箱梁支架验算.docx

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箱梁支架验算

讷河市公铁立交桥工程建设项目

A01合同段（K0+000----K1+300）

现浇箱梁支架验算

施工单位：

黑龙江省龙建路桥第六工程有限公司

二○一三年八月

讷河公铁桥第5联现浇箱梁支架设计验算

一、现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求

现浇箱梁支架采用碗扣式多功能脚手杆搭设，使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调托撑。

立杆顶设二层方木，立杆顶托上纵向设10×10cm方木，间距0.6m；纵向方木上设10×10cm的横向方木，间距0.3m。

模板采用用厚1.5cm的优质竹胶合板。

支架纵横均按图示设置剪刀撑，其中横桥向斜撑每2.0m设一道，纵桥向斜撑沿横桥向共设4～5道。

立杆的纵、横向间距及横杆步距等搭设要求如下：

采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为90cm×60cm×60cm布置形式的支架结构体系。

二、现浇箱梁支架验算

对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。

（一）、荷载计算

1、荷载分析

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：

根据《路桥施工计算手册》表8-1查得

⑴q1——箱梁自重荷载，新浇混凝土密度取2600kg/m3。

⑵q2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载，按均布荷载计算，取q2＝1.0kPa。

⑶q3——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。

⑷q4——振捣混凝土产生的荷载，取2.0kPa。

对侧板取4.0kPa。

⑸q5——新浇混凝土对侧模的压力。

⑹q6——倾倒混凝土产生的水平荷载，取2.0kPa。

⑺q7——支架自重，经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示：

q7计算

计算每步脚手架自重：

NG1＝ht1＋t2＋t3

式中：

h——步距（m）；

t1——立杆每米重量（kN）；

t2——纵向横杆单件重量（kN）；

t3——内外立杆间斜杆或十字撑重量（kN）。

按最大值进行计算，步距取0.6m，纵、横向距离取0.9m，纵向距离取0.6m、支架平均高（8+7.9+7+6.1）/4/0.6=12步

NG1＝t1＋t2＋t3（杆件每米0.0332kn）

=0.6×0.0332＋0.0332×0.6×4＋0.0332×√（0.62+0.92）

=0.020+0.080+0.036=0.136kN

q7=12NG1/A=12×0.136kN/（0.6m×0.9m）=3.02kN/m2。

满堂钢管支架自重

立杆横桥向间距×立杆纵桥向间距×横杆步距

支架自重q7的计算值（kPa）

90cm×60cm×60cm

3.02

2、荷载计算

（1）、箱梁自重——q1计算

根据结构特点，现取最大自重截面进行验算

q1计算：

根据横断面图，则：

q1＝

=

＝26*（21.25*1.5+0.3*2*2）/21.25

＝40.47kPa

取1.2的安全系数，则q1＝40.47×1.2＝48.56kPa

注：

B——箱梁底宽，取21.25m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。

（2）、新浇混凝土对侧模的压力——q5计算

因现浇箱梁采取水平分层以每层30cm高度浇筑，在竖向上以V=1.2m/h浇筑速度控制，砼入模温度T=28℃控制，因此新浇混凝土对侧模的最大压力

q5=

K为外加剂修正稀数，取掺缓凝外加剂K=1.2

当V/T=1.2/28=0.043＞0.035

h=1.5+3.8V/T=1.68m

q5=

（二）、结构检算

1、扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算

碗扣式钢管脚手架与支撑和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，但碗扣式由于立杆和横杆间为轴心相接，且横杆的“├”型插头被立杆的上、下碗扣紧固，对立杆受压后的侧向变形具有较强的约束能力，因而碗扣式钢管架稳定承载能力显著高于扣件架（一般都高出20%以上，甚至超过35%）。

本支架验算按φ48×3.0mm钢管扣件架进行立杆内力计算，计算结果同样也适用碗扣架（偏于安全）。

支架体系采用90×60×60cm的布置结构，如图：

0.6

0.6

0.6

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

0.6

0.6

0.6

①、立杆强度验算

立杆实际承受的荷载为：

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK（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

ΣNQK—施工荷载标准值；

于是，有：

NG1K=0.6×0.9×q1=0.6×0.9×48.56=26.22KN

NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.9×1.0=0.54KN

ΣNQK=0.6×0.9×（q3+q4+q7）=0.36×（2.5+2.0+3.02）=4.35KN

则：

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK

=1.2×（26.22+0.54）+0.85×1.4×4.35

=37.29KN

由于横杆步距为0.6m，长细比λ=l/i=600/15.95=38，

查《路桥施工计算手册》附录三（789页），得φ=0.882

则[N]=φA[б]=0.882*424*205=76.66KN

结论：

由N=39.29KN＜[N]=76.66KN,抗压强度满足要求，中横梁处立杆（间距0.6m*0.9m）能够满足应力要求。

②、立杆稳定性验算

φ48×3.0mm钢管截面特性

规格

截面积A（mm2）

惯性距I（mm4）

抵抗距W（mm3）

回转半径I（mm）

每米长自重（N）

φ48×3.0

4.24×102

1.078×105

4.493×103

15.95

33.3

表2钢材的强度设计值与弹性模量

抗拉、抗弯f（N/mm2）

抗压fc（N/mm2）

弹性模量E（MPa）

205

205

2.06×105

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/ΦA+MW/W≤f

N—钢管所受的垂直荷载，N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK（组合风荷载时），同前计算所得；

f—钢材的抗压强度设计值，f＝205N/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—φ48mm×3.0㎜钢管的截面积A＝424mm2。

Φ—轴心受压杆件的稳定系数，根据长细比λ查表即可求得Φ。

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i＝15.95㎜。

长细比λ＝L/i。

L—水平步距，L＝0.6m。

于是，λ＝L/i＝0.6/15.95=38，参照《路桥施工计算手册》

查得Φ＝0.9。

MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；

MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10

WK=0.7uz×us×w0

uz—风压高度变化系数，参考〈〈建筑结构荷载规范〉〉表7.2.1得uz=1.38

us—风荷载脚手架体型系数，查〈〈建筑结构荷载规范〉〉表6.3.1第36项得：

us=1.2

w0—基本风压，查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表D.4w0=0.8KN/m2

故：

WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN

La—立杆纵距0.6m；

h—立杆步距0.6m，

故：

MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.095KN

W—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=5.08

则，N/ΦA+MW/W＝16.48*103/（0.9*424）+0.095*106/（5.08*103）

＝61.70KN/mm2≤f＝205KN/mm2

计算结果说明支架是安全稳定的。

2、、箱梁底模下横桥向方木验算

本施工方案中箱梁底模底面横桥向采用10×10cm方木，方木横桥向跨度L＝60cm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松木进行计算。

按方木横桥向跨度L＝60cm进行验算。

①方木间距计算

q＝（q1+q2+q3+q4）×B＝（48.56+1.0+2.5+2）×21.25=1148.8kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×1148.8×0.62＝51.7kN·m

W=（bh2）/6=（0.1×0.12）/6=0.000167m3

则：

n=M/（W×［δw］）=51.7/（0.000167×11000×0.9）=31.3（取整数n＝32根）

d＝B/（n-1）=21.25/31=0.69m

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

经计算，方木间距小于0.69m均可满足要求，实际施工中为满足底模板受力要求，方木间距d取0.3m，则n＝21.25/0.3＝71。

②每根方木挠度计算

方木的惯性矩I=（bh3）/12=（0.1×0.13）/12=8.33×10-6m4

则方木最大挠度：

fmax=（5/384）×［（qL4）/（EI）］=（5/384）×［（1148.8×0.64）/（11×106×71×8.33×10-6×0.9）］

=3.3×10-4m＜l/400=0.6/400=1.5×10-3m（挠度满足要求）

③每根方木抗剪计算

δτ＝（1/2）（qL）/（nA）=（1/2）×（1148.8×0.6）/（71×0.1×0.1×0.9）=0.539MPa＜［δτ］=1.7MPa

符合要求。

3、底模板计算：

箱梁底模采用竹胶板，铺设在间距0.3m的横桥向方木上，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）如下图：

30

30

30

q=（q1+q2+q3+q4）l=54.06×0.3=16.22kN/m

则：

Mmax=16.22*0.3*0.3/8=0.18kn*m

模板需要的截面模量：

W=

m2

=0.18/（0.9*6.0*103）=3.33*10-5m2

模板的宽度为1.0m，根据W、b得h为：

h=

（6*3.33*10-5）/1=0.014m

=14mm

因此模板采用1200×2400×15mm规格的竹胶板。

4、侧模验算

根据前面计算，分别按8×6cm方木以30cm的间距布置，以侧模最不利荷载部位进行模板计算，则有：

⑴8×6cm方木以间距30cm布置

q=（q4+q5）l=（4.0+50.4）×0.3=16.32kN/m

则：

Mmax=

模板需要的截面模量：

W=

m2

模板的宽度为1.0m，根据W、b得h为：

h=

因此模板采用1200×2400×15mm规格的竹胶板。

5、立杆底座和地基承载力计算：

（1）立杆承受荷载计算

最大受力截面荷载,间距为60×90cm布置立杆,每根立杆上荷载为：

N＝a×b×q＝a×b×（q1+q2+q3+q4+q7）

＝0.6×0.9×（48.56+1.0+1.0+2.0+3.02）=30.01kN

（2）立杆底托验算

立杆底托验算：

N≤Rd

最大受力截面荷载,间距为60×90cm布置立杆,每根立杆上荷载为：

N＝a×b×q＝a×b×（q1+q2+q3+q4+q7）

＝0.6×0.9×（48.56+1.0+1.0+2.0+3.02）=30.01kN

底托承载力（抗压）设计值，一般取Rd=40KN;

得：

30.01KN＜40KN立杆底托符合要求。

（3）立杆地基承载力验算

对于原状土进行压实，对于软弱土层下挖0.8m之后换填砂砾，并采用重型压路机碾压密实（压实度≥90%），达到要求后，用15cm厚C15混凝土精平，根据经验及试验，要求地基承载力达到[fk]=220KPa。

立杆地基承载力验算：

≤K·

k

式中：

N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值；

Ad——为立杆底座面积Ad=15cm×15cm=225cm2；

按照最不利荷载考虑，立杆底拖下砼基础承载力：

，底拖下砼基础承载力满足要求。

按照力传递面积计算：

K调整系数；混凝土基础系数为1.0

按照最不利荷载考虑：

=

≤K·[

k]=1.0×200KPa

将混凝土作为刚性结构，按照间距60×90cm布置，在1平方米面积上地基最大承载力F为:

F＝a×b×q＝a×b×（q1+q2+q3+q4+q7）

＝0.6×0.9×（20.58+1.0+1.0+2.0+3.02）=27.60kN

则，F＝27.60kpa＜[

k]=1.0×200Kpa

经过地基处理后，可以满足要求。

6、支架变形

支架变形量值F的计算

F＝f1＋f2＋f3＋f4

①f1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36.22KN，φ48mm×3.0㎜钢管的截面积为424mm2。

于是f1=б*L/E

б＝36.22÷424×103＝85.42N/mm2

则f1＝85.42×12÷（2.1×105）＝4.8mm。

②f2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δ1和方木对方木压缩δ2两部分，分别取经验值为2mm、3mm，即f2＝δ1＋δ2＝5mm。

③f3为支架基底受荷载后的非弹性沉降量，基底处理时采用砂砾换填、混凝土铺装为刚性基础暂列为4mm（施工时以实测为准）。

④f4为地基的弹性变形

地基的弹性变形f4按公式f4＝σ/EP，式中σ为地基所受荷载，EP为处理后地基土的压缩模量6.2取设计参数建议值。

f4＝σ/EP＝142.4÷6.2＝23mm。

故支架变形量值F为

F＝f1＋f2＋f3＋f4=4.8+5+4+23=36.8㎜

7、支架施工

支架采用满堂钢管脚手架。

搭设时，先在混凝土放置15cm*15cm钢板垫在钢管底下。

支架顶部设置顶托，顶托上设纵梁和横梁，其上铺设梁体模板。

支架纵横向设置剪力撑，以增加其整体稳定性，支架上端与墩身间用方木塞紧。

支架采用同种型号钢管进行搭设，剪力撑、横向斜撑立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设，并且在砼浇注和张拉过程中，进行全过程监测和专人检查。

支架搭设完后，上报监理检查，经监理同意后，进行支架预压：

按箱梁重量120%、模板重量及施工荷载组合，确定压载系数，采用砂袋（碎石袋）均匀布设堆压于支架上进行堆载预压，预压前在底模和地基上布好沉降观测点。

观测点沿纵桥向分别在墩中心线处、L/8、2L/8、3L/8、4L/8、5L/8、6L/8和7L/8跨处布设，横桥向则在跨中和2个外腹板处设点，从而形成一个沉降观测网。

①、加载和观测

加载前先观测出观测网各点初始数据，加载完成后开始观测，一直到沉降趋于稳定。

②、卸载并观测

在地基沉降稳定后就可卸载，卸载后再观测1次，卸载前后的差值可认为是地基及支架的弹性变形，在安装箱梁底模时设预拱度以消除之。

根据沉降观测值和张拉起拱度经验值对模板预拱度进行预留。

预压完后，请测量监理工程师复核中线及标高，合格后在进行下道工序。

8、安全保证措施

为杜绝重大事故和人身伤亡事故的发生，把一般安全事故减少到最低限度，确保施工的顺利进行，特制定如下措施：

1、利用各种宣传工具，采取多种教育形式，使职工牢固树立“安全第一”的思想，不断强化安全意识，建立安全保证体系，使安全管理制度化，教育经常化。

2、各级领导在下达生产任务时，必须同时下达安全技术措施。

检查工作时，必须同时检查安全技术措施执行情况。

总结工作时，必须同时总结安全生产情况，提出安全生产要求，把安全生产贯穿到施工的全过程。

3、认真坚持执行定期安全教育、安全讲话、安全检查制度，设立安全监督岗，充分发挥安全人员的作用，对发现的事故隐患和危及工程、人身安全的事项，作到立即处理，做出记录，限期改正，落实到人。

4、搭设脚手架人员必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。

5、当有六级以上大风和雨天气时停止脚手架的搭设和拆除作业，雨后穿防滑鞋作业。

6.在脚手架上进行电、气焊作业时，有防火措施和专人看守。

7.脚手架搭设时地面设有围栏和警戒标志，并有专人看守，严禁非操作人员入内。