现浇箱梁满堂支架方案计算.docx
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现浇箱梁满堂支架方案计算
新建地方铁路叙永至大村段B合同段
大田湾特大桥现浇箱梁
满堂支架计算书
编制:
复核:
叙大铁路项目经理部
年月日
大田湾特大桥现浇箱梁满堂支架计算书
1、编制依据
1.1新建地方铁路叙永至大村线施工图。
1.2国家有关的政策、法规、施工验收规范和工程建设标准强制性条文,以及现行有关施工技术规范、标准等。
1.3参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、《混凝土工程模板与支架技术》、《铁路桥涵施工手册》、《建筑施工计算手册》。
2、工程概况
大田湾特大桥后张法预应力混凝土现浇箱梁段为48m,孔位为第18孔,总计1孔。
主墩17#、18#为矩形承台,墩柱为矩形墩柱。
梁体为单箱单室、变宽度、变截面结构。
箱梁顶宽5.3m,跨中箱宽2.8m,支座位置箱宽3.0m(未计支座位置加宽50cm),顶板厚30cm~45cm按折线变化,底板厚度40~80cm,按直线变化,腹板厚32cm~52cm,按折线变化,底板设30×50cm梗胁,顶板设30×50cm梗胁。
梁全长49.5m,计算跨度为48m,梁高3.5m。
梁底按二次抛物线变化,边支座中心线至梁端0.75m。
3、现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求
采用WDJ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15×15cm方木;纵向方木上设10×10cm的横向方木(中心间距25cm)。
采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×100cm支架结构体系,支架纵横均设置剪刀撑。
4、现浇箱梁支架验算
本计算书以最大截面预应力混凝土箱形连续梁(单箱单室)Ⅳ-Ⅳ断面处为例,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。
4.1荷载计算
4.1.1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:
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。
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2.0kPa。
⑷q4——振捣混凝土产生的荷载,对底板取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,经计算支架自重如下所示:
4.1.2满堂钢管支架自重
采用Φ48×3.5mm钢管,单位重量为3.84kg/m。
根据17#~18#墩间实际地形,梁底至原地面距离约为3.5m~5m,扣除支架系统高度,钢管桩高度约为2.78~4.28cm。
按最不利位置4.28m计算。
1、立杆自重(横向按5.3米计算,间距0.6米,共10排,纵向按49.5米计算,间距0.6米,共83排。
)
Q1=83×10×4.28×0.00384×9.8kn/kg÷(49.5×5.3)=0.51kn/㎡
2、横杆自重(横杆间距1m,按4.28m高度计算,共4层)
Q2=(83根×5.3m+10根×49.5m)×4层×0.00384kg/m×9.8kn/kg÷(49.5×5.3)=0.537kn/㎡
3、斜撑自重(纵向剪刀撑按45度设置,共三排,417.45m。
横向按39度设置,间隔4排立杆设置一道,共21道。
286m)
Q3=(417m+286m)×0.00384×9.8kn/kg÷(49.5×5.3)=0.101kn/㎡
综上支架自重q7=Q1+Q2+Q3=0.51+0.537+0.101=1.148kn/㎡
4.1.2荷载组合
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
⑴+⑵+⑶+⑷+⑺
⑴+⑵+⑺
侧模计算
⑸+⑹
⑸
4.1.3荷载计算
⑴箱梁自重——q1计算
根据本工程现浇箱梁结构特点,我们取Ⅳ-Ⅳ截面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。
根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=6.32m2则:
q1=
=
=
取1.2的安全系数,则q1=54.77×1.2=65.73kn/㎡
注:
B——箱梁底宽,取3m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
⑵箱梁模板及支撑重量——q2计算
(1)模板面积
①箱梁内室模板(木模板)
S1=306.55+54.2+49.7+9.5+2.6+4.22+2.89+19.2=448.85m2
G1=448.85m2×0.03m×0.6t/m³=8.07t
②箱梁底模板(九夹板)
S2=3.5×49.5=173.3m2
G2=173.3m2×0.015m×0.6t/m³=1.60t
③箱梁侧模板(钢模板)
S3=509.33+0.62=510m2
侧模G3含支撑共40t。
③横向、纵向方木
V=横向198排×3米/排×(0.1×0.1)+纵向10排×49.5米/排×(0.15×0.15)=5.94+11.138=17.078方
G4=15.96×0.6吨/方=10.247t
q2=(G1+G2+G3+G4)×9.8÷(49.5×5.3)=2.24kn/㎡
⑶新浇混凝土对侧模的压力——q5计算
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。
γc:
新浇混凝土的重力密度(kN/m³),取值25kN/m³;
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3.5m
t0:
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℃。
β1:
外加剂影响修正系数,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。
β2:
混凝土坍落度影响修正系数,110~150mm,取1.15。
ν:
混凝土的浇筑速度,取0.5m/h。
F=25*3.5=87.5Kpa
F=0.22*25*8*1.2*1.15*0.707=42.93Kpa
F:
新浇混凝土对模板的最大侧压力取42.93Kpa。
4.2结构检算
4.2.1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%)。
本工程现浇箱梁支架按φ48×3.5mm钢管扣件架进行立杆内力计算,计算结果同样也使用于WDJ多功能碗扣架(偏于安全)。
Ⅳ-Ⅳ截面处
在中支点横隔板,钢管扣件式支架体系采用60×60×100cm的布置结构,如图:
①、立杆强度验算
根据立杆的设计允许荷载,当横杆步距为100cm,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=35kN(路桥施工计算手册中表13-5钢管支架容许荷载[N]=35.7kN)。
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=0.6×0.6×q1=0.6×0.6×65.73=23.66KN
NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×2.24=0.806KN
ΣNQK=0.6×0.6(q3+q4+q7)=0.36×(2.0+2.0+1.068)=1.824KN
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(23.66+0.806)+0.85×1.4×1.824=31.53KN<[N]=35kN,强度满足要求。
②、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/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=205MPa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×3.5㎜钢管的截面积A=489mm2。
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=15.8㎜。
长细比λ=kuL/i。
L—水平步距,L=1m。
于是,λ=kuL/i=1.155×1.5×1000/15.8=109.65<250
式中,k—计算长度附加系数,取1.155,根据经验,u取1.50,满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》5.1.8条规定λ≤250。
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Φ=0.523。
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
us—风荷载脚手架体型系数,查《建筑结构荷载规范》表7.3.1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=0.2KN/m2
故:
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1×1.2×0.2=0.168kN/m2
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距1m,
故:
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.012KN·m
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=5.08×10-6m3
则,N/ΦA+MW/W=31.53/(0.523×4.89×10-4)+0.012/(5.08×10-6)=125648.1KN/m2=125.648MPa≤f=205MPa
计算结果说明支架是安全稳定的。
4.2.2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,方木横桥向跨度在箱梁跨中截面处按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杉木进行计算,实际施工时如油松、广东松等力学性能优于杉木的木材均可使用。
按中支点截面处3米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=60cm进行验算。
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
q按(梁自重+模板及支撑重量)/方木总面积,计算9.8×(2.6t/m³×49.5m×6.32㎡+49.67t)/(198排×3m长),得14.239kn/m
则方木最大挠度:
fmax=(5/384)×[(qL4)/(EI)]=(5/384)×[(14.239×0.64)/(12×9×106×8.33×10-6×0.9)]=2.97×10-5<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
最大剪力Vmax=
=0.5*14.239*0.6=4.272kn/m
τ=
MPa<[τ]=1.7MPa
符合要求。
4.2.3扣件式钢管支架立杆顶托上顺桥向方木验算
本施工方案中WDJ多功能碗扣架顶托上顺桥向采用15×15cm方木,方木在顺桥向的跨距按L=60cm进行验算,横桥向方木顺桥向布置间距按0.25m(中对中间距)布设,如下图布置,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杉木进行计算,实际施工时如油松、广东松等力学性能优于杉木的木材均可使用。
①方木抗弯计算
q按(梁自重+模板及支撑重量+横桥向方木重量)/受力点数量,计算p=9.8×(2.6t/m³×49.5m×6.32㎡+49.67t+198排×3m长×0.15×0.15×0.6吨/方)/(3/0.6×198)=8.623kn
Mmax=(a1+a2)p=(0.45+0.15)×6.228=3.74kN·m(最大弯矩计算)
矩形截面抵抗矩:
W=(bh2)/6=(0.15×0.152)/6=5.6×10-4m3
δ=Mmax/W=3.74/(5.6×10-4)=6.68MPa<0.9[δw]=9.9MPa(符合要求)
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
②方木抗剪计算
Vmax=3p/2=(3×6.228)/2=9.342kN
τ=
MPa<0.9×[τ]=1.7×0.9=1.53MPa
符合要求。
③每根方木挠度计算
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(0.15×0.153)/12=4.2×10-5m4
则方木最大挠度:
fmax=
=4.912×10-5<0.9×L/400=0.9×0.9/400m=2.025×10-3m
故,挠度满足要求
4.2.5底模板计算
箱梁底模采用竹胶板,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:
横桥向方木布置间距为0.25m,则有:
竹胶板弹性模量E=5000MPa
方木的惯性矩I=(bh3)/12=(1.0×0.0153)/12=2.8125×10-7m4
①模板厚度计算
q=(q1+q2+q3+q4)l=(65.73+2.21+2+2)×0.25=17.985kN/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1220×2440×15mm规格的竹胶板。
②模板刚度验算
fmax=
<0.9×0.25/400m=6.25×10-3m
故,挠度满足要求
4.2.6立杆底座和地基承载力计算
4.2.6.1立杆承受荷载计算
在中支点两侧立杆的间距为60×60cm,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=0.6×0.6×(65.73+2.21+2.0+2.0+1.068)=26.28kN
4.2.6.2立杆底托验算
立杆底托验算:
N≤Rd
通过前面立杆承受荷载计算,每根立杆上荷载最大值为:
N=a×b×q=26.28kN
底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd=40KN;
得:
26.28KN<40KN立杆底托符合要求。
4.2.6.3立杆地基承载力验算
立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求:
p≤fg
其中:
p=N/A=q1+q2+q3+q4+q7=73.01kn/㎡
fg=kc·fgk=0.5*150kn=75kn/㎡
p=73.01kn/㎡N——上部结构传至基础顶面的轴向力设计值;
A——基础底面积;
p——立杆基础底面的平均压力,
kc——地基承载力调整系数kc,对粘土应取0.5;对岩石、混凝土应取1.0。
fgk——地基承载力标准值,按图纸17#-18#段之间为粉质粘土,承载力0.15MPa,每平米承载力150kn。
综上原地基承载力满足要求。
为确保地基受力均匀,实际施工中将原地基开挖30cm高度后,回填C25混凝土。
回填混凝土之前对开挖地面进行碾压,地基承载力按下表,贯入试验垂击数必须达到7下。
k为地基承载力标准值;
试验锤击数
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
k(Kpa)
105
145
190
235
280
325
370
435
515
600
680
5、支架搭设施工要求及技术措施
现浇箱梁支架采用满堂扣件钢管脚手架或碗口式钢管架搭设。
搭设时,先在混凝土上放置15cm×15cm钢板垫在钢管底下,垫板下用中粗砂找平。
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。
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(或水袋)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,对支架预压及沉降观测。
5.1模板支架立杆、水平杆的构造应符合下列要求
(1)每根立杆底部应设置底座或垫板,并规定尺寸设置纵、横扫地杆。
(2)严格按照设计尺寸搭设,立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置,立杆步距不得大于设计要求,并应设置纵横水平拉杆。
(3)立杆接长必须采用对接扣件连接,严禁搭接连接,严禁不同直径混合施用。
(4)确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求。
(5)当梁模板支架立杆采用单根立杆时,立杆应设在模板中心线处,其偏心距不应大于25毫米。
(6)钢管脚手架要排列整齐和顺直,并要及时设好纵横水平拉杆、剪刀撑等。
上下层立杆采用的对接扣件应按规范要求交错布置。
(7)为保证支架整体稳定及安全,应按支架设计要点,在荷载集中处加密支架支撑。
(8)确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的,每个扣件的拧紧力矩都要控制在45-60N.m,钢管不能选用已经长期使用发生变形的;
(9)地基支座的设计要满足承载力的要求。
5.2满堂模板支架的支撑设置应符合下列规定
(1)立杆应按设计纵横向间距设置,不得改变间距。
(2)剪刀撑应纵横设置,按设计间距布置,不得遗漏。
(3)满堂模板支架剪刀撑应由底至顶连续布置。
(4)高于4米的模板支架,其两端与中间每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑。
剪刀撑的构造应符合有关规定。
(5)组架前认真测量框架底脚距离,准确铺设方木及安放底托。
(6)支架拼装每3层检查每根立杆底座下是否浮动,否则应旋紧可调座或用薄铁片垫实,在支架拼装头3层,每层用经纬仪、水平仪、线坠随时检查立杆的垂直度及每层横杆的水平,随时检查随时调整。
(7)支架拼装时要求随时检查横杆水平和立杆垂直度外,还应随时注意水平框的直角度,不致使脚手架偏扭,立杆垂直度偏差小于0.25%,顶部绝对偏差小于0.05m。
(8)浇筑过程中,派人检查支架和支承情况,发现下沉、松动和变形情况及时解决。
5.3支架拆除要求
(1)支模的拆除必须经验算复核并符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)及其它有关规定,严格控制拆模时间,拆模前必须有拆模申请及经审批。
(2)质检拆除时应遵循先上后下,后搭先拆,一步一清的原则,部件拆除的顺序与安装顺序相反,严禁上下同时进行,拆除时应采用可靠的安全措施。
(3)卸料时应由作业人员将各配件逐次传递到地面,严禁抛掷。
(4)运至地面的构配件应及时检查、整修与保养,清除杆件及螺纹上的沾污物,变形严重的,送回修整;配件经检查、修正后,按品种、规格分类存放,妥善保管。
(5)拆除杆件时,要互相告知,协调作业,已松开连接的杆部件要及时拆除运出,避免发生误扶误靠。
5.4支架预压及沉降观测
支架搭设完后,为保证箱梁浇注混凝土后满足设计的外形尺寸及拱度要求,采取对支架预压的方法以消除变形,具体做法如下:
⑴、设置沉降观测点
支架搭设、立模作业程序完成后,每跨向1/4跨、1/2跨、3/4跨、及前后两支点处设置支架沉降观测截面,每个观测截面沿横向对称设置3个观测点,从而形成一个沉降观测网。
观测点采用吊尺法测量,即在观测点位箱梁底模底部打入一铁钉,测量时将钢卷尺吊在铁钉上进行观测。
另外对应于支架沉降观测截面,在地基处理后的基础混凝土表面同样设置地基沉降观测点,以测量在预压过程中的地基沉降量。
⑵、加载预压及卸载
支架加载预压采用砂袋法辅助水袋法进行。
箱梁的底腹板和翼板模板铺设完成后,在翼板模板边缘堆积砂袋,形成一个槽式空间,然后在箱梁模板和砂袋上铺设0.5mm厚塑料纸2层,再往内注水预压,砂袋和水的总重量为箱梁自重的120%。
加载采取分级进行,使加载过程尽量符合浇混凝土的状态。
本桥加载可分三级进行,每级加载为总压载量的1/3,共加载3次。
第一次加载模拟箱梁底板、腹板钢筋绑扎完成,钢绞线及各种模板和加固措施安装完毕后的荷载;第二次加载模拟底板、腹板砼浇筑安装完成后的荷载;第三次加载模拟顶板砼浇筑完成后的荷载。
全部加载后,不可立即卸载,需等压一段时间(一般24~72h)并在地基沉降稳定后,再逐级卸载,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。
卸载完成后即可按加载顺序浇筑混凝土。
⑶、沉降观测
沉降观测应贯穿于加载及卸载的整个过程,在开始加载前必须进行首次观测,作为沉降观测的零点,,接着加上第一次荷载,加载后立即再观测,得出施加第一次荷载后的瞬间沉降;施加第二次荷载前再观测,然后施加第二次荷载并立即观测,得出施加第二次荷载后的瞬间沉降;施加第三次荷载前再观测,然后施加第三次荷载并立即观测,观测工作在等压时间内一直进行,一直到沉降趋于稳定。
加载及卸载必须在整个预压范围内分级进行,在一个连续的预压范围内不得分成几段后逐段一次加载或卸载到位。
每级加载及卸载均应进行测量并详细记录,预压结束卸载完成后,根据沉降观测记录,结合预拱度计算,确定模板高度。
实施过程:
①准确计算各施工区段的箱梁、模板、支架自重,以确定各施工区段的加载重量。
①根据试验数据,绘制纵、横向的弹性变形和非弹性变形图,确定弹性变形调整值。
③加载试验结束后,请有关人员进行检查,确定安全,可行性签证后,方可进行下道工序施工。
6、安全防护措施及安全交底
6.1安全防护措施
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,特制定如下防护措施:
(1)成立以项目经理为组长的安全管理、协调小组,严格执行项目经理部制订的相关管理制度,加强对工人的安全教育,提高职工的安全生产素质,并设专职安全员。
(2)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。
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)架子作业人员必须佩戴安全带并站稳把牢,在架子上传递,放置杆件时应注意失衡闪失;剪刀撑及其它整体性拉杆应随架子高度的上升及时安装,以确保整架稳定;搭设中应统一指挥,协调作业;确保支架结构的尺寸。
杆件的垂直度和水平度,各节点构造和紧固程度符合施工规范要求;禁止使用材质,规格不符合要求的杆配件。
(5)起重指挥应站在能够照顾全面的地点,信号要统一、准确;严禁任何人员在起重臂和吊起的重物下面停留或行走;起重物件应使用交互捻制的钢丝绳,有打结、变形、断丝和锈蚀的钢丝绳应及时按规定降低使用标准或报废;起吊物件应合理设置溜绳。
(6)搭设脚