250N mm2 10 9 级抗拉强度设计值 500N mm2 抗剪强度 310N mm2 2 3 5 模板拉杆 根据 混凝土结构设计规范 4 2 规定 HPB235 Q235 或圆钢 抗拉强度设计值 210N mm2 弹性模量为 210 103N mm2 HRB335 20MnSi 或螺纹钢 抗拉强度设计值 300N mm2 弹性模量为 200 103N mm2 2 3 6 方木 作为支架横纵分配梁或模板背楞 根据 木结构设计规范 4 2 规定 普通松 木的抗弯强度设计值 13N mm2 抗剪强度 1 5 N mm2 弹性模量为 9 5 103N mm2 挠 度极限值 L 400 由于桥梁施工处于露天环境 根据规范的要求进行调整 fm 13 0 9 11 70N mm2 实际施工中建议不得 ft 1 5 0 9 1 35N mm2 E 9 5 10 3 0 85 8 07 103 N mm2 由于木材种类较多 重要工程特殊结构使用方木时 需参考 木结构设计规范 3 1 章节 确定其准确的力学指标 2 3 7 热轧普通型钢 热轧型钢材质大多为 Q235 热轧型钢在桥梁施工中常用的主要有角钢 槽钢 工钢 H 钢及钢管等 11 角钢有等边角钢和不等边角钢之分 等边角钢规格 L20 3 L200 24 不等边角 钢规格 L25 16 3 L200 125 18 较小角钢一般作为钢模的次肋 稍大角钢可作为底 模分配梁或铺设便 栈 桥桥面等 槽钢规格 5 40c 小号槽钢可作为钢模的主肋 底模分配梁 支架剪刀撑或 铺设便 栈 桥桥面等 大号槽钢可作为桥梁施工大型临时设备等的主要材料 工钢规格 I10 I63c 小号工钢可作为钢模的主肋 底模分配梁或铺设便 栈 桥桥面等 大号工钢可作为桥梁施工大型临时设备等的主要材料 H 钢用途与工钢相似 HW 宽翼缘 规格 100 100 400 400 HM 中翼缘 规 格 150 100 600 300 HN 窄翼缘 规格 100 50 900 300 大钢管主要作为竖向支撑 小钢管可作为支架系杆或立杆 钢管规格 32 2 5 630 12 热轧型钢作为支架横纵分配梁 立杆 立柱或模板背楞等时根据 钢结构设计 规范 3 4 规定 腹板 管壁 厚度小于等于 16mm 抗弯强度设计值 215N mm2 抗剪强度 125N mm2 弹性模量为 206 103N mm2 挠度极限值 L 400 腹板 管壁 厚度大于 16mm 小于 60mm 抗弯强度设计值 205N mm2 抗剪强 度 120N mm2 弹性模量为 206 103N mm2 挠度极限值 L 400 钢材密度为 7850Kg m3 即 78 5KN m3 自重计算时建议采用 1 1 1 2 的放大 系数 2 3 8 地基或临时墩扩大基础 桩基础 跨线施工时落地支架在既有高速公路路面时 路面承载力不大于 250KPa 为宜 一般的土质地基经过换填处理应在 150 220KPa 若地基承载力不能满足时 满堂 支架可考虑增加立杆数量或进行场地硬化 临时支墩可增加混凝土基座的几何尺寸 或采用桩基 未硬化的满堂支架地基应注意临时排水设施通畅 支架地基局部处于坡面位置应提前修成台阶 无法碾压处理时立杆根部垫入方 木 板 或钢模等材料 立杆根部适当增加横杆 斜杆数量 落地支架地基处理应重视承台基坑回填的质量 地基处理应满足施工承载力的需要 数据可通过现场实测 混凝土基础或桩基应按局部承压进行计算并满足强度要求 混凝土材料弹性模 量 C15 为 22 103N mm2 C20 为 25 5 103N mm2 C25 为 28 103N mm2 C30 为 30 103N mm2 2 3 9 相关建议 在支架材料的选择上不主张使用特级钢或截面积较大的钢材 其次支架法浇筑 箱梁不主张使用钢模 既浪费材料又增加施工恒载 横 纵 向分配梁为了固定模 板可以选择方木外 纵 横 梁尽可能选用周转次数较多的型钢 槽 10 槽 20 I10 I20 型钢拆除后部分可以使用在隧道初支 也可作为便桥的铺板或搭设 其他施工平台 在支架设计之前应参考同类桥型 类似地基情况以及地形比较接近的相关成功 案例 结合现场实际建立一个或多个初步的支架布置方案 通过后续的检算确定其 合理性和可行性 2 4 贝雷梁 贝雷梁作为桥梁支架 水中栈桥 便桥 施工平台或吊装设备主要的构件 在 本章单独进行介绍 12 2 4 1 国产贝雷梁简介 国产贝雷梁其桁节使用 16 锰钢 销子采用铬锰钛钢 插销用弹簧钢制造 焊 条用 T505X 型 材料的容许应力按基本应力提高 30 个别钢质杆件超过上述规 定时 不得超过其屈服点的 85 计算贝雷梁自身构件时采用的容许应力如下 16 锰钢拉应力 压应力及弯应力为 1 3 210 273MPa 剪应力为 1 3 160 208MPa 30 铬锰钛拉应力 压应力及弯应力为 0 85 1300 1105MPa 剪应力为 0 45 1300 585MPa 贝雷梁主要构件自重 桁架节 270Kg 片 桁架螺栓 3Kg 个 销子 3Kg 个 斜 撑 11Kg 根 支撑架 21Kg 副 弦杆螺栓 2Kg 个 加强弦杆 80Kg 支 下弦接头 6Kg 个 单片桁架高 150cm 长度 300cm 2 4 2 桁架片力学性质 弦杆截面面率 25 48cm2 弦杆惯矩 396 6cm4 弦杆断面率 79 4cm4 桁片允许 弯矩 975 0KN m 弦杆回旋半径 3 94 cm 自由长度 75cm 长细比 19 0 纵向弯曲 系数 0 953 弦杆纵向容许受压荷载 663 KN 也可计算简化成单杆系可采用 Ix 685 12 10 8m4 y 0 0028m 截面积 A 146 45 10 4m 2 4 3 桁架片组合成贝雷梁的力学性能 单排单层 不加强型 截面抵抗矩 W 3578 5cm3 截面惯性矩 I 250497 2cm4 单排单层 加强型 截面抵抗矩 W 7699 1cm3 截面惯性矩 I 577434 4cm4 双排单层 不加强型 截面抵抗矩 W 7157 1cm3 截面惯性矩 I 500994 4cm4 双排单层 加强型 截面抵抗矩 W 15398 3cm3 截面惯性矩 I 1154868 8cm4 三排单层 不加强型 截面抵抗矩 W 10735 6cm3 截面惯性矩 I 751491 6cm4 三排单层 加强型 截面抵抗矩 W 23097 4cm3 截面惯性矩 I 1732303 2cm4 双排双层 不加强型 截面抵抗矩 W 14817 9cm3 截面惯性矩 I 2148588 8cm4 双排双层 加强型 截面抵抗矩 W 30641 7cm3 截面惯性矩 I 4596255 2cm4 三排双层 不加强型 截面抵抗矩 W 22226 8cm3 截面惯性矩 I 3222883 2cm4 三排双层 加强型 截面抵抗矩 W 45962 6cm3 截面惯性矩 I 6894382 8cm4 2 4 4 桁架容许内力 不加强型 单排单层容许弯矩 M 788 2KN m 容许剪力 Q 245 2KN 双排单层容许弯矩 M 1576 4KN m 容许剪力 Q 490 5KN 三排单层容许弯矩 M 2246 4KN m 容许剪力 Q 698 9KN 双排双层容许弯矩 M 3265 4KN m 容许剪力 Q 490 5KN 三排双层容许弯矩 M 4653 2KN m 容许剪力 Q 698 9KN 加强型 单排单层容许弯矩 M 1687 5KN m 容许剪力 Q 245 2KN 双排单层容许弯矩 M 3375 0KN m 容许剪力 Q 490 5KN 三排单层容许弯矩 M 4809 4KN m 容许剪力 Q 698 9KN 13 双排双层容许弯矩 M 6750 0KN m 容许剪力 Q 490 5KN 三排双层容许弯矩 M 9618 8KN m 容许剪力 Q 698 9KN 说明 三排单层贝雷的容许弯矩可按单排单层的乘以3再乘以不均匀系数0 9 双排双层的可按单排单层的乘以4再乘0 9 三排双层的可按单排单层的乘以8再乘 0 8 3 箱梁模板设计计算 3 1 箱梁侧模 以新安江特大桥主桥箱梁为例 现浇混凝土对模板的侧压力计算 新浇筑的初凝时间按 8h 腹板一次浇注高 度 4 5m 浇注速度 1 5m h 混凝土无缓凝作用的外加剂 设计坍落度 16mm F 0 22 26 8 1 0 1 15 1 51 2 64 45KN m2 F 26 4 5 117 0KN m2 故 F 64 45KN m2 作为模板侧压力的标准值 q1 64 45 1 2 1 5 4 4 1 4 90 64KN m 2 适应计算模板承载能力 q2 64 45 1 2 77 34KN m2 适应计算模板抗变形能力 3 1 1 侧模面板计算 面板为 20mm 厚木胶板 模板次楞 竖向分配梁 间距为 300mm 计算高度 1000mm 面板截面参数 Ix 666670mm 4 Wx 66667mm 3 Sx 50000mm 3 腹板厚 1000mm 按计算简图 1 3 跨连续梁 计算结果 Mmax 0 82 106N mm Vx 16315N fmax 0 99mm 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 2 48MPa 大于 1 35MPa 不满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 4 89MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 304 不满足 按计算简图 2 较符合实际 计算结果 Mmax 0 25 10 6 N mm Vx 9064N fmax 0 12mm 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 0 68MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 3 82MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 1662 满足 由此可见合理的建立计算模型确实能减少施工投入避免不必要的浪费 3 1 2 竖向次楞计算 14 次楞荷载为 q 3 90 64 103 0 3 27192N m 27 19N mm 选用方木 100 100mm 截面参数查附表 水平主楞间距为 900mm 按 3 跨连续梁计算 按计算简图计算 Mmax 2 20 106N mm Vx 14683N fmax 1 92mm Pmax 26 92 10 3N 计算结果 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 2 20MPa 不满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 13 21MPa 不满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 469 满足 在不满足施工的情况下调整水平主楞间距为 600mm 计算结果 Mmax 0 98 106N mm Vx 9788N fmax 0 37mm Pmax 17 95 10 3N 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 1 47MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 5 87MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 1584 满足 3 1 3 水平主楞 横向背肋 计算 水平主楞竖向间距经计算确定为 600mm 水平向对拉杆最大距离为 900mm 其 水平向荷载为竖向次楞传递的集中力 17 95 103N 水平向 间距 300mm 以对拉 杆作为支承点 按 3 跨连续梁进行计算 有下图 2 种工况 15 选用 2 根 12 号普通槽钢 截面参数 Ix 7 64 106mm4 Wx 121259mm 3 Sx 71437 7mm 3 腹板总厚 11mm 按 3 跨连续梁计 算 也可按简支梁计算 工况 2 为最不利荷载位置 计算结果 Mmax 5 12 106N mm Vx 32609N fmax 0 18mm Pmax 59 54 10 3N 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 27 72MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 42 19MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 5075 满足 为了充分发挥槽钢性能 将拉杆水平间距调整为 1200mm 出现以下两种工况 工况 1 计算结果 Mmax 8 89 106N mm Vx 43304N fmax 0 55mm Pmax 79 20 10 3N 工况 2 计算结果 Mmax 8 08 106N mm Vx 44875N fmax 0 52mm Pmax 78 54 10 3N 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 38 14MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 73 27MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 2176 满足 3 1 4 对拉杆计算 对拉杆轴向拉力由上知为 79 20KN 水平主楞的最大支承力 也可根据对拉杆水平间距 a 1200mm 垂直间距 b 600mm 拉杆承受的平均拉力 为 N F a b 90 64 1 2 0 6 65 26KN 拉杆采用 20 圆钢 故以 79 20KN 的轴向拉力做为控制计算 16 N A 79 20 10 3 314 252 23N mm2 fy 300N mm 2 满足施工要求 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 中规定 fy 300N mm2 建筑施工计算手册第 554 页 fy 310N mm2 但建筑施工计算手册第 449 页对 20 拉杆容许拉力 38 2KN 作出规定 即 f 容许 170N mm 2 两者之间存在矛盾 参考时需注意 从安全的角度考虑当 f 容许 170N mm 2时 拉杆面积应大于或等于 79200 170 466mm2 拉杆直径应大于或等于 25mm 以上 3 2 箱梁底模 钢模和木模计算方法是一样的 但钢模需要单独设计 梁底木模实际是支架体 系的一部分 对于小钢管满堂支架来说 木模面板的强度决定了横向分配梁 模板 次楞 的间距 横向分配梁的强度又决定了纵梁 模板主楞 的间距和立杆的横距 纵梁的强度又决定了立杆的纵距 计算中取值 施工人员及设备荷载为 1 5KN m2 倾倒混凝土时产生的竖向荷载 为 4 0KN m2 振捣混凝土时对水平模板产生的荷载为 2 0KN m2 木模自重荷载为 0 50Kg m2 混凝土密度取 26KN m3 底板和顶板混凝土胀模系数为 1 05 计算底板 时 施工人员荷载 设备荷载 木模自重荷载需要考虑箱内的影响 由于腹板下底模受力最大 以其作为控制计算 箱梁腹板高度 4 5m 其混凝 土自重荷载为 4 5 26 117KN m2 q1 117 0 5 1 2 1 5 4 2 1 4 151 5KN m 2 适应计算模板承载能力 q2 117 0 5 1 2 141 0KN m2 适应计算模板抗变形能力 底板混凝土自重荷载 0 25 0 5 1 05 26 20 48KN m 2 q3 20 48 0 5 2 1 2 1 5 2 4 2 1 4 38 38KN m 2 适应计算模板承载 能力 q4 20 48 0 5 2 1 2 25 78KN m 2 适应计算模板抗变形能力 3 2 1 底模面板计算 以腹板下底模面板做控制计算 17 面板为 20mm 厚木胶板 模板次楞 横向分配梁 间距为 300mm 计算宽度 1000mm 按计算简图 5 跨连续梁 计算结果 Mmax 0 43 10 6 N mm Vx 15150N fmax 0 20mm 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 1 14MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 6 39MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 994 满足 3 3 2 底模次楞 横向分配梁 计算 横向分配梁选用 100 100mm 方木 间距 300mm 腹板下面次楞荷载为 151 5 103 0 3 45450N m 45 45N mm 底板下面次楞荷载为 38 38 103 0 3 11514N m 11 52N mm 腹板下纵梁间距为 300mm 底板下纵梁间距 600mm 按 3 跨连续梁计算 腹板下面计算结果 Mmax 0 409 106N mm Vx 8181N fmax 0 04mm Pmax 14 0 10 3N 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 1 23MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 2 45MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 7580 满足 底板下面计算结果 Mmax 0 415 106N mm Vx 4147N fmax 0 16mm Pmax 7 60 10 3N 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 0 62MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 2 49MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 3740 满足 3 2 3 底模主楞 纵梁 计算 纵梁荷载为横向分配梁传递的集中力 14 0KN 腹板下 荷载间距 300mm 7 6KN 底板下 荷载间距 300mm 以腹板下纵梁作为控制计算 纵梁选用 120 150mm 方木 截面参数查附表 纵梁下立杆步距 600mm 按 3 跨连续梁计算 18 工况 1 计算结果 Mmax 1 48 106N mm Vx 18872N fmax 0 14mm Pmax 30 13 10 3N 工况 2 计算结果 Mmax 1 89 106N mm Vx 17150N fmax 0 18mm Pmax 31 15 10 3N 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 1 57MPa 略大于设计强度 基本 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 4 2MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 3333 满足 4 满堂支架计算 碗扣式钢管支架 门架式钢管支架 扣件式满堂支架 后图为斜腿钢构 19 4 1 立杆及底托 4 1 1 立杆强度及稳定性 通过模板下传荷载 由上例可知 腹板下单根立杆 横向步距 300mm 纵向步距 600mm 在最不利 荷载作用下最大轴力 P 31 15KN 在模板计算荷载时已考虑了恒载和活载的组合效 应 未计入风压 风压力较小可不予考虑 可采用此值直接计算立杆的强度和稳 定性 立杆选用 48 3 5 小钢管 由于目前的钢管壁厚均小于 3 5mm 并且厚度不均匀 可按 48 3 2 或 48 3 0 进行稳定计算 以下按 48 3 0 进行计算 截面 A 424mm2 横杆步距 900mm 顶端 底部 自由长度 450mm 则立杆计算长度 900 450 1350mm 立杆长细比 1350 15 95 84 64 按 GB 50017 2003 第 132 页注 1 计算得绕 X 轴受压稳定系数 x y 0 656875 强度验算 31150 424 73 47N mm 2 73 47MPa 满足 稳定验算 31150 0 656875 424 111 82MPa 满足 4 1 2 立杆强度及稳定性 依照 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 支架高度 16m 腹板下面横向步距 0 3m 纵向 沿桥向 步距 0 6m 横杆步 距 0 9m 立杆延米重 3 3Kg 33N 每平方米剪刀撑的长度系数 0 325 立杆荷载计算 单根立杆自重 16 16 0 9 0 3 0 6 0 325 16 0 9 33 1210N 1 21KN 单根立杆承担混凝土荷载 26 4 5 0 3 0 6 21 06KN 单根立杆承担模板荷载 0 5 0 3 0 6 0 09KN 单根立杆承担施工人员 机具荷载 1 5 0 3 0 6 0 27KN 单根立杆承担倾倒 振捣混凝土荷载 2 0 4 0 0 3 0 6 1 08KN 20 风荷载 W K 0 7uz us w0 风压高度变化系数 uz查 建筑结构荷载规范 表 7 2 1 可取 1 25 支架高度 20m 内 丘陵地区 风荷载脚手架体型系数 us查 建筑施工扣件式钢管脚手架安 全技术规范 表 4 2 4 可取 1 3 敞开框架型 为挡风系数 可查 建筑施工 扣件式钢管脚手架安全技术规范 表 A 3 表中无参照数据时可按下式计算 挡风系数 1 2 An Aw 1 2 为节点增大系数 An 为挡风面积 An L h 0 325 L h d 0 6 0 9 0 325 0 6 0 9 0 048 0 08m 2 L 为立 杆的纵距 h 为横杆的步距 0 325 为每平方米剪刀撑的长度 d 为钢管的外径 Aw 为迎风面积 Aw L h 0 6 0 9 0 54m 2 L 为立杆的纵距 h 为横杆的步距 故 1 2 0 08 0 84 0 114 基本风压 w0查 建筑结构荷载规范 D 4 表可取 0 30KN m2 根据地区情况 浙江杭州 风荷载为 WK 0 7 1 25 1 3 0 114 0 3 0 04 KN m2 不考虑风载时立杆的强度和稳定性 立杆计算荷载 N 1 2 1 21 21 06 0 09 1 4 0 27 1 08 28 72KN 由于 28 72KN 31 15KN 单根立杆在最不利荷载作用下由模板下传的最大轴力 P 31 15KN 由于立杆最大轴力为 31 15KN 时已通过强度和稳定性计算 故无需检 算 考虑风载时立杆的强度和稳定性 立杆计算荷载 N 1 2 1 21 21 06 0 09 1 4 0 85 0 27 1 08 28 44KN 28440N 风荷载产生的弯矩 M W 1 4 0 85 WK L h2 10 3 跨连续梁弯矩公式 L 为立杆 的纵距 h 为横杆的步距 MW 0 85 1 4 0 04 0 6 0 92 10 0 0023KN m 2300N mm 立杆长细比 84 64 计算得绕 X 轴受压稳定系数 x y 0 656875 立杆截面 参数 A 424mm2 W 4493mm 3 由 N A M W W 28440 0 656875 424 2300 4493 102 62 N mm2 102 62MPa 满足 4 1 3 立杆压缩变形 N H E A 28720 16000 2 06 10 5 424 5 26mm H 为立杆的总高度 E 为弹性模量 A 截面面积 4 1 4 底托检算 当立杆最大轴力超过 40KN 时 则大于标准底托的承载能力 需要另行设计底 托或对现有底托采用加强措施 扣件式钢管脚手架计算手册 90 页 王玉龙编 著 P 31 15KN 40KN N 28 44KN 40KN 故满足底托承载力要求 21 复杂地形组合支架 跨线 河 组合支架 4 2 地基承载力 模板下传最不利荷载作用下最大轴力 31 15KN 立杆下传轴力采用根据规范计 算为 28 72KN 以 31 15KN 作为控制计算 一个底托下混凝土垫板最大面积为 0 3 0 6 0 18m2 腹板下面 按全部硬化处 理 地基承载力设计值最小需要满足 31150 0 18 173 06KPa 当立杆横纵间距大于 0 6m 时 通过以下办法来计算地基承载力 底托宽度 0 15m 硬化混凝土厚度 h 混凝土压力扩散角为 45 则立杆轴力传递到地基表面 的面积为 2 h 0 15 2 上例中混凝土厚度 0 2m 则单根立杆地基顶面承压面积为 0 55 2 0 30mm2 22 在此说明 根据 扣件式钢管脚手架安全施工规范 5 5 立杆地基承载力计算 地基承载力设计值 fg kc fk fk 为地基承载力标准值 kc 为支架地基承载力调整 系数 对碎石土 砂土 回填土应取 0 4 对粘土应取 0 5 对岩石 混凝土应取 1 4 3 支架总体弹性沉降值 面板最大挠度 0 2mm 次楞 横梁 最大挠度 0 04mm 主楞 纵梁 最大挠度 0 18mm 立杆压缩值 5 26mm 则不考虑地基沉降因素支架弹性沉降值为 5 68mm 5 临时墩 贝雷梁 组合支架 5 1 荷载计算 5 1 1 箱梁断面划分区间 首先根据纵梁的位置对箱梁划定区间 单侧翼板面积 A1 1 363mm2 顶板对应宽度为 3 84m 单侧腹板面积 A2 3 648mm2 顶板对应宽度为 1 78m 底板面积 2 A3 2 1 325 2 65mm2 顶板对应宽度为 2 2 58 5 16m 顶板面积 2 A4 2 0 737 1 474mm2 顶板对应宽度为 2 2 58 5 16m 5 1 2 荷载计算 顺桥方向 翼板部分 混凝土荷载 1 363 26 1 05 37 21KN m 模板荷载 1 1 3 84 4 22KN m 钢模板取 110kg m2 1 1KN m2 23 施工临时荷载 1 5 0 2 0 4 3 84 8 06KN m 荷载组合 1 2 37 21 4 22 1 4 8 06 61 0KN m 腹板部分 混凝土荷载 3 648 26 1 05 99 59KN m 模板荷载 1 1 4 0 2 0 9 9 79KN m 内外腹板 底板局部 施工临时荷载 1 5 0 2 0 4 1 78 3 74KN m 荷载组合 1 2 99 59 9 79 1 4 3 74 136 49KN m 底板部分 混凝土荷载 2 650 1 474 26 1 05 112 59KN m 底板 顶板 模板荷载 1 1 2 5 16 11 35KN m 顶板 底板局部 施工临时荷载 1 5 2 0 2 0 4 5 16 18 58KN m 施工人员机具荷载 2 荷载组合 1 2 112 59 11 35 1 4 18 58 174 74KN m 5 2 纵梁设计检算 贝雷上横向分配梁计算同前 略 5 2 1 单片贝雷桁架片荷载 单侧翼板纵梁选用 2 排单层贝雷桁架片 单片计算荷载 61 0 2 30 5KN m 单侧腹板纵梁选用 3 排单层贝雷桁架片 单片计算荷载 136 49 3 45 5KN m 底板纵梁选用选用 5 排单层贝雷桁架片 单片计算荷载 174 74 5 34 9KN m 单层贝雷桁架片 300 3 100Kg m 即自重为 1 1 2 1 2KN m 5 2 2 贝雷桁架检算 以腹板纵梁作为控制计算 临时支墩跨度 8 0m 按 3 跨连续梁计算 计算简图 计算结果 Mmax 298 88KN m Vx 224 16KN fmax 2 55mm Pmax 411 0KN 贝雷桁架片参数见前面介绍 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 15 14MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 89 36MPa 满足 由 fmax L 得挠跨比为 1 3144 满足 Mmax 298 88 788 2KN m 满足 Vx 224 161 400 满足 6 1 3 横梁计算 横梁采用热轧普通 I32a 单根横梁荷载 F q 2 93 95 2 46 98KN m 横梁截面的力学参数 Wx 693750mm3 Sx 397244mm3 抗拉抗压抗弯强度 设计值 f 215 MPa 抗剪强度设计值 fv 125MPa 第 1 跨计算结果 跨度为 1 95 M 悬臂端 剪力范围为 91 61 0KN 弯矩范围为 0 89 32KN m 最大挠度为 3 9mm 挠跨比为 1 499 1 400 由 Vx Sx Ix Tw 得计算得最大剪应力为 34 51MPa 满足 由 Mx Wx 得计算得强度应力为 128 75MPa 满足 第 2 跨计算结果 跨度为 4 725 M 剪力范围为 110 38 111 60KN 弯矩范围为 43 22 89 32KN m 最大挠度 为 2 6mm 挠跨比为 1 1811 100mm 其强度抗拉 抗弯 及抗压强度设计值为 190 MPa 抗剪强度设计值为 110 MPa 6 2 1 销轴抗弯计算 Mx 220 76 0 1 22 08KN m Mx Wx 168 97MPa 满足 6 2 2 销轴抗剪计算 V F 220 76KN V A 23 23MPa 满足 6 2 3 合成应力 2 170 56MPa 441 52 103 0 35 经计算 d 25 3mm 根据现有螺栓规格可选用 M27 方形墩身不适应采用抱箍进行施工 若使用抱箍的话 计算时仅能选用两个面 的摩擦力 7 2 螺栓孔距及抱箍高度的确定 根据高强螺栓连接的设计 施工规范 M27 螺栓的螺栓孔径 d 30mm 螺栓孔的中心间距应在 3d 12d 之间 即 90mm 360mm 现场选用 95mm 螺栓孔制构件边缘的距离应在 2d 4d 之间 即 60mm 120mm 现场选用 65mm 抱箍耳板在高度方向每列布置 3 个螺栓孔 孔距严格按规范要求进行计算选取 则抱箍的高度应为 65 95 95 65 320mm 从节约材料的角度抱箍的最小高度不得小 于 300mm 60 90 90 60mm 7 3 抱箍耳板宽度的确定 抱箍单侧连接板每排布设 2 个螺栓孔 则连接板的宽度应为 65 95 65 225mm 从节约材料的角度连接板的最小宽度不得小于 210mm 60 90 60mm 7 4 抱箍板厚的确定 抱箍钢板选用 A3 钢材 板厚 20mm 时 抗拉抗压抗弯强度设计值为 215MPa 抗剪强度设计值 125MPa 板厚大于 20mm 并小于 40mm 时 抗拉抗压抗弯强度设计 值为 200MPa 抗剪强度设计值 115MPa 钢板的高度经计算确定为 320mm 假定钢板的厚度为 t 则钢板截面积 0 32t 7 4 1 从截面受拉方面考虑 单根螺栓最大设计拉力为 3 14 0 0272 4 210 106 120 18KN 故单侧 6 根螺栓 对抱箍钢板截面最大的拉应力 6 120 18 103 0 32t0 008m 8mm 31 7 4 2 从截面受剪方面考虑 钢板承受剪力为 220 76KN 故对抱箍钢板截面的剪应力 220 76 103 0 32t 0 006m 6mm 钢板暂定选用厚度 12mm 由于箍身钢板与连接板需要采用坡口焊接 故连接 板和箍身钢板厚度不宜相差较大 7 5 抱箍耳板厚度确定 连接板厚度暂取 12mm 连接板有效高度 320 3 30 预留孔 230mm 计算截面为 2 片连接板合并截面 其力学参数为 截面 Wx 211600mm3 板厚 24 mm 抗拉抗压抗弯强度设计值 f 190 MPa 抗剪强度设计值 fv 110 MPa 连接板抗弯计算 Mx Wx 22 08 10 3 0 2116 10 3 104 35MPa 满足 连接板抗剪计算 V A 220 76 10 3 0 024 0 23 40 0MPa 满足 合成应力为 2 111 75MPa f 满足 7 6 连接板焊缝计算 焊缝高度 h 4mm 焊缝计算高度取 hf 0 7 4 2 8mm 焊缝高度 320mm 抱箍单 侧共有 4 条焊缝 其组合截面力学参数为 If 3 05835e 007 mm4 Wf 191147 mm3 Af 3584mm 2 由钢号 Q235 查得焊缝强度 fwt 160 MPa 弯矩产生的正应力 f M Wf 22 08 10 3 0 1911 10 3 115 54MPa 满足 剪力产生的剪应力 f V Af 220 76 10 3 3 584 10 3 61 60MPa 满足 合成应力为 2f 130 93MPa fwt 满足 通过计算焊缝高度为 4mm 满足施工需要 8 悬空