高速公路车行天桥现浇箱梁满堂支架计算书.doc

贵州遵义高速公路建设投资有限公司遵义北环（檬梓桥至乐理段）高速公路项目总经理部天桥连续梁 支架计算书 遵义市道路桥梁工程有限责任公司遵义北环高速公路项目总经理部二一四年七月五日现浇连续梁满堂支架计算书我合同段K43+920、K44+580、K45+540、K48+180、K48+600、K48+875、K59+800车行、人行天桥为18m+30m+18m后张法现浇连续箱梁桥，梁高2.0m，桥面宽8.0m，箱梁采用C50混凝土，均采用满堂式扣件支架施工。 满堂支架的基础均在挖方段上，现场采用铺10cmC20混凝土垫层，然后上部铺设10cm10cm木方承托支架。支架最高10m，采用48mm，壁厚3.5mm钢管搭设，使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调顶托，现浇箱梁腹板及底板中心位置纵距、横距采用60cm60cm的布置形式，现浇箱梁跨中位置支架步距采用120cm的布置形式，现浇板梁墩顶位置支架步距采用60cm的布置形式，立杆顶设12cm12cm方木或钢管调整高度，间距为60cm。门洞临时墩采用贝雷片搭设，门洞横梁采用7根I40a工字钢，其中墩柱两侧采用双排贝雷片，与钢管脚手架连接。1、荷载计算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： q1 箱梁自重荷载，新浇混凝土密度取2500kg/m3。根据现浇箱梁结构特点，我们取E-E截面、CC截面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。 E-E截面处q1计算（尺寸见后附图）根据横断面图，则：q1 =25*(5*0.5+1*2*0.5+5*0.5+1.5*(0.35+0.15）/2*2）/5=19.4Kpa 注：B箱梁底宽，取5m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。 CC截面处q1计算（尺寸见后附图）根据横断面图，则：q1=25*(5*0.85+1.5*0.25*2)/5=23.75Kpa注：B箱梁底宽，取5m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。 q2 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q21.0kPa（偏于安全）。 q3 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。 q4 振捣混凝土产生的荷载，对底板取2.0kPa，对侧板取4.0kPa。 q5 新浇混凝土对侧模的压力。根据规范规定，新浇混凝土对模板的侧压力，当采用内部振捣器时按下列两式计算，并取两式中较小值。c：新浇混凝土的重力密度（kN/m）,取值25 kN/m；H：混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面时的高度（m），取1.45mt0：新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。取8h。T：混凝土的温度（），取28。1：外加剂影响修正系数，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。2：混凝土坍落度影响修正系数， 5090mm，取1.0。：混凝土的浇筑速度，取1.2m/h。F=25*2=50KpaF=0.22*25*8*1.2*1*1.095=57.82KpaF：新浇混凝土对模板的最大侧压力取60kPa。 q6 倾倒混凝土产生的水平荷载，取2.0kPa。 q7 支架自重，取4.0kPa。表1.1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侧模计算2结构检算2.1扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算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，但扣件式由于立杆和横杆间为十字扣件相接，对立杆受压后的侧向变形具有较强的约束能力。本工程现浇箱梁支架立杆强度及稳定性验算，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强度及稳定性计算公式进行分析计算（钢管规格为483.5mm）。EE截面处墩顶4.0m范围内，扣件式钢管支架体系采用60cm60cm60cm的布置结构，如下图2.11。图2.1-1 脚手架60cm60cm60cm布置图、立杆强度验算根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为60cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为N40kN（参见公路施工手册-桥涵）。立杆实际承受的荷载为：N=1.2（NG1K+NG2K）+0.851.4NQK（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NQK施工荷载标准值；于是，有：NG1K=0.60.6q1=0.60.630.9=11.12KNNG2K=0.60.6q7=0.60.64.0=1.44KNNQK=0.60.6(q2+q3+q4)=0.36(1.0+1.0+2.0)=1.44KN则：N=1.2（NG1K+NG2K）+0.851.4NQK=1.2（11.12+1.44）+0.851.41.44=16.8KNN40KN ，强度满足要求。、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/A+MW/WfN钢管所受的垂直荷载，N=1.2（NG1K+NG2K）+0.851.4NQK（组合风荷载时），同前计算所得；f钢材的抗压强度设计值，f205N/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支架立杆的截面积A489mm2(取48mm3.5mm钢管的截面积)。轴心受压杆件的稳定系数，根据长细比查表即可求得。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i15.8。长细比L/i。 L水平步距，L0.6m。于是，L/i38，参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范查附录C得0.893。MW计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；MW=0.851.4WKLah2/10WK=0.7uzusw0uz风压高度变化系数，参考建筑结构荷载规范表7.2.1得uz=1.95us风荷载脚手架体型系数，查建筑结构荷载规范表7.3.1第36b项得：us=1.3w0基本风压，查建筑结构荷载规范附表D.4 w0=0.75KN/m2故：WK=0.7uzusw0=0.71.951.30.75=1.33KN/ m2La立杆纵距0.6m；h立杆步距0.6m, MW=0.851.4WKLah2/10=0.034W 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=5.08103mm3则，N/A+MW/W16.8103/（0.893489）+0.034106/（5.08103）45.2N/mm2f205N/mm2计算结果说明支架是安全稳定的。CC截面处30m跨中4m12m范围内，扣件式钢管支架体系采用60cm60cm120cm的布置结构，如下图。图2.1-2 脚手架60cm60cm120cm布置图、立杆强度验算根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为N30kN（参见公路施工手册-桥涵）。立杆实际承受的荷载为：N=1.2（NG1K+NG2K）+0.851.4NQK（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NQK施工荷载标准值；于是，有：NG1K=0.60.6q1=0.60.622.85=8.26KNNG2K=0.60.6q7=0.60.64.0=1.44KNNQK=0.60.6(q2+q3+q4)=0.36(1.0+1.0+2.0)=1.44KN则：N=1.2（NG1K+NG2K）+0.851.4NQK=1.2（8.26+1.44）+0.851.41.44=13.35KNN30KN ，强度满足要求。、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/A+MW/WfN钢管所受的垂直荷载，N=1.2（NG1K+NG2K）+0.851.4NQK（组合风荷载时），同前计算所得；f钢材的抗压强度设计值，f205N/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支架立杆的截面积A489mm2(取48mm3.5mm钢管的截面积)轴心受压杆件的稳定系数，根据长细比查表即可求得。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i15.8。长细比L/i。 L水平步距，L1.2m。于是，L/i76，参照建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范查附录C得0.744。MW计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；MW=0.851.4WKLah2/10WK=0.7uzusw0uz风压高度变化系数，参考建筑结构荷载规范表7.2.1得uz=1.95us风荷载脚手架体型系数，查建筑结构荷载规范表7.3.1第36b项得：us=1.3w0基本风压，查建筑结构荷载规范附表D.4 w0=0.75KN/m2故：WK=0.7uzusw0=0.71.951.30.75=1.33KN/ m2La立杆纵距0.6m；h立杆步距1.2m MW =0.851.4WKLah2/10=0.137W 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=5.08103mm3则，N/A+MW/W13.35103/（0.744489）+0.137106/（5.08103）39.39N/mm2f205N/mm2计算结果说明支架是安全稳定的。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=yNi/Mw支架抗倾覆能力：桥梁宽度5.5m，长66m采用60cm60cm120cm跨中支架来验算全桥：支架横向111排，支架纵向11排，高度8m；顶托TC60共需要11111=1221个；立杆需要111118=9768m;纵向横杆需要11668=5808m；横向横杆需要11168=5328m；扣件需要111118=9768个；故：钢管总重（9768+5808+5328）3.84/1000=80t; 顶托TC60总重为：12217.2/1000=8.79t； 扣件总重量:97682.2/1000=21t；故q=（80+8.79+21）9.8=1120KN；稳定力矩= yNi=5.51120=6160KN.m依据以上对风荷载计算WK=0.7uzusw0=0.71.951.30.75=1.33KN/ m2受力为：q=1.336（0.048680+0.0482.572）=252.8KN；根据公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）考虑到箱梁模板横桥向的风荷载，将该风荷载加载于支架上，安全。梁高1.45m，横桥向箱梁模板风荷载q1=0.927kPa1.45m72m=96.78KN倾覆力矩=q3+ q1（1.45/2+6）=252.83+96.78（6+1.45/2）=1533.36KN.mK0=稳定力矩/倾覆力矩=6160/1533.36=4.021.3计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求。2.3箱梁底模下横桥向方木验算本施工方案中箱梁底模下横桥向采用10cm10cm方木，方木横桥向跨度按L20cm进行受力计算。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木方进行计算。q(KN/m)方木材质为松木，w=14.5MPa E=11000MPa20尺寸单位：cmq(KN/m)1212图2.3 箱梁底模下横桥向方木受力简图(1) 强度验算单位荷载：q=(q1+ q2+ q3+ q4)b(45.03+1.0+2.5+2)0.2=10.11kN/m跨中弯矩：M1/2=ql2/8=10.110.22/8=0.05kNm截面模量为：W=(bh2)/6=(0.103)/6=0.000167m3跨中最大正应力：=M/W=0.05/0.000167=299kPa木方容许弯曲应力为：w=14.5MPa，由强度条件299kPa w，可知满足要求。(2) 刚度验算方木的弹性模量：kN/m2方木的惯性矩：I=(bh3)/12=(0.10.13)/12=8.310-6m4 fmax=(5/384)(ql4)/(EI)=（5/384）（10.110.24)/( 111068.3310-6)= 2310-7mf/l=2310-7/0.2=1/868561f/l=1/400计算结果说明箱梁底模下横桥向方木，满足要求。2.4扣件式支架立杆顶托上顺桥向方木验算本施工方案中支架顶托上顺桥向采用1010cm方木作为纵向分配梁。顺桥向方木的跨距，根据立杆布置间距，按L60cm（横向间隔l60cm）进行验算。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木方进行计算。图2.4 立杆顶托上顺桥向方木受力简图(1) 强度验算作用力：P=ql/210.110.2/2=1.011kNn=0.6/0.2=3（取整数）最大弯矩：Mmax=（n/8）pl=3/81.0110.6=0.23kNm截面模量为：W=(bh2)/6=(0.13)/6=0.000167m3跨中最大正应力：=M/W=0.23/0.000167=1.38MPa木方容许弯曲应力为：w=14.5MPa，由强度条件1.38MPaw，可知满足要求。(2) 刚度验算方木的弹性模量：kN/m2方木的惯性矩：I=(bh3)/12=(0.10.13)/12=8.3310-6m4fmax= (5/384)(ql4)/(EI)=2.310-6mf/l=2.310-6/0.6=1/26102f/l=1/400计算结果说明碗扣式支架立杆顶托上顺桥向方木，满足要求。2.5箱梁底模板计算箱梁底模采用优质竹胶板，铺设在支架立杆顶托上顺桥向方木上的横桥向方木上。按20cm间距布置。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）（为安全起见，计算采用12mm竹胶板）：通过前面分析计算及布置方案，在桥墩旁实心段（取墩顶截面）处，为底模板荷载最不利位置，则有：竹胶板弹性模量E5000MPa.竹胶板惯性矩I=(bh3)/12=(1.220.0123)/12=1.7610-7m42020尺寸单位：cmq(kN/m)底模验算简图底模及支撑系统简图q(kN/m)竹胶板1212cm横桥向方木图2.5 底模支撑系统及验算简图 模板厚度计算q=( q1+ q2+ q3+ q4)l=(45.03+1.0+2.5+2)0.2=10.11kN/m则：Mmax=10.110.22/8 =0.051kN.m竹胶板容许弯曲应力为：w=45MPa模板需要的截面模量：W=0.051/45000=1.13106 m3模板的宽度为0.2m，根据W、b得h为：H=（6*W）/b=5.8mm12mm厚竹胶板满足要求，可以采用1220244012mm规格的竹胶板。 模板刚度验算fmax= ql4/128EI=10.11*0.24/（128*5*106*1.76*10-7）=1.431040.2/400m=510-4m 故12mm厚竹胶板挠度满足要求。2.6立杆底座和地基承载力计算图2.7 支架下地基处理示意图 立杆承受荷载计算现浇箱梁腹板及底板中心位置纵距、横距采用60cm60cm的布置形式，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）每根立杆上荷载为：Nabqab(q1+q2+q3+q4+q7) 0.60.6(45.03+1.0+1.0+2.0+4.0)=19.1kN 立杆底托验算立杆底托验算： NRd通过前面立杆承受荷载计算，每根立杆上荷载为22.89kN：底托承载力（抗压）设计值，一般取Rd =40KN;得：22.89KN40KN 计算结果说明立杆底托符合要求。 立杆地基承载力验算跟据现场地质情况，经过压实处理后，地基承载力大于200kPa。在1平方米面积上地基最大承载力F为:Fabq ab(q1+q2+q3+q4+q7) 1.01.0(45.03+1.0+1.0+2.0+4.0)=53.03kPa则，F53.03KPak=190Kpa经过地基处理后，可以满足要求。2.7支架变形支架变形量值F的计算：Ff1f2f3f1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22.89KN，立杆的截面积按489mm2计算。于是f1=L/E22.8948910346.81N/mm2 则f146.8110（2.06105）2.27mm。f2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1和方木对方木压缩2两部分，分别取经验值为2mm、3mm，即f2125mm。f3为支架地基沉降量取经验值5mm故支架变形量值F为:Ff1f2f3=2.27+5+5=12.27mm2.8支架预留门洞计算门洞临时墩采用双排3.01.5m贝雷片搭设立杆，门洞横梁采用7根I40a工字钢，其中贝雷片立杆采用满堂扣件支架连接，保证贝雷片和支架形成整体，门洞高度采用贝雷片顶垫枕木或方木调节工字钢高度，确保门洞5.55.0m净空尺寸，本计算只考虑工字钢，贝雷片强度、刚度、稳定性根据专业手册可查，采用双贝雷片横向连接，如下图2.8示。图2.8 门洞工字钢受力简图工字钢延纵向按1.2m布置，门洞宽度为 5.5m。上铺设1010cm横向方钢，间距100cm。从安全角度考虑按简支体系进行验算，拟采用现场盖梁工字钢，型号为I40a型。荷载计算：I40a自重取0.66kN/m箱梁自重按断面计算45.03kN/m2，则q1=45.0312.02.5=1350.9kN内外模板荷载1.0kPa，12.0m范围内外模板总重q2=1KPa5.5m12.0m=66kN振捣混凝土对底板产生的荷载2.0KPa，12.0m范围内振捣混凝土q3=2KPa5.5m12.0m=132kN工字钢荷载q4=12.0m120.66kN/m12=95.04kN总荷载Q=q1+ q2+ q3+ q4=1644 kN单根工字钢q= Q/12/6=22.84kN/m工字钢的受力形式为三不等跨连续梁，n=5/3.5=1.4支点处弯矩为：MB=内力系数ql2=0.15111.423.52 =21.12KN.m（MB的内力系数查表得：0.151）nA=1000 MB/ql2=100021.12/11.4252 =74查得最大应力系数n=50跨中最大弯矩为：Mmax=nql2/1000=5022.8452/1000=28.55 kN.m结构验算：查I40a型工字钢的弯曲应力为w= 145 Mpa梁所需要的截面抵抗矩为：W需=MBC/w=28.55kN.m /145MPa=0.21063查材料力学得I40a型工字钢: Ix=21720cm4 Wx=1090cm3=1.091063 , 满足 工字钢跨中挠度验算： K=4MB/ql2=421.12/22.8452 =0.15查的最大挠度系数=0.169=0.16922.84541012/(242.110521720104)=2.2mm5/400m=12.5mm 挠度满足要求。通过以上计算，I40a型工字钢刚度满足要求，可使用120间距I40a型工字钢。计算结果说明支架是安全稳定的。验算结果序号验算部位验算值允许值验算结果1扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算EE断面立杆强度验算16.8KN40KN满足要求EE断面立杆稳定性验算45.2KN/mm3205KN/mm3满足要求CC断面立杆强度验算13.35KN30KN满足要求CC断面立杆稳定性验算39.35KN/mm31.3满足要求3立杆底座下横桥向方木验算强度验算173.6kPa14.5MPa满足要求刚度验算1/8685611/400满足要求4扣件式支架立杆顶托上顺桥向方木验算强度验算0.8MPa14.5MPa满足要求刚度验算1/261021/400满足要求5箱梁底模板计算模板厚度计算5.8mm12mm满足要求模板刚度验算1.4310-4m510-4m满足要求6立杆底座和地基承载力计算立杆底托验算22.89KN40KN满足要求立杆地基承载力验算53.03KPa190Kpa满足要求7支架预留门洞计算结构验算0.20106mm31.09106mm3满足要求挠度验算2.2mm12.5mm满足要求以上满堂支架设计后验算满足相关规范允许值，可直接用于现场施工。 遵义道桥北环项目总经理部 2014年7月5日