柳州至武宣公路工程K1+700現(xiàn)澆箱梁滿堂支架方案計算.doc
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柳州至武宣公路工程K1+700現(xiàn)澆箱梁滿堂支架方案計算.doc
柳州至武宣公路工程
K1+700天橋現(xiàn)澆箱梁
滿堂支架及門洞方案計算書
目 錄
1編制依據(jù) 1
2工程概況 1
3現(xiàn)澆箱梁滿堂支架布置及搭設(shè)要求 1
4現(xiàn)澆箱梁支架驗算 1
4.1荷載計算 2
4.1.1荷載分析 2
4.1.2荷載組合 2
4.1.3荷載計算 2
4.2結(jié)構(gòu)檢算 4
4.2.1扣件式鋼管支架立桿強度及穩(wěn)定性驗算 4
4.2.2箱梁底模下橫橋向方木驗算 6
4.2.3扣件式鋼管支架立桿頂托上順橋向方木驗算 7
4.2.4底模板計算 8
4.2.5跨中工字鋼平臺支架體系驗算 9
K1+700天橋現(xiàn)澆箱梁模板及滿堂支架方案計算書
1編制依據(jù)
(1)國家及地方政府、相關(guān)部委的法律法規(guī)、規(guī)章制度,建設(shè)單位的相關(guān)規(guī)定和要求;
(2)項目施工承包合同;
(3)本項目采用的標(biāo)準、規(guī)范、規(guī)程等相關(guān)技術(shù)要求;
(4)我部對項目策劃和與本項目相關(guān)的管理規(guī)定;
(5)我部對該項目的施工調(diào)查情況;
(6)我公司現(xiàn)有或可協(xié)調(diào)、組織、解決的施工裝備和技術(shù)工藝。
2工程概況
K1+700天橋,設(shè)計汽車荷載為公路-II級。上部結(jié)構(gòu)為17+34+17米預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁,橋面凈寬7米,箱梁頂寬8米,底寬4.45米,梁高1.5米,采用滿堂支架施工;下構(gòu)橋臺均為柱式臺,鉆孔樁基礎(chǔ);橋墩為實體方墩,鉆孔樁基礎(chǔ)。
3現(xiàn)澆箱梁滿堂支架布置及搭設(shè)要求
采用WDJ碗扣式多功能腳手桿搭設(shè),使用與立桿配套的橫桿及立桿可調(diào)底座、立桿可調(diào)托撐。立桿頂設(shè)二層方木,立桿頂托上縱向設(shè)1015cm方木;縱向方木上設(shè)1010cm的橫向方木,其中在墩頂端橫梁和跨中橫隔梁下間距不大于0.25m(凈間距0.15m)、在跨中其他部位間距不大于0.3m(凈間距0.2m)。模板宜用厚15mm的優(yōu)質(zhì)竹膠合板,橫板邊角宜用4cm厚木板進行加強,防止轉(zhuǎn)角漏漿或出現(xiàn)波浪形,影響外觀。
底板腹板位置處采用立桿橫橋向間距縱橋向間距橫桿步距為60cm60cm90cm支架結(jié)構(gòu)體系;翼緣板位置處采用立桿橫橋向間距縱橋向間距橫桿步距為60cm60cm90cm支架結(jié)構(gòu)體系。支架縱橫均設(shè)置剪刀撐,其中橫橋向斜撐每1.8m設(shè)一道,縱橋向斜撐沿橫橋每1.8m設(shè)一道。
門洞采用C30基礎(chǔ),基礎(chǔ)形式為50cm50cm950cm,基礎(chǔ)頂預(yù)埋1cm厚鋼板與鋼管連接;基礎(chǔ)用4268mm鋼管作為立柱,鋼管間距為1.5米,鋼管柱頂焊接1cm后50cm50cm鋼板,鋼板上焊接雙拼I40b工字鋼作為橫梁;橫梁上采用I40b工字鋼作為縱梁,縱梁間距為60cm。
4現(xiàn)澆箱梁支架驗算
本計算書分別以跨中和跨端處為例,對荷載進行計算,并對其支架和門洞體系進行檢算。
4.1荷載計算
4.1.1荷載分析
根據(jù)本橋現(xiàn)澆箱梁的結(jié)構(gòu)特點,在施工過程中將涉及到以下荷載形式:
⑴ q1—— 箱梁自重荷載,新澆混凝土密度取2600kg/m3。
⑵ q2—— 箱梁內(nèi)模、底模、內(nèi)模支撐及外模支撐荷載,按均布荷載計算,經(jīng)計算取q2=1.0kPa(偏于安全)。
⑶ q3—— 施工人員、施工材料和機具荷載,按均布荷載計算,當(dāng)計算模板及其下肋條時取2.5kPa;當(dāng)計算肋條下的梁時取1.5kPa;當(dāng)計算支架立柱及替他承載構(gòu)件時取1.0kPa。
⑷ q4—— 振搗混凝土產(chǎn)生的荷載,對底板取2.0kPa,對側(cè)板取4.0kPa。
⑸ q5—— 新澆混凝土對側(cè)模的壓力。
⑹ q6—— 傾倒混凝土產(chǎn)生的水平荷載,取2.0kPa。
⑺ q7—— 支架自重,經(jīng)計算支架在不同布置形式時其自重如下表所示:
滿堂鋼管支架自重
立桿橫橋向間距立桿縱橋向間距橫桿步距
支架自重q7的計算值(kPa)
60cm60cm90cm
3.38
4.1.2荷載組合
模板、支架設(shè)計計算荷載組合
模板結(jié)構(gòu)名稱
荷載組合
強度計算
剛度檢算
底模及支架系統(tǒng)計算
⑴+⑵+⑶+⑷+⑺
⑴+⑵+⑺
側(cè)模計算
⑸+⑹
⑸
4.1.3荷載計算
⑴ 箱梁自重——q1計算
根據(jù)設(shè)計圖紙取跨中和跨端兩個代表截面進行箱梁自重計算,并對兩個代表截面下的支架體系進行檢算,首先分別進行自重計算。
① 跨中截面處q1計算
根據(jù)橫斷面圖,用CAD算得該處梁體截面積A=4.299m2則:
q1 ===
取1.2的安全系數(shù),則q1=25.121.2=30.14kPa
注:B—— 箱梁底寬,取4.45m,將箱梁全部重量平均到底寬范圍內(nèi)計算偏于安全。
② 跨端截面處q1計算
根據(jù)橫斷面圖,用CAD算得梁體截面積A=8.098m2則:
q1===
取1.2的安全系數(shù),則q1=47.311.2=56.77kPa
注:B—— 箱梁底寬,取4.45m,將箱梁全部重量平均到底寬范圍內(nèi)計算偏于安全。
4.2結(jié)構(gòu)檢算
4.2.1扣件式鋼管支架立桿強度及穩(wěn)定性驗算
碗扣式鋼管腳手架與支撐和扣件式鋼管腳手架與支架一樣,同屬于桿式結(jié)構(gòu),以立桿承受豎向荷載作用為主,但碗扣式由于立桿和橫桿間為軸心相接,且橫桿的“├”型插頭被立桿的上、下碗扣緊固,對立桿受壓后的側(cè)向變形具有較強的約束能力,因而碗扣式鋼管架穩(wěn)定承載能力顯著高于扣件架(一般都高出20%以上,甚至超過35%)。
本工程現(xiàn)澆箱梁支架按φ483.5mm鋼管扣件架進行立桿內(nèi)力計算,計算結(jié)果同樣也使用于WDJ多功能碗扣架(偏于安全)。
⑴ 梁底截面處
在中支點橫隔板,鋼管扣件式支架體系采用606090cm的布置結(jié)構(gòu),如圖:
因為跨中處荷載小于跨端處,因此只需對跨端處進行驗算。
①、立桿強度驗算
根據(jù)立桿的設(shè)計允許荷載,當(dāng)橫桿步距為90cm,立桿可承受的最大允許豎直荷載為[N]=35kN(參見公路橋涵施工手冊中表13-5碗口式構(gòu)件設(shè)計荷載[N]=35kN、路橋施工計算手冊中表13-5鋼管支架容許荷載[N]=35.7kN)。
立桿實際承受的荷載為:N=1.2(NG1K+NG2K)+0.851.4ΣNQK(組合風(fēng)荷載時)
NG1K—支架結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準值產(chǎn)生的軸向力;
NG2K—構(gòu)配件自重標(biāo)準值產(chǎn)生的軸向力
ΣNQK—施工荷載標(biāo)準值;
于是,有:NG1K=0.60.6q1=0.60.656.77=20.44KN
NG2K=0.60.6q2=0.60.61.0=0.36KN
ΣNQK=0.60.60.6(q3+q4+q7)=0.36(1.0+2.0+3.38)=2.296KN
則:N=1.2(NG1K+NG2K)+0.851.4ΣNQK=1.2(20.44+0.36)+0.851.42.296=27.69KN<[N]=35kN,強度滿足要求。
②、立桿穩(wěn)定性驗算
根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》有關(guān)模板支架立桿的穩(wěn)定性計算公式:N/ΦA(chǔ)+MW/W≤f
N—鋼管所受的垂直荷載,N=1.2(NG1K+NG2K)+0.851.4ΣNQK(組合風(fēng)荷載時),同前計算所得;
f—鋼材的抗壓強度設(shè)計值,f=205N/mm2參考《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》表5.1.6得。
A—φ48mm3.5㎜鋼管的截面積A=489mm2。
Φ—軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù),根據(jù)長細比λ查表即可求得Φ。
i—截面的回轉(zhuǎn)半徑,查《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》附錄B得i=15.8㎜。
長細比λ=L/i。
L—水平步距,L=0.9m。
于是,λ=L/i=57,參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》查附錄C得Φ=0.829。
MW—計算立桿段有風(fēng)荷載設(shè)計值產(chǎn)生的彎距;
MW=0.851.4WKLah2/10
WK=0.7uzusw0
uz—風(fēng)壓高度變化系數(shù),參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表7.2.1得uz=1.38
us—風(fēng)荷載腳手架體型系數(shù),查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表6.3.1第36項得:us=1.2
w0—基本風(fēng)壓,查〈〈建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范〉〉附表D.4 w0=0.8KN/m2
故:WK=0.7uzusw0=0.71.381.20.8=0.927KN
La—立桿縱距0.6m;
h—立桿步距0.9m,
故:MW=0.851.4WKLah2/10=0.0536KN
W— 截面模量查表〈〈建筑施工扣件式腳手架安全技術(shù)規(guī)范〉〉附表B得:
W=5.08103mm3
則,N/ΦA(chǔ)+MW/W=27.69103/(0.829489)+0.0536106/(5.08103)=78.857 KN/mm2≤f=205KN/mm2
計算結(jié)果說明支架是安全穩(wěn)定的。
4.2.2箱梁底模下橫橋向方木驗算
本施工方案中箱梁底模底面橫橋向采用1010cm方木,方木橫橋向跨端截面處按L=60cm進行受力計算,實際布置跨距均不超過上述兩值。如下圖將方木簡化為如圖的簡支結(jié)構(gòu)(偏于安全),木材的容許應(yīng)力和彈性模量的取值參照杉木進行計算,實際施工時如油松、廣東松等力學(xué)性能優(yōu)于杉木的木材均可使用。
按跨端處3米范圍內(nèi)進行受力分析,按方木橫橋向跨度L=60cm進行驗算。
① 方木間距計算
q=(q1+ q2+ q3+ q4)=(47.31+1.0+2.5+2)3=158.43kN/m
M=(1/8) qL2=(1/8)158.430.62=7.1kNm
W=(bh2)/6=(0.10.12)/6=0.000167m3
則: n= M/( W[δw])=7.1/(0.000167110000.9)=4.3(取整數(shù)n=5根)
d=B/(n-1)=3/4=0.75m
注:0.9為方木的不均勻折減系數(shù)。
經(jīng)計算,方木間距小于0.75m均可滿足要求,實際施工中為滿足底模板受力要求,方木間距d取0.3m,則n=3/0.3=10。
② 每根方木撓度計算
方木的慣性矩I=(bh3)/12=(0.10.13)/12=8.3310-6m4
則方木最大撓度:
fmax=(5/384)[(qL4)/(EI)]=(5/384)[(158.430.64)/(1291068.3310-60.9)]=3.310-4m<l/400=0.6/400=1.510-3m (撓度滿足要求)
③ 每根方木抗剪計算
τ= MPa<[τ]=1.7MPa
符合要求。
4.2.3扣件式鋼管支架立桿頂托上順橋向方木驗算
本施工方案中WDJ多功能碗扣架頂托上順橋向采用1015cm方木,方木在順橋向的跨距在箱梁跨中按L=60cm(橫向間隔l=60cm布置)進行驗算,橫橋向方木順橋向布置間距在中支點橋墩兩側(cè)均按0.25m(中對中間距)布設(shè),在箱梁跨中部位均按30cm布設(shè),如下圖布置,將方木簡化為如圖的簡支結(jié)構(gòu)(偏于安全)。木材的容許應(yīng)力和彈性模量的取值參照杉木進行計算,實際施工時如油松、廣東松等力學(xué)性能優(yōu)于杉木的木材均可使用。
① 方木抗彎計算
q=(56.77+1.45.5)0.6=38.68kN/m
Mmax=38.680.62/8=1.7kNm
W=(bh2)/6=(0.10.152)/6=3.7510-4m3
δ= Mmax/ W=1.7/(3.7510-4)=4.53MPa<0.9[δw]=9.9MPa(符合要求)
注:0.9為方木的不均勻折減系數(shù)。
② 方木抗剪計算
跨端最大剪力:τmax=(qL/2)/A=(38.68*0.6/2)/(0.1*0.15)KN/m2=0.73N/mm2
遠小于木料最大橫紋剪切應(yīng)力[τ]=3.2-3.5N/mm2的要求,故剪應(yīng)力合格。
③ 每根方木撓度計算
截面慣性矩:I=bh3/12=0.1x3.375x10-3/12=2.81x10-5m4;
撓度驗算:
f=5qL4/(384EI)=(5*38.68*0.64/(384*9*103*2.81x10-5))mm=0.3mm<[f0]=600/400=1.5mm 撓度驗算合格
4.2.4底模板計算
箱梁底模采用竹膠板,取各種布置情況下最不利位置進行受力分析,并對受力結(jié)構(gòu)進行簡化(偏于安全)如下圖:
通過前面計算,橫橋向方木布置間距分別為0.3m和0.25m時最不利位置,則有:
竹膠板彈性模量E=5000MPa
方木的慣性矩I=(bh3)/12=(1.00.0153)/12=2.812510-7m4
⑴ 5-5截面處底模板計算
① 模板厚度計算
q=( q1+ q2+ q3+ q4)l=(56.77+1.0+2.5+2)0.25=15.57kN/m
則:Mmax=
模板需要的截面模量:W=m2
模板的寬度為1.0m,根據(jù)W、b得h為:
h=
因此模板采用1220244015mm規(guī)格的竹膠板。
② 模板剛度驗算
fmax=<0.60.25/400m=3.7510-4m
故,撓度滿足要求
4.2.5跨中工字鋼平臺支架體系驗算
門洞搭設(shè)在34米的跨中位置,門洞形式為4.55米。門洞采用C30基礎(chǔ),基礎(chǔ)形式為50cm50cm950cm,基礎(chǔ)頂預(yù)埋1cm厚鋼板與鋼管連接;基礎(chǔ)用4268mm鋼管作為立柱長度4.1米,鋼管間距為2米,鋼管柱頂焊接1cm厚50cm50cm鋼板,鋼板上焊接雙拼I40b工字鋼作為橫梁;橫梁上采用I40b工字鋼作為縱梁,縱梁間距為60cm。
(1)工字鋼縱梁計算
根據(jù)設(shè)計圖紙,門洞處現(xiàn)澆箱梁每延米混凝土方量為4.299m3,鋼筋混凝土重度取26KN/m3,模板、施工人員設(shè)備及混凝土振搗產(chǎn)生的荷載值每延米取45KN,因此門洞支架上方每延米荷載值為4.299261.2+451.4=197.1(kN),門洞縱梁長為4.5m,門洞上方荷載總值為197.14.5=886.95(kN)
縱梁受力驗算
門洞縱梁整體受力的有15根,梁自重為0.738KN/m,縱梁跨徑為4.5m.
縱梁單位長度上的荷載值為 q=886.95/(154.5)+0.738=13.9KN/m
受力簡圖如下:
梁跨中最大彎矩為:
Mmax=1/8qL2=1/813.94.5=35.2(kNm)
支座處最大剪力值為:
Qmax=1/2qL=1/213.94.5=31.3(kN)
I40b型工字鋼:截面慣性矩Ix=22781cm4,截面地抗拒Wx=1139cm3,半截面面積Sx=671.2cm3,腹板厚度d=12.5mm.縱梁所受的彎曲應(yīng)力為:
σmax= Mmax/Wx=(35.2/1139)10=30.9(Mpa)〈[σw]=145Mpa
抗彎強度滿足要求。
縱梁所受的剪應(yīng)力為:
τmax= QmaxSx/Ixd=31.3671.210/2278112.5=7.4(Mpa)〈[τ]=85Mpa
抗剪強度滿足要求。
跨中撓度驗算:
fmax=<4500/400m=11.25m 容許值
剛度滿足要求
(2)鋼結(jié)構(gòu)門架橫梁I40b工字鋼計算
①受力簡圖
計算跨徑取2m,因橫梁為I40b工字鋼,為簡化計算將工字鋼上的荷載化為均布線荷載,按簡支梁計算。
②荷載計算
P1=(886.95+4.5150.738)/2=468.38KN
則每排工字鋼集中力為:
P2=468.38/15=31.3KN
跨中最大彎矩:Qmax=31.31.286=40.2KN〈[Fw]
查工具書,得到厚度大于16-40的抗剪強度fv=120N/mm2
抗拉、抗壓和抗彎f=205 N/mm2
破壞時荷載[Fw]=fv(抗剪強度)A(截面積)=205 N/mm294.07cm2=1928.4KN
③剛度驗算
按四等跨連續(xù)梁撓度系數(shù)計算:
在均布荷載作用下:M=系數(shù)ql2,Q=系數(shù)ql,f=系數(shù)ql4/100EI
在集中荷載作用下:M=系數(shù)ql,Q=系數(shù)P,f=系數(shù)ql3/100EI
只考慮集中荷載作用下?lián)隙龋篺=1.079PL/(100EI)=〈L/400=5mm容許值)單根40b滿足要求!
未考慮連續(xù)對力和彎矩的分配,計算時取最不利情況驗算.
(3)立柱受力驗算
門洞兩側(cè)由10根(實際承重的6根)直徑426mm的鋼管樁組成,立柱的荷載為1/2(門洞上方荷載+縱梁重量),縱梁重量為154.50.738KN/m =49.8KN,因此立柱所受的荷載為:886.95+49.8+180.738=950.03KN,每根立柱所承受的荷載值可近似地取N=950.03/6=158.4KN,
立柱高度為:4.1m
鋼管柱壁厚8mm。
鋼管凈截面積為:A==42001mm
立柱所受壓力為:
立柱抗壓強度滿足要求
回旋半徑i=147.8
長細比=L/i=4100/147.8=27.7,查表得系數(shù)為0.9
穩(wěn)定性:=158.410/(0.942001)=4.2MPa<140MPa
因此鋼管穩(wěn)定性滿足要求