支架计算方法131022.docx
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支架计算方法131022
模板支架计算方法
现浇混凝土桥梁支架设计
1、荷载计算
严格设计中荷载计算、承载能力安全系数取值。
荷载计算存在最大问题：
往往外荷载计算有时偏差特别大，偏小不安全，偏大造成浪费。
1）支架、模板自重q1
模板、支架和拱架重量在初步设计时一般按20~30%计算，完成设计图后，必须按设计图纸计算确定。
2）钢筋混凝土自重q2
新浇筑混凝土容重24kN/m3，钢筋混凝土的容重可采用25～26kN/m3（以体积计算的含筋量≤2％时采用25kN／m3，>2％时采用26kN／m3）。
变截面梁应按小节段梯形荷载或节点集中荷载加载；计算自重包括超载预压的20%梁体自重，有些施工单位认为材料有安全系数，不计入超载预压重量是不正确的，一般来说，如超静定结构温度变化和支座不均匀沉降未计算，在安全系数内考虑；还有的施工单位在支架结构计算考虑20%超载预压，而预压加载方案中加载偏大，甚至达到自重的50%以上，沙土等吸水材料如不覆盖，雨季吸水将加大预压荷载。
3）施工荷载q3
考虑预压超载时，如预压超载大于等于施工荷载与模板荷载之和，可不再进行施工荷载与自重组合计算。
施工人员和施工材料、机具等行走运输或堆放的荷载；应注意支架模板局部验算与整体验算时荷载取值不一样。
计算模板及直接支承模板的小棱时，均布荷载可取2.5kPa，另外以集中荷载2.5kN进行验算；
计算直接支承小棱的梁或拱架时，均布荷载可取1.5kPa；
计算支架立柱及支承拱架的其他结构构件时，均布荷载可取1.0kPa；
有实际资料时按实际取值。
4）振捣混凝土的荷载q4
作用范围在有效压头高度之内，对水平面模板为2.0kPa；对垂直面模板为4.0kPa，该荷载局部验算时需考虑。
5）混凝土侧压力q5：
规范公式计算值远远低于高性能混凝土实测值，应予以调增，前述。
《铁路混凝土工程施工技术指南》附录D模板荷载表D.0.2-1浇筑混凝土侧压力模板荷载有错误，单位MPa肯定错误，浇筑速度从小到大也不对，不能采用该指南计算混凝土侧压力。
公路桥涵施工规范和建筑规范对泵送混凝土模板侧面的压力计算公式为：
采用内部振捣器，当混凝土的浇筑速度在6m／h以下时，新浇筑的普通混凝土作用于模板的最大侧压力可按式（D-1）和式（D-2）计算。
侧压力分布图如附图D：
修正前侧压力计算公式为
式中：
一—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kPa）；
H——为混凝土浇筑层在初凝凝时间（建议改为终凝时间）以内的厚度（m）；
——混凝土的浇筑速度（m／h）；
to——新浇混凝土的初凝时间（h），建议改为终凝时间，可按实测确定；当缺乏试验资料时，可采用
计算（T为混凝土的温度℃）；
γ——混凝土的容重（kN／m3）；
K1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝作用的外加剂时取1.2；
K2——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取1.0；110～150mm时，取1.15。
桥梁墩身混凝土坍落度180~220mm，按照上述坍落度对应的K2值拟合二次抛物线计算求得K2最大值为1.21，按照后二组坍落度对应的K2值进行线性外延计算求得K2值为1.325，二者取中值为1.27。
根据中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司《蔡家湾汉江大桥桥墩现浇混凝土压力监测试验报告》，桥墩现浇混凝土压力监测试验统计分析如下表（原始资料见附件：
蔡家湾汉江大桥桥墩现浇混凝土压力监测试验报告）：
测点距墩底高度（m）
墩身高度（m）
测点距墩顶高度（m）
初凝时间（h）
终凝时间（h）
平均浇筑速率（m/h）
竖向压力（KPa）
桥墩圆弧段侧向压力（KPa）
桥墩平直段侧向压力（KPa）
实测值
计算值
实测值/计算值
实测值=实测总值-振捣值-倾倒值
泵送混凝土计算值
实测值/泵送混凝土计算值
实测值=实测总值-振捣值-倾倒值
泵送混凝土计算值
实测值/泵送混凝土计算值
0.2
8.8
8.6
4.83
5.67
0.63
220
206.4
1.1
70
22.6
3.1
37
22.6
1.6
1.2
8.8
7.6
4.83
5.67
0.63
215
182.4
1.2
68
22.6
3.0
34
22.6
1.5
2.7
8.8
6.1
4.83
5.67
0.63
145
146.4
1.0
90
22.6
4.0
34
22.6
1.5
5.2
8.8
3.6
4.83
5.67
0.63
95
86.4
1.1
50
22.6
2.2
无数据
22.6
最大值
90
22.6
4.0
37
1.6
注：
振捣混凝土产生的侧压力取4KPa，导管倾倒混凝土产生的侧压力取2KPa计入桥墩侧向压力。
上述统计分析报告表明：
规范公式计算值远远低于高性能混凝土实测值，应予以调增。
按照蔡家湾汉江大桥桥墩现浇混凝土压力监测试验统计分析结果进行公式修正：
桥墩圆弧段、桥墩平直段侧压力计算时K1＝1，K2＝1.15，计算提高的修正系数按照上表分别取4.0和1.6。
修正后桥墩圆弧段
（D-1）
修正后桥墩平直段
（D-2）
6）倾倒混凝土水平荷载q6
倾倒混凝土时产生的水平荷载
向模板中供料方法
水平荷载（kPa）
用溜槽、串筒或导管输出
2.0
用容量0.2及小于0.2m3的运输器具倾倒
2.0
用容量大于0.2至0.8m3的运输器具倾倒
4.0
用容量大于0.8m3的运输器具倾倒
6.0
7）其它可能产生的荷载
其它不变荷载q7：
冬季保温设施荷载，雨季、夏季防雨防晒棚荷载
其它可变荷载q8：
雪荷载、风荷载
8）超静定结构温度变化和支座不均匀沉降引起的次内力
一般在临时结构设计时没有进行计算，在安全储备内考虑。
9）承载能力验算
按各项荷载最不利组合进行验算；
模板支架设计计算的荷载组合
模板结构名称
荷载组合
计算强度用
验算刚度用
梁、板和拱的底模板以及支承板、支架及拱等
1.2q1+1.2q2+1.4q3+1.4q4+1.2q7+1.4q8
q1+q2+q7
缘石、人行道、栏杆、柱、梁、板、拱等的侧模板
1.4q4+1.2q5
q5
基础、墩台等厚大建筑物的侧模板
1.2q5+1.4q6
q5
10）刚度验算
钢筋混凝土等自重、支架模板重、其它荷载组合。
2、支架模板结构验算
2.1一般要求
1）不同工况应建立不同计算模型，如分段现浇连续箱梁墩梁支架全长预压加载、分段浇筑梁部工况不一样，临时支墩和托梁最不利作用力是不同工况确定的；
2）受力结构应明确、合理，如在跨度较大的梁体现浇，受梁体底面高速公路通车限制，不能采用直立支墩，但桥下净空较大，有条件设斜腿支撑钢梁，形成斜腿刚构，构件受拉压弯剪作用力，受力分析时一定要正确，以往有人设计时只计算拉压剪力，把它简单地看成是桁架结构，不计算弯矩，结果内力分析不正确。
3）梁体支架模板一般遵循从上往下计算原则；
4）满堂式钢管架（扣件式钢管架、门式架、梯形架、碗扣架）与墩梁支架采用不同安全系数，满足安全要求和节约成本。
5）计算模板、支架、拱架的强度和稳定性时，应考虑作用在模板、支架和拱架上的风力。
设于水中的支架，尚应考虑水流压力、流冰压力和船只漂流物等冲击力荷载，还应考虑一般冲刷和局部冲刷的影响，水中桥梁支架应在雨季前完成梁体施工，水中栈桥梁底标高应在20年一遇水位以上。
6）稳定性要求
支架的立柱应保持稳定，并用撑拉杆固定。
《铁路混凝土工程施工技术指南》5.3.3款规定：
检算模板的抗倾覆稳定性时，其侧面风荷载可采用铁道部现行《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1）的规定，其受风面积可按实际情况计算，风速可按施工期内当地预计的最大风速计算。
当验算模板及其支架在自重和风荷载等作用下的抗倾倒稳定时，验算倾覆稳定系数不得小于1.5。
7）强度及刚度要求
（1）验算模板、支架及拱架的刚度时，其变形值不得超过下列数值：
结构表面外露的模板，挠度为模板构件跨度的1／400；
结构表面隐蔽的模板，挠度为模板构件跨度的1／250；
支架、拱架受载后挠曲的杆件（盖梁、纵梁），其弹性挠度为相应结构跨度的1／400；
钢模板的面板变形为1.5mm；
钢模板的钢棱和柱箍变形为L／500和B／500（其中L为计算跨径，B为柱宽）。
8）桥梁支架卸架装置
梁式支架采用对口木楔、砂筒、千斤顶等卸架。
《铁路混凝土工程施工技术指南》5.5.6款：
木楔宜使用刨光的硬杂木，其倾斜度不宜大于1:
2，两楔接触面的压力不宜大于2MPa。
跨度为10m及以上的拱或跨度为24m及以上的梁不得使用木楔支垫。
砂筒结构应经设计。
加置在砂筒上的压力不应大于10MPa；砂筒内应采用质地坚硬、清洁并经筛选的干砂，其粒径宜为；砂筒在使用前应加置设计荷载（必要时可增加20%~50%的安全富余）进行预压；砂筒上的空隙应采用不易开裂且富有伸缩性的油灰填塞。
采用千斤顶作为卸架装置时，在卸架前，千斤顶应能可靠锁定。
钢管架支模采用可调托座卸架。
2.2模板、支架的设计
1）钢管支架设计
往往进场构件截面比设计截面小，以实际测量截面计算；
弯曲变形、锈蚀、端面不平整、对中偏差、垂直度偏差、安装偏位，取结构安全系数2；
水平横杆和水平剪刀撑、纵横断面剪刀撑应满足构造要求，以满足整体稳定性要求，水平横杆应满足设计步距要求，十字交叉设置，顶层横杆以上和底层横杆以下伸出长度控制在20cm以内，如为变截面梁，顶层纵向水平杆可斜向设置，确保实际步距在计算步距以内。
顶托高度控制在25cm以内，底座高度控制在15cm以内。
支架搭设时平面位置和垂直度控制：
测量放线，设拉线控制首层钢管架杆件平面位置和标高，并采用锤球检查垂直度，确保首层搭设满足设计要求，从而才能保证以后搭设的支架满足设计要求。
防止碗扣松脱、扣件松脱，要求逐个检查。
斜杆、剪刀撑加固设置必须符合规范要求。
剪刀撑设置：
沿支架四周外立面应满设剪刀撑；30m以下脚手架在两端设置，中间每隔12~15m设一道。
剪刀撑应联系3~4根立杆，斜杆与地面夹角为45°~60°；30m以上脚手架，沿脚手架两端起，每7~9根立杆设一道，且每片架子不少于三道。
剪刀撑应沿架子连续布置，在相邻两排剪刀撑之间，每隔10~15m高加设一组长剪刀撑（图3）。
剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与脚手架的立杆或大横杆扣紧外，在其中间应增加2~4个扣结点。
10~
15m
整体性构造层设置：
当支架的高度较高（≥20m）或其横向高宽比≥6时，为了加强其构架的整体刚度，应视需要设置一至数道整体性水平加强层，有两种形式（图4）：
①单水平加强层，即每隔4~6m沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且必须与立杆相连接，设斜杆的框格数量应大于该水平层框格总数的1/3；②双水平加强层，在支撑架的顶部和中部每隔10~15m沿水平结构层设置双水平加强层，在其间的四周和中部每隔10~15m设竖向斜杆，形成连接上下水平层的构造桁架，使其形成具有较大刚度和变形约束能力的空间结
图4模板支架的水平加强层和竖向构造图
构层。
在任何情况下，高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）必须设置整体性水平加强层。
材料安全系数采用1.41；
钢管脚手架附加安全系数计算：
钢管脚手架在安装时，由于安装偏差，立杆产生初始偏心；在施工时，由于局部超载，以及错误的拆除局部拉杆及支撑，由此使立杆的设计荷载降低，并且这些因素，随安装高度增高，出现的概率越大。
因此，在确定安全系数时，必须考虑安装高度的影响。
模板支架立杆的计算长度l0=h+2a，其中h为支架立杆的步距，a为模板支架立杆伸出横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。
为保证扣件式钢管模板支架的稳定性，支架立杆的计算长度是借鉴BS5975-1982《脚手架实施规范》第46.2条的规定。
该规定将立杆伸出段按悬臂考虑，有利于限制施工现场任意增大伸出长度。
如Q235钢Φ48mm×3.5mm钢管，截面积4.89cm2，回转半径15.8mm，步距1.2m，支架立杆伸出横杆长度0.2m，计算长度l0=h+2a=1.2+2*0.2=1.6m，稳定安全系数φ＝0.628，材料安全系数k1＝1.41，结构安全系数k2＝2，按照承载能力极限状态法计算时承载能力〔N〕＝（0.628×4.89×23.5）/（1.41×2）×1.23=31.5KN，按有关手册和试验结果规定取〔N〕＝30KN。
（注解：
其它详见《建筑施工脚手架实用手册》第233页部件表，242、265页承载能力，第122页承载能力极限状态计算结构时荷载设计值为标准值乘以分项系数）。
按照承载能力极限状态法计算，如果地基承载力高，地基处理好，支架杆件新，无锈蚀，无弯曲等，支架搭设满足构造要求，步距1.2m时，支架高度在15m以内，支架立杆顶端承载力采用30KN控制，支架高度在15~25m时，支架立杆顶端承载力采用28.1KN控制，支架高度在25~30m时，支架立杆顶端承载力采用26.2KN控制；软土地区等沉降大、沉降不均匀，贝雷梁等梁式支架顶面（挠曲变形，相当于地基沉降不均匀）步距1.2m时单立杆承载力则采用较小值，支架立杆顶端承载力采用24.6KN控制。
支架高宽比应小于3，如不满足时，降低杆件承载能力，并进行整体稳定性计算；如墩梁支架，在墩顶段附近采用钢管架时其高宽比不满足整体稳定性要求时进行加宽加密，步距1.2m时，支架立杆顶端承载力采用12.3KN控制，并满足一个方向至少设置3根立杆，高度方向每步与桥墩或临时钢立柱连接。
钢管架杆件竖向力计算：
箱梁可按梁体断面横向分腹板、翼板、顶底板划分区域，各区域下钢管横向布置较密较均匀，横向布置通长分配梁，传力比较均匀，可按腹板范围内钢管平均受力计算；纵向按梁体高度、厚度等变化情况分段设计计算；地面标高不一致时可分段设置挡墙，但必须验算挡墙，挡墙外荷载还应包括梁体自重传给地基的作用力。
靠边坡的立柱轴线到边坡的距离不应小于500mm。
作用于地基的作用力纵横向按不同区域验算最大地基反力，一般按最不利位置计算，可按梁体和模板支架自重、施工荷载（含人群、机具、冲击、雨雪荷载）、硬化地面面积荷载总和计算地基反力。
满堂支架地基应做好排水措施，避免雨水浸入地基降低地基承载力，应勘探地基下有无孔洞、沟槽，避免支架失稳垮塌。
2）大力神脚手架设计要求
Q345钢Φ48.3mm×3.2mm钢管，截面积4.534cm2，回转半径15.98mm，步距1.5m，支架立杆伸出横杆长度0.35m，按两端半弹性固定μ=0.7，计算长度l0=μ（h+2a）=0.7*（1.5+2*0.35）=1.54m，λ=96.4，a类截面，稳定安全系数φ＝0.5148，材料安全系数k2＝1.176，调整系数k3＝1.1，按照承载能力极限状态法计算时承载能力〔N〕＝（0.5148×4.534×34.5）/（1.176×1.1）=62.2KN，按有关手册和试验结果规定取〔N〕＝60KN。
要求顶底托处均应设置水平系。
其它满足大力神脚手架设计要求。
3）321公路钢桥资料《装配式公路钢桥多用途使用手册》
设计计算：
贝雷钢梁：
《装配式公路钢桥多用途使用手册》是按照容许应力法计算的，其设计荷载本应为恒载＋活载，使用的钢材材质为Q345钢，容许应力采用273MPa，安全系数低（K＝1.264），安全储备较少，承载能力不能取提高系数，有些施工单位提出临时结构承载力提高30%，是错误的，临时结构承载力提高30%是针对《桥规》中安全系数1.7提出的，还应计入荷载分配不均匀折减系数，支架现浇梁要求基础沉降小，连续贝雷梁支架要求基础不均匀沉降量小。
如果钢梁经过多次使用，可能存在锈蚀和损伤，且未计入支座不均匀沉降、温度变化引起的次内力，同时考虑钢梁受力分配的不均匀性，为加大安全储备，在我们的支架设计中，其设计荷载仍按照承载能力极限状态法规定的“1.2×恒载＋1.4×活载”计算，对于新贝雷梁可按容许应力法计算荷载。
其钢梁的承载能力仍采用手册提供的数据，可以认为其设计是安全的。
确保贝雷梁节点受力：
为保证钢梁只由节点承受竖向力，横向分配梁间距采用75cm布置，因此梁顶钢管支架纵向间距也只能采用75cm，必须用对接接头的钢管架，如果横向分配梁间距不按节点布置，则桁架抗弯能力需扣减支点集中荷载对弦杆弯曲应力承担的抵抗弯矩，同时验算支点集中荷载对弦杆的剪力强度。
当分配横梁不在节点上布置时，贝雷梁容许弯矩应予以折减，
假定2个集中荷载作用在上弦双肢槽钢1/3跨度处，P=20KN,L=0.7m，
单层贝雷梁：
[M]’=0.857[M]，双层贝雷梁：
[M]’=0.857[M]；
假定2个集中荷载作用在上弦双肢槽钢1/3跨度处，P=25KN,L=0.7m，
单层贝雷梁：
[M]’=0.821[M]，双层贝雷梁：
[M]’=0.821[M]；
假定2个集中荷载作用在上弦双肢槽钢1/3跨度处，P=30KN,L=0.7m，
单层贝雷梁：
[M]’=0.785[M]，双层贝雷梁：
[M]’=0.785[M]；
假定每片贝雷钢梁从销接点开始按照600mm间距布置集中荷载50KN时，抗弯承载能力设计值取602.6KNm，[M]’=0.7645[M]。
贝雷钢梁设计跨度：
端立杆中心至销孔中心水平距离90mm，计算简支端一端跨度时必须减去90mm，据此布置支墩纵向中心位置。
应加强测量控制，支墩中心、支墩顶分配梁中心、贝雷梁支点中心应重合。
墩梁式支架水平力传递：
采用钢梁时其钢管支墩与满堂支架采用水平钢管连接，并传递至永久桥墩，确保钢管立柱承受纵向水平力。
贝雷钢梁应验算桁架抗弯、抗剪、支座处立杆承载能力，连续梁更应注意支座承载能力验算，弦杆折减后的桁架抗弯能力。
一般情况下连续梁的温度应力、支座沉降产生的次内力未计算，故设计应有一定安全储备。
支座节点一般设在斜杆、立杆节点处，连续梁中间节点应设在双立杆、双斜杆节点处，能提供较大支座承载力，贝雷架支点不在节点位置（立杆或斜杆交叉点）正下方时设双10号槽钢竖杆加固，在贝雷架二侧焊接高度130mm10号槽钢，与弦杆和斜杆都要焊接。
预压荷载加载及混凝土浇筑应按全长水平分层加载，达到贝雷钢梁均匀加载。
钢管支柱：
承载能力较高，安装精度和垂直度等易于控制，Q235钢强度设计值取140MPa，工地焊接强度较设计容许值降低10~20%采用，甚至降低更大。
钢管应进行进场检验，一般进场材料管径、壁厚都比计划材料要小，应按进场检验的尺寸计算。
钢管支柱采用柱梁结构或斜腿刚构，用软件进行内力分析。
4）地基承载力计算
地基：
其设计荷载按照承载能力极限状态法计算时，地基承载力特征值，相当于桥规的容许基本承载力：
临时工程承载力特征值（容许承载力）＝极限承载力/1.5，按桥规的容许基本承载力取值时，临时工程承载力特征值（容许承载力）＝1.3×基本承载力；其设计荷载按照容许应力法计算时，采用地基容许基本承载力或修正后的容许承载力。
充分利用桥梁桩基承台墩身的承载能力，深厚软基地基处理采用桩基支承，下卧层较深时可采用旋噴桩和搅拌桩等复合地基，地基较好时采用换填处理。
取值按照地质资料或规范：
经常有技术人员用错地质资料。
打入桩：
最好采用打桩力或静压桩压桩力控制，或静载试验确定，不要采用桩长控制承载力，尤其是不要采用地基好的地段资质资料计算；振动打桩要计入振动沉桩的影响系数，砂土可提高承载力，其它土降低承载力，钢管桩为开口截面时应计入桩端闭塞效应；荷载计算时不需计入桩自重力；
钻孔桩或挖孔桩：
外荷载计入桩基自重－置换土重，承载能力可计入深度修正系数；
松软土等不计侧阻力，桩自重全部计入。
一般临时支墩均采用单排桩，参考设计的地质资料承载力参数时安全系数采用2，如地质资料可靠，安全系数可采用1.5，或进行静载试验，采用打桩力、静压桩压桩力控制，安全系数采用1.5。
当桩间距不满足规范最小间距时，应按整体基础进行验算。
复合地基可充分利用扩大基础下地基土承载力；软土区桩基承台不要计入承台下土的承载能力。
明挖扩大基础σ≤〔σ〕，σmax≤1.2〔σ〕，要求偏心距应小于六分之一基础宽度，临时结构〔σ〕＝1.3〔σ0〕，并进行深度宽度修正。
条形柔性扩大基础按照弹性地基梁或倒梁法计算，刚性基础应计算偏心荷载作用下地基最大反力，简化计算时按刚性角和柱间距最小平面长度计算底面积；条形承台基础按照梁计算，不考虑地基土承载力。
应验算软弱下卧层承载力，计算方法为自重应力＋附加应力小于修正后地基承载力，水中土容重采用浮容重（约为容重－9KN/m3），附加应力采用查表法，如附加应力采用扩散角计算法时与换填垫层计算方法相同。
支架基础及支架应加强测量控制，确保结构符合设计要求。
地基承载力与
的关系
，
，
单位MPa/m。
附件：
压杆计算长度
支承情况
理论长度系数
设计计算长度系数
两端铰支
1
1.2
一端固定另端铰支
0.7
0.9
两端固定
0.5
0.7
一端固定另端自由
2
2.2
两端固定，但可沿横向移动
1
1.2
两端半固定（如钢管架扣件连接）
近似取0.7
0.9
碗扣式脚手架：
如果碗口连接不紧
近似取1
1.2
顺销轴转动平面内相当于铰支
1
1
垂直销轴转动方向平面内为弹性固定
0.8
0.8
梁的剪应力计算
矩形
工字形
，薄壁环形截面
，圆形
，槽钢截面梁腹板
，其中h为腹板高度，b为翼板宽度，d为腹板厚度，t为翼板厚度，h1为腹板净高h1＝h－2t，h‘为截面高度减去翼板厚度h’＝h－t，y为计算截面至中性轴距离。
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