满堂碗扣支架施工方案计算书.docx

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满堂碗扣支架施工方案计算书

第一章工程概况

一工程概况

中华大街-北环路立交桥位于邯郸市中华大街与北环路交叉口，为三层半苜蓿半定向结构的全互通交通枢纽工程，该工程第一层用于行人、非机动车辆通行，通行净空3.5m；第二层为东西向交通及互通匝道；第三层为南北向交通及互通匝道。

中华大街主线桥为城市主干路，双向6～8车道，设计行车速度60km/h，工程占地面积约331亩。

邯郸市中华大街-北环路立交桥工程包括：

中华大街主线桥、北环路左幅主线桥、北环路右幅主线桥、EN、NE、WS、SW、NW、WN、ES、SE八条匝道、6条辅道、4段连接线路基和既有管网的综合改造。

中华大街主线桥桩号范围ZK0+219.850-ZK0+803.850，长约584.0m，跨径布置为：

（3X30，4X30，2X35+32+2X31，4X30，3X30）预应力混凝土连续箱梁；

北环路主线左幅桥桩号范围BHK0+618.184～BHK0+804.684，长约186.5m，跨径布置（30.5+2X31，2X31.5+31）预应力混凝土连续箱梁；

北环路主线右幅桥桩号范围BHK0+618.184～BHK0+804.684，长约186.5m，跨径布置（30.5+2X31，2X31.5+31）预应力混凝土连续箱梁；

EN匝道桥桩号范围ENK0+387.719～ENK0+547.719，长约160.0m，跨径布置（4X20，4X20）钢混连续梁；

NE匝道桥桩号范围NEK0+150.227～NEK0+701.859，长约551.632m，跨径布置（20.991+2X21，3X21，3X21）钢混连续箱梁，（29+32+2X33）组合结构连续箱梁，（30.641+2X31+2x31.5）预应力混凝土连续箱梁，（4x20）钢混连续箱梁；

SE匝道桥桩号范围SEK0+090.000～SEK0+261.386，长约171.386m，跨径布置（3X30）预应力连续箱梁，（20.5+20.5+20.386+20）钢混连续箱梁；

ES匝道桥桩号范围ESK0+062.103～ESK0+321.736，长约259.633m，跨径布置（19.98+2X20，3X20，3X20，3X20+19.653）钢筋混凝土连续梁；

SW匝道桥桩号范围SWK0+094.213～SWK0+352.283，长约258.07m，跨径布置（18.235+3X20，3X20，3X20，2X20+19.835）钢筋混凝土连续梁；

WS匝道桥桩号范围WSK0+245.488～WSK0+478.488，长约233.0m，跨径布置（3X21，4X21，2X21+2X22）钢筋混凝土连续梁；

WN匝道桥桩号范围WNK0+050.868～WNK0+531.904，长约481.036m，跨径布置（30.451+2X31，2X31.5+2X25）预应力混凝土连续箱梁，（31.085+2X33+31.5）组合结构连续箱梁，（4X21,3X21）钢混连续箱梁；

NW匝道桥桩号范围NWK0+102.762～NWK0+253.762，长约151.0m，跨径布置（3X21，4X22）钢混连续箱梁。

本工程混凝土结构均为现浇法施工，现浇混凝土连续箱梁总长2967.172m，其中预应力钢筋混凝土现浇箱梁总长1408.092延米，箱梁高度为2.0m；钢筋混凝土现浇箱梁总长1559.080延米，箱梁高度为1.6m。

全桥箱梁最高点位于中华大街主线桥10#墩，自承台顶面至箱梁底面高差为12.234m；箱梁最底点位于ES匝道桥3#墩，自承台顶面至箱梁底面1.972m。

承台顶面设计高程比现状地表高程低0.5m～1.0m。

代表性断面一：

代表性断面二：

二工程地质与水文条件

该工程施工场地内无不良地质作用，工程场地50.0m深度范围内地层除表层填土外，主要以第四系冲洪积层和第三系地层为主。

根据工程地质勘探报告可知：

匝道桥所在区域自地表向下0～3m局部为回填垃圾土，3m以下地质以粉质粘性土为主；北环路与中华大街自地表向下0～1m为路面结构层，1～5m为煤矸石路基填筑料，5m以下地质以粉质粘性土为主。

该工程场地地下水类型为第四系孔隙潜水，地下水位埋深4.70m～5.75m，综合评定地下水对混凝土具弱腐蚀性，本地区季节性冻土深度0.6m。

第二章设计依据

1.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；

2.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；

3.《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）；

4.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）；

5.《竹胶合板模板》（JG／T156-2004）；

6.《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；

7.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；

8.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

9.《路桥施工计算手册》周水兴等主编（人民交通出版社）；

10.《材料力学》（高等教育出版社）；

11.《结构力学》（高等教育出版社）；

12.《中华大街北环路立交工程》施工图纸；

13.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

14.《木结构设计规范》（GB5005-2003）

第三章施工工序

一施工顺序

本立交工程箱梁均为现浇法施工，包括钢筋混凝土箱梁、预应力混凝土箱梁。

对现浇箱梁施工采用满堂支架法，首先浇筑竖向支架刚度最为薄弱区域（远离桥墩支撑）的砼，然后再进行刚度较大区域（桥墩箍筋）的砼，对于有坡度的位置要注意由低的地方向高的地方逐步浇筑。

二计算内容

根据工程概况和箱梁结构构造图拟定（现浇箱梁平面布置情况见附图）：

全桥2.0m高现浇预应力箱梁支架及模板支撑计算选最不利荷载箱梁断面作为本施工方案中2.0m高箱梁支架及模板支撑设计计算依据；

全桥1.6m高现浇预应力箱梁支架及模板支撑计算选最不利荷载箱梁断面作为本施工方案中1.6m高箱梁支架及模板支撑设计计算依据；

按上述原则进行计算拟定的满堂支架及模板支撑方案，可满足全桥现浇箱梁施工的安全要求。

计算内容为：

模板计算、满堂支架的计算和支架地基计算。

1.模板的计算内容为：

底模模板的计算、底模背肋和主梁的计算、侧模模板的计算、侧模背肋和侧模支撑的计算；

2.满堂支架的计算内容为：

支架立杆强度验算、支架整体稳定性验算、支架局部稳定性计算、支架底座和顶托强度验算；

3.支架地基计算内容：

支架传递地基荷载计算和地基承载力验算。

第四章设计荷载

一雪荷载

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）查附录D.4可知，雪的标准荷载按照50年一遇取邯郸地区雪压为0.30kN/m2。

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）6.1.1雪荷载计算公式如下式4-1所示。

Sk=ur×so（4-1）

式中：

Sk——雪荷载标准值（kN/m2）；

ur——顶面积雪分布系数；

So——基本雪压（kN/m2）。

根据规上述范6.2.1规定，按照矩形分布的雪堆计算。

由于角度为小于25°，因此μr取平均值为1.0，其计算过程如下所示。

Sk=ur×so=0.30×1=0.30kN/m2

二风荷载

根据《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）2.3.8风荷载计算公式如下式4-2所示。

W=K1×K2×K3×K4×WO（4-2）

式中：

W——风荷载强度（kN/m2）；

WO——基本风压（KN/m2）；

K1——设计风速频率转换系数，采用1.0；

K2——风载体型系数，由于风荷载作用于模板上，因此风载体形系数K2取为1.3；

K3——风压高度变化系数，由于桥梁最高点与地面高差小于20m采用1.0；

K4——地形地理条件系数，按照一般平坦地区考虑，K4取为1.0。

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）查附录D.4可知，风压的标准荷载按照50年一遇取邯郸地区风压为0.35kN/m2，根据公式4-2风荷载计算如下所示。

W=K1×K2×K3×K4×WO=1.0×1.3×1.0×1.0×0.35=0.455kN/m2

三荷载组合系数

为安全考虑，参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2006）规定，计算结构强度的荷载设计值，取其标准值乘以下列相应的分项系数：

1．永久荷载的分项系数，取1.2；

2．可变荷载的分项系数，取1.4。

第五章模板计算

本章的计算内容为：

“底模模板的计算、底模背肋和主梁的计算、侧模模板的计算、侧模背肋和拉杆的计算。

”

一设计荷载

1.施工荷载（机械堆放和混凝土的冲击力）；

2.人群荷载；

3.混凝土振捣荷载；

4.结构自重。

二荷载分项系数

根据《路桥施工计算手册》表8-5荷载分项系数如下所示。

1.模板、脚手架自重分项系数考虑为1.2；

2.新浇筑钢筋混凝土自重分项系数考虑为1.2；

3.施工人员及施工机具运输或堆放的荷载分项系数考虑为1.4；

4.振捣混凝土时产生的竖向荷载分项系数考虑为1.4；

5.新浇筑混凝土对侧面模板的压力分项系数考虑为1.2；

6.振捣混凝土时产生的水平荷载分项系数考虑为1.4；

7.雪荷载分项系数考虑为1.2。

三选用材料

1.竹胶板和方木；

2.钢材采用Q235材质。

四荷载的计算

1.侧压力的计算

⑴根据《路桥施工计算手册》计算侧压力

砼采用拌和站集中拌和，混凝土罐车运输。

现场浇筑时速度最大不能超过2m/h，入模的温度考虑为10～40℃。

按照《路桥施工计算手册》表8-2采用内部振捣器振捣，且当混凝土速度在6m/h以下时侧模的最大压力按下式5-1计算。

Pm=k×r×h（kPa）（5-1）

当v/T≤0.035时：

h=0.22+24.9v/T（5-2）

当v/T≥0.035时：

h=1.53+3.8v/T（5-3）

式中：

Pm——新浇筑混凝土对侧面的最大压力，kPa；

h——有效压头高度，m；

T——混凝土入模时的温度℃；

k——外加剂影响修正系数，不加时k=1，加入缓凝外加剂时，k=1.2；

v——混凝土的浇筑速度，m/h；

H——混凝土浇筑层的高度，m；

γ——混凝土的容重，kN/m3。

根据公式5-1、5-2和5-3，混凝土入模时的温度控制在10～40℃、浇筑混凝土的速度最大不能超过2.0m/h。

由于混凝土的侧压力与入模温度成反比，温度越低砼侧压力就越大，因此取10℃进行混凝土侧压力计算，其计算过程如下所示。

V/T=2/10=0.2，由于V/T=0.2>0.035则有效压头高度按照公式5-3计算，模板的最大侧压力按照公式5-1计算。

根据《路桥施工计算手册》表8-1可知，当含筋率大于2%时钢筋混凝土的容重γ砼=26kN/m3，而当含筋率小于2%时钢筋混凝土的容重γ砼=25kN/m3，为偏于安全计算取γ砼=26kN/m3，其计算过程如下所示。

h=1.53+3.8×2/10=2.29m

因本工程箱梁最大高度为2m，故新浇筑混凝土对侧面的侧压力为：

Pm1=1.2×26×2.0=62.400kPa

根据《路桥施工计算手册》表8-2，采用泵送混凝土浇筑时。

新浇筑混凝土对侧面的侧压力采用如下公式5-4计算。

Pm=4.6×v1/4（kPa）（5-4）

式中：

Pm——新浇筑混凝土对侧面的最大压力，kPa；

v——混凝土浇筑速度，m/h。

本桥采用泵送混凝土浇筑，根据公式5-4混凝土的最大侧压力计算如下所示。

Pm2=4.6×21/4=5.470kPa

根据以上计算，其压力分布图如下图5-1所示。

图5-1混凝土侧压力计算分布图单位：

cm

⑵根据《公路桥涵施工技术规范》计算侧压力

根据《公路桥涵施工技术规范》设计规范附录D,混凝土侧压力的计算如下式5-4所示。

Pmax=0.22×γ×t0×K1×K2×v1/2（5-4）

式中：

Pmax——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kPa）；

h——有效压头高度（m）；

v——混凝土的浇筑速度（m/h）；

t0——新浇筑混凝土的初凝时间（h），可按实测确定；

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；

根据上述规范附录D规定，公式5-4计算值与Pmax=γ×h计算值比较取最小值为最大侧压力。

由于混凝土的初凝时间一般为6～8小时，在加入缓凝剂后为安全考虑初凝时间为6小时。

根据现浇箱梁构造图纸可知侧压力计算如下所示。

Pmax1=0.22×γ×t0×K1×K2×v1/2=0.22×26×6×1.2×1.15×21/2=66.979kPa

Pmax2=γ×h=26×2=52.000kPa

根据以上计算可知，取Pmax1、Pmax1两者中较小值为Pmax1=52.000kPa。

根据以上⑴、⑵两种计算方法计算侧压力取最大值，则混凝土的最大侧压力Pmax=62.4kPa。

根据《路桥施工计算手册》表8-2可知，振捣混凝土时对侧模模板的侧压力按Pzd=4.0kPa计。

考虑安全系数后，混凝土对侧模的压力组合计算如下所示。

Pmax=1.2Pmax+1.4Pzd=1.2×62.4+1.4×4.0=80.480kPa

2.砼压力的计算

根据现浇箱梁断面图纸，考虑安全计算，选靠近墩顶处箱梁断面作为计算依据，将顶（底）板倒角部分折算进顶（底）板厚度，计算取顶板厚度为26cm、底板厚度为43cm，箱梁底板处混凝土压力计算如下所示。

P1=γ砼×h=26×（0.26+0.43）=17.940kPa

腹板处混凝土对底板的最大压力计算分别如下所示。

P2=γ砼×h=26×2.0=52.000kPa（2.0m高箱梁）

P2’=γ砼×h=26×1.6=41.600kPa（1.6m高箱梁）

根据现浇箱梁断面图可知，翼缘板处梁厚从20cm到45cm线性变化，则在翼缘板处对底板的最大压力计算如下所示。

P3=γ砼×h=26×0.45=11.700kPa

P4=γ砼×h=26×0.20=5.200kPa

根据《路桥施工计算手册》表8-1规定，施工人员荷载及机械临时堆放等荷载取为p5=2.5KN/m2，由于砼浇注采用泵送，则倾倒砼时产生的冲击荷载和振捣混凝土的荷载均为2kPa，则p6=2+2=4KN/m2。

五底模的计算

1.底模模板的计算

箱梁底板模板采用12mm厚的竹胶板做模板，竹胶板容重取γ=8KN/m3，则模板的自重为p7=γ×h=8×0.012=0.096KN/m2。

底模的背肋和主梁的布置：

对于2.0m高现浇预应力钢筋混凝土箱梁，底模背肋采用10×10cm的方木横桥方向放置，间距均为30cm；主梁采用10×15cm的方木顺桥方向放置，在底板和翼板处主梁间距均为90cm，在腹板处间距为60cm；横桥向支架布置在底板和翼板处立杆间距为90cm，在腹板处立杆间距为60cm；顺桥向立杆间距均为90cm；

对于1.6m高现浇钢筋混凝土箱梁，底模背肋采用10×10cm的方木顺桥方向放置，在底板和翼板处间距均为30cm，在腹板处间距为20cm；主梁采用10×15cm的方木横桥方向放置，间距为90cm；横桥向支架布置在底板和翼板处立杆间距为90cm，在腹板处立杆间距为60cm；顺桥向立杆间距均为90cm；

可知总竖向荷载计算如下所示。

对于2.0m高现浇预应力钢筋混凝土箱梁:

Q1=1.2×P1+1.2×p7+1.4×p5+1.4×p6+1.4×Sk

=1.2×17.940+1.2×0.096+1.4×2.5+1.4×4+1.4×0.30

=27.50kPa（底板处总竖向荷载）

Q2=1.2×P2+1.2×p7+1.4×p5+1.4×p6+1.4×Sk

=1.2×52.000+1.2×0.096+1.4×2.5+1.4×4+1.4×0.30

=72.04kPa（腹板处总竖向荷载）

Q3=1.2×P3+1.2×p7+1.4×p5+1.4×p6+1.4×Sk

=1.2×11.700+1.2×0.096+1.4×2.5+1.4×4+1.4×0.30

=23.68kPa（翼板处总竖向荷载）

对于1.6m高现浇钢筋混凝土箱梁:

Q1=1.2×P1+1.2×p7+1.4×p5+1.4×p6+1.4×Sk

=1.2×17.940+1.2×0.096+1.4×2.5+1.4×4+1.4×0.30

=27.50kPa（底板处总竖向荷载）

Q2’=1.2×P2’+1.2×p7+1.4×p5+1.4×p6+1.4×Sk

=1.2×41.6+1.2×0.096+1.4×2.5+1.4×4+1.4×0.30

=59.56kPa（腹板处总竖向荷载）

Q3=1.2×P3+1.2×p7+1.4×p5+1.4×p6+1.4×Sk

=1.2×11.700+1.2×0.096+1.4×2.5+1.4×4+1.4×0.30

=23.68kPa（翼板处总竖向荷载）

根据以上计算可知，Q1为底板处最大压力、Q2为腹板处最大压力、Q3为翼缘板处最大压力。

由于背肋的间距最大为30cm，因此模板计算上荷载取Qmax=Q2=72.04kPa是偏安全的。

竹胶板计算时取1.0cm宽的模板进行计算，将其荷载转化成线均布荷载计算如下所示。

qmax=Qmax×B=72.04×0.01=0.7204kN/m

在计算时考虑到模板的连续性，因此模板按三等跨连续梁进行计算。

计算简图如下图5-2所示。

图5-2模板计算简图

根据《路桥施工计算手册》表8-13可知，局部荷载和集中荷载作用下最大弯矩和挠度计算的公式分别如下式5-5、5-6、5-7和5-8所示。

均布荷载作用下最大弯矩计算如下式5-5所示。

Mmax=q×L2/10（5-5）

集中荷载作用下最大弯矩计算如下式5-6所示。

Mmax=P×L/6（5-6）

均布荷载作用下最大挠度计算如下式5-7所示。

Fmax=q×L4/（128EI）（5-7）

集中荷载作用下最大挠度计算如下式5-8所示。

Fmax=P×L3/（77EI）（5-8）

由于背肋的最大间距为30cm，因此模板的跨度为30cm。

根据公式5-5可知，弯矩计算如下所示。

Mmax=qmax×L2/10=0.7204×0.32/10=0.0064836KN·m

根据以上计算取Mmax=0.0064836KN·m进行模板强度计算。

由于选用的是12mm厚的竹胶板，取1cm宽的模板进行计算，其截面抵抗矩w=b×h2/6计算过程如下所示。

w=b×h2/6=10×122/6=240mm3

σ=Mmax/w=0.0064836×106/240=27.02MPa

通过以上计算，σ=27.02MPa<[σ]=50MPa，其中50MPa是根据《竹胶合板模板》（JG／T156-2004）表5可知，在板宽方向静曲强度最小值。

则底模模板强度满足施工使用的要求。

混凝土模板用竹胶合板物理力学指标中（竹胶板在湿状、横向的弹性模量）查得弹性模量最小40000MPa。

根据竹胶板的截面形状，则其惯性矩为：

I=b×h3/12=10×123/12=1440mm4

根据公式5-8均布荷载作用下刚度验算公式，其挠度计算过程如下所示。

f=qmax×L4/（128×E×I）=0.7204×3004/（128×40000×1440）=0.79mm

通过以上计算可知，f=0.79mm<[f]=L/350=300/350=0.857mm，则底模模板刚度满足施工使用的要求。

2.底模背肋的计算

根据《路桥施工计算手册》查松木的容重为8kN/m3，方木的自重考虑为1.2的安全系数q=1.2×r×A=1.2×8×0.10×0.10=0.096kN/m。

根据【1.底模模板的计算】中箱梁底模背肋、主梁及支架立杆的布置方式和箱梁各部分传递最大荷载的计算结果，将各种布置形式中底板的最大荷载转化为背肋上的线性荷载，则各种布置形式中背肋上的荷载计算分别如下所示。

对于2.0m高现浇预应力钢筋混凝土箱梁背肋荷载：

q1=Q1+q=27.50×0.3+0.096=8.346kN/m（底板处）

q2=Q2+q=72.04×0.3+0.096=21.708kN/m（腹板处）

q3=Q3+q=23.68×0.3+0.096=7.200kN/m（翼板处）

对于1.6m高现浇钢筋混凝土箱梁背肋荷载：

q1=Q1+q=27.50×0.3+0.096=8.346kN/m（底板处）

q2=Q2+q=59.56×0.2+0.096=12.008kN/m（腹板处）

q3=Q3+q=23.68×0.3+0.096=7.200kN/m（翼板处）

弯矩按均布荷载的简支梁进行计算，计算简图如下图5-3所示。

把作用在方木范围内的混凝土体积转化为线荷载加载在方木上，其弯矩计算过程如下所示。

图5-3简支梁计算简图

根据【1.底模模板的计算】中箱梁底模背肋、主梁及支架立杆的布置方式可知:

2.0m高现浇预应力钢筋混凝土箱梁底模背肋的跨度分别为90cm、60cm和90cm，因此根据公式5-5取q1、q2和q3分别计算在混凝土作用下底模模板的弯矩，其计算过程如下所示。

M1=q1×L2/8=8.346×0.92/8=0.845kN·m

M2=q2×L2/8=21.708×0.62/8=0.977kN·m

M3=q3×L2/8=7.200×0.92/8=0.729kN·m

根据以上计算弯矩取Mmax=M2=0.977kN·m验算10×10cm方木的强度，则背肋的强度计算如下所示。

w=b×h2/6=100×1002/6=1.667×105mm3

σ=Mmax/w=0.977×106/（1.667×105）=5.861MPa

通过以上计算可知σ=5.861MPa<[σ]=13.0MPa，其中13.0MPa根据《路桥施工计算手册》表8-6查红松的容许弯曲应力。

则底模背肋强度满足施工使用的要求。

根据《材料力学》可知，背肋的剪应力计算如下所示。

F1=q1×L/2=8.346×0.9/2=3.756kN

F2=q2×L/2=21.708×0.6/2=6.512kN

F3=q3×L/2=7.200×0.9/2=3.240kN

根据以上计算取剪力Fmax=F2=6.512kN验算10×10cm方木的抗剪强度，则背肋的抗剪强度计算如下所示。

τ=1.5×F/A=1.5×6.512×103/（0.1×0.1）=0.977MPa

根据计算结果可知τ=0.977MPa<[τ]=2.0MPa。

其中2.0MPa根据《路桥施工计算手册》表8-6查红松的容许剪应力，则底模背肋抗剪强度满足施工使用的要求。

根据《路桥施工计算手册》表8-6可知红松的弹性模量E=10×103MPa，根据《材料力学》可知挠度计算如下所示。

I=b×h3/12=0.1×0.13/12=8.333×10-6m4

f1=5ql4/（384EI）=5×8.346×0.94/（384×10×103×8.333×10-6）=0.856mm

f2=5ql4/（384EI）=5×21.708×0.64/（384×10×103×8.333×10-6）=0.440mm

f3=5ql4/（384EI）=5×7.200×0.94/（384×10×103×8.333×10-6）=0.738mm

通过上式计算可知