现浇箱梁满堂支架方案计算汇总.docx

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现浇箱梁满堂支架方案计算汇总

浅谈现浇箱梁满堂支架方案计算

引言

本文针对XXX现浇桥采用碗扣式满堂支架搭设方法进行支架搭设验算、方木验算、模板验算、地基承载力验算等进行计算分析。

为后续现浇桥支架搭设施工提供关建指导作用。

1工程概况

XXX桥采用（26+37+26）m现浇预应力砼连续箱梁，桥梁全长96m；上构按部分预应混凝土A类构件设计，箱梁横断面采用等高度单箱双室断面，主梁高190cm,顶板厚25cm,底板厚22cm悃缘悬臂长200cm;上部结构采用满堂支架现浇，其刚度、强度、稳定性、平整度等均应满足《公路桥涵技术规范》（JTGF80/1-2004）的要求；预应力混凝土容重取26KN/m3。

2满堂支架上现浇桥设计要点

2.1地基与基础处理

在墩身施工完毕后，首先测量放出线路中线和边线，检查现有基底宽度是否满足搭设支架要求，如现有地基宽度不足，需进行补填并夯实；基底处理范围为桥宽每侧边各增加2m，同时根据地形条件做好排水沟、截水沟。

对于软弱地基必须采取石渣或者三七灰土等材料进行换填，换填厚度不小于30cm。

换填后的地表用推土机推平，场地平整后用压路机分层压实，使其压实度达到95%以上，试验室检测地基承载力是否达到支架设计计算中最低250Kpa的要求，如果承载力不足，则加强压实工作或重新换填直至达到规定的承载力。

本工程所在地区为湿陷性黄土地区，黄土受水浸泡后承载力急剧下降，为防止雨水及施工用水进入基础，在已达到支架设计承载力要求的地基上铺10cm厚的混凝土防水层；混凝土设计强度为C20，确保地表水不渗入地基。

在处理好的地基上铺设枕木或型钢做为支架下承托的基础。

在地形条件受限制时，满堂支架采用C25混凝土条形基础，条形基础设计尺寸30cm（宽）×25㎝（高）。

2.2现浇箱梁底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。

立杆顶托上纵向设15×15cm方木；纵向方木上设10×10cm的横向方木，其中纵木在墩顶处实心段不大于0.25m、在跨中处间距不大于0.3m。

模板宜用厚1.5cm的优质竹胶合板做底模，横板边角宜用4cm厚木板进行加强，防止转角漏浆或出现波浪形，影响外观。

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。

满堂支架纵、横向间距及横杆步距形式

跨中顶板底板厚度相等处长度取其30m、墩顶实心段两端长度各取其3.5m，采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×90cm×120cm、60cm×60cm×120cm两种布置形式的支架结构体系。

3满堂支架验算

对箱梁现浇混凝土分块，分别就最不利位置墩顶实心段和跨中段进行检算，确定支架立杆受力最大部位为实心段下立杆。

对荷载进行计算及对其支架体系进行验算

3.1荷载计算

3.1.1根据本桥现浇箱梁的以下特点，对最不利位置跨中处、实心段荷载形式进行验算

⑴q1——箱梁自重荷载，新浇混凝土密度取2600kg/m3。

跨中处截面1-1

根据截面图1-1：

q1=

=

=26*7.715/5.74=34.95kpa

注：

B-箱梁底宽，取5.74将梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。

实心处截面2-2

根据截面图2-2：

q1=

=

=26*12.12/5.74=54.90kpa

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，经计算取q2＝1.0kPa（偏于安全）。

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，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，取4.0kpa

3.1.2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

3.2结构检算

本工程支架采用ф48×3.5mm碗扣式钢管支架，支架以立杆承受荷载作用为主，根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》对立杆支架强度及稳定性计算公式进行分析计算

3.2.1腹板区1-1截面处

在腹板处支架体系采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×90cm×120cm的布置结构

3.2.1.1立杆强度验算

根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］＝30kN。

立杆实际承受的荷载为：

N=1.2（NG1+NG2）+0.9×1.4ΣNi（组合风荷载时）

NG1—支架结构自重标准值产生的轴向力；

NG2—构配件自重标准值产生的轴向力

ΣQi—施工荷载标准值；

有：

NG1=0.6×0.9×q1=0.6×0.9×34.95=18.87KN

NG2=0.6×0.9×q7=0.6×0.9×4.0=2.16KN

ΣNi=0.6×0.9×（q2+q3+q4）=0.54×（1.0+1.0+2.0）=2.16KN

则：

N=1.2（NG1+NG2）+0.9×1.4ΣQi=1.2×（18.87+2.16）+0.9×1.4×2.16=27.96KN

＜［N］＝30KN，

强度满足要求。

注：

该计算公式参见《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》5.3.2“组合风荷载时单肢立杆承载力计算”

3.2.1.2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》有关支架立杆的稳定性计算公式：

NW/ΦA+0.9βMW/γW（1-0.8NW/NE）≤f

N—钢管所受的垂直荷载，N=1.2（NG1+NG2）+0.9×1.4ΣQi

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》。

A—φ48mm×3.5㎜钢管的截面积A＝4.89cm2。

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＝1.58cm。

长细比λ＝L/i。

L—水平步距，L＝1.2m。

于是，λ＝L/i＝76，参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ＝0.744。

MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；

MW=1.4×WK×a×lo2/10

WK=0.7uz×us×w0

uz—风压高度变化系数，参考〈〈建筑结构荷载规范〉〉

uz=1.0

us—风荷载脚手架体型系数，查〈〈建筑结构荷载规范〉〉

us=0.8

w0—基本风压，查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表D.4“陕西.榆林n=50”

w0=0.4KN/m2

故：

WK=0.7uz×us×w0=0.7×1×0.8×0.4=0.224KN

a—立杆纵距0.9m；

lo—立杆步距1.2m，

故：

MW=1.4×WK×a×lo2/10=0.041KN

β有效弯距系数，采用1.0

γ截面塑性发展系数，钢管截面为1.15

W—立杆截面模量〈〈建筑施工扣件式脚手架安全技术规范〉〉附表B得W=5.08cm3

NE欧拉临界力，NE＝π2EA/λ2

E为材料弹性模量E＝2.05*105

则N/ΦA+MW/W＝27.96*103/（0.744*489）+0.9*1*0.041*106/1.15*（5.08*103）*（1-0.8*27.96*103/（3.142*2.05*105*489/762）＝84.11KN/mm2≤f＝205KN/mm2

稳定性满足要求

3.2.2实心区2－2横截面处

在梁板实心区支架体系采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×120cm的布置结构

3.2.2.1立杆强度验算

根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］＝30kN。

立杆实际承受的荷载为：

有：

NG1=0.6×0.6×q1=0.6×0.6×54.9=19.764KN

NG2=0.6×0.6×q7=0.6×0.6×4.0=1.44KN

ΣNi=0.6×0.6×（q2+q3+q4）=0.36×（1.0+1.0+2.0）=1.44KN

则：

N=1.2（NG1+NG2）+0.9×1.4ΣQi=1.2×（19.76+1.44）+0.9×1.4×1.44=27.25KN

＜［N］＝30KN，

强度满足要求。

注：

该计算公式参见《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》5.3.2“组合风荷载时单肢立杆承载力计算”

3.2.2.2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》有关支架立杆的稳定性计算公式：

NW/ΦA+0.9βMW/γW（1-0.8NW/NE）≤f

MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；

MW=1.4×WK×a×lo2/10=1.4*.224*0.6*1.22/10=0.027KN

β有效弯距系数，采用1.0

γ截面塑性发展系数，钢管截面为1.15

W—立杆截面模量〈〈建筑施工扣件式脚手架安全技术规范〉〉附表B得W=5.08cm3

NE欧拉临界力，NE＝π2EA/λ2

E为材料弹性模量E＝2.05*105

则N/ΦA+MW/W＝27.25*103/（0.744*489）+0.9*1*0.027*106/1.15*（5.08*103）*（1-0.8*27.25*103/（3.142*2.05*105*489/762）＝79.67KN/mm2≤f＝205KN/mm2

稳定性满足要求

4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＝90cm进行受力计算,在墩顶横梁截面及横隔板梁处按L＝60cm进行受力计算，实际布置跨距均不超过上述两值。

将方木简化为简支结构（偏于安全），木材的容许应力和弹性模量的取值容许弯应力［δw］=11MPa，容许剪应力［δτ］=1.7MPa，弹性模量取值E=9000MPa

4.1截面1-1

按主桥跨中截面1-1处进行计算，按30.0m范围内进行受力分析，按方木横桥向跨度L＝90cm进行验算。

4.1.1方木间距计算

q＝（1.2*q1+q2+q3+q4）×B＝（1.2*34.95+1.0+2.5+2）×30=1393.2kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×1393.2×0.92＝141.06kN·m

W=（bh2）/6=（0.1×0.12）/6=0.000167m3

则：

n=M/（W×［δw］）=141.06/（0.000167×11000×0.9）=85.32（取整数n＝86根）

d＝B/（n-1）=30/85=0.35m

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

经计算，方木间距小于0.35m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0.30m，则n＝30/0.3＝100。

4.1.2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）×［（1393.2×0.94）/（100×9×106×8.33×10-6×0.9）］=1.8×10-3m＜1/400=0.9/400=2.25×10-3m（挠度满足要求）

4.1.3每根方木抗剪计算

δτ＝（1/2）（qL）/（nA）=（1/2）×（1393.2×0.9）/（100×0.1×0.1×0.9）/1000

=0.712MPa＜［δτ］=1.7MPa

满足要求。

4.2截面2-2（墩顶及横隔梁）

按主桥墩顶截面处3.5m范围内进行受力分析，按方木横桥向跨度L＝60cm进行验算。

4.2.1方木间距计算

q＝（1.2*q1+q2+q3+q4）×B＝（1.2*54.90+1.0+2.5+2）×3.5=246.33kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×246.33×0.62＝11.1kN·m

W=（bh2）/6=（0.1×0.12）/6=0.000167m3

则：

n=M/（W×［δw］）=11.1/（0.000167×11000×0.9）=6.7（取整数n＝7根）

d＝B/（n-1）=3.5/6=0.58m

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

经计算，方木间距小于0.58m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0.25m，则n＝3.5/0.25＝14。

4.2.2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）×［（246.33×0.64）/（14×9×106×8.33×10-6×0.9）］=4.4×10-4m＜1/400=0.6/400=1.5×10-3m

满足要求

4.2.3每根方木抗剪计算

δτ＝（1/2）（qL）/（nA）=（1/2）×（246.3×0.6）/（14×0.1×0.1×0.9）/1000=0.586MPa

＜［δτ］=1.7MPa

满足要求。

由以上计算所得：

1-1桥梁跨中截面处横桥向方木布置间距是30cm;2-2桥梁实心段截面处横桥向方木布置间距是20cm。

经验算方木弯距、挠度、抗剪均符合规范要求，可以按此间距布置方木。

5立杆顺桥向方木验算

本施工方案中在支架顶顺桥向采用15×15cm方木，方木横桥向跨度在箱梁跨中截面处按L＝90cm进行受力计算,在墩顶横梁截面及横隔板梁处按L＝60cm进行受力计算，横向间距均为L＝60cm,桥梁跨中1-1截面部位均按30cm布置，桥墩、实心段2-2截面处均按0.25cm布置。

将方木简化为简支结构（偏于安全），木材的容许应力和弹性模量的取值容许弯应力［δw］=11MPa，容许剪应力［δτ］=1.7MPa，弹性模量取值E=9000MPa

5.1截面1-1

按主桥跨中截面1-1处进行计算，支架体系采用立杆横桥向间距×纵桥向间距为60cm×90cm的布置结构，横桥向方木顺桥向布置间距为30cm，见上图间距为30cm示意，支架布设按跨中30.0m范围内进行受力分析

5.1.1方木抗弯计算

p=lq/n＝L（1.2*q1+q2+q3+q4）×B/n＝0.6×（41.9+1.0+2.5+2）×30/100=8.35kN

Mmax＝pa1+pa2＝0.45*8.35+0.15*8.35=5.01kN·m

W=（bh2）/6=（0.15×0.152）/6=5.63×10-4m3

δ=Mmax/W=5.01/（5.63×10-4）=8.9MPa＜0.9［δw］＝9.9MPa（符合要求）

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

5.1.2方木抗剪计算

Vmax=3p/2=（3×8.35）/2=12.53kN

δτ＝（3/2）Vmax/A=（3/2）×12.53/（0.15×0.15）=0.278MPa<

［δτ］×0.9=1.7×0.9=1.53MPa

满足要求。

5.1.3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=

=4.74×10-4＜l/400=0.9/400m=2.25×10-3m

故，挠度满足要求

5.2截面2-2

按主桥跨中截面1-1处进行计算，支架体系采用立杆横桥向间距×纵桥向间距为60cm×60cm的布置结构，横桥向方木顺桥向布置间距为25cm，见上图间距为25cm示意，支架布设按跨中3.5m范围内进行受力分析

5.2.1方木抗弯计算

p=lq/n＝l（q1+q2+q3+q4）×B/n＝0.6×（65.9+1.0+2.5+2）×3.5/14=10.56kN

Mmax＝pa1+pa2＝（0.3+0.05）×10.56=3.22kN·m

W=（bh2）/6=（0.15×0.152）/6=5.63×10-4m3

δ=Mmax/W=3.22/（5.63×10-4）=5.72MPa＜0.9［δw］＝9.9MPa（符合要求）

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

5.2.2方木抗剪计算

Vmax=3p/2=（3×10.56）/2=15.84kN

δτ＝1.5Vmax/A=1.5×15.84/（0.15×0.15）=1.06MPa＜［δτ］×0.9=1.7×0.9

=1.53MPa

符合要求。

5.2.3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

fmax=

=2.766×10-4m＜0.9×L/400=0.6/400m=1.5×10-3m

故，挠度满足要求

6梁板底模验算

本方案中箱梁底模采用1.5cm竹胶板，铺设在桥梁跨中纵向间距0.3m的横桥向方木上，以及在桥墩旁实心段纵向间距0.25m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，满足要求即可。

6.1截面2-2

板下方木间距采用10×10cm方木，中到中25cm间距布置，则板上每米长的荷载为：

q＝（1.2*q1+q2+q3+q4）×B

＝（1.2*54.90+1.0+2.5+2）*0.25=17.6kN/m

模板跨中弯距按下式计算

M＝（1/10）qL2=（1/10）×17.6×12＝1.76N·m

按集中力P＝1.5KN计算

M1/2=PL/6=1.5*1/6=0.25<1.76kN·m

模板面板采用竹胶板，其容许应力[σ0]=90MPa，由于为临时工程，并可提高1.2。

W=M1/2/1.2*σw=1.76/（1.2*90*103）=1.63*10-5m2

根据W、b求得h为：

h=√（（6*W）/b）=√（（6*1.63*10-5）/1）=0.099m=1cm

因此，竹胶板厚度采用1.5cm。

核算其挠度，则有：

竹胶板弹性模量：

E＝7.5*106

I=（bh3）/12＝（1*0.0153）/12=2.81*10-7

fmax=（5/384）×［（qL4）/（EI）］=17.6*0.254/（7.5*106*2.81*10-7）

=4.2*10-4

6.2截面2-2

板下方木间距采用10×10cm方木，中到中30cm间距布置，则板上每米长的荷载为：

q＝（1.2*q1+q2+q3+q4）×B

＝（1.2*34.95+1.0+2.5+2）*0.3=14.23kN/m

模板跨中弯距按下式计算

M＝（1/10）qL2=（1/10）×14.2×12＝1.42N·m

按集中力P＝1.5KN计算

M1/2=PL/6=1.5*1/6=0.25<1.42kN·m

模板面板采用竹胶板，其容许应力[σ0]=90MPa，由于为临时工程，并可提高1.2。

W=M1/2/1.2*σw=1.42/（1.2*90*103）=1.31*10-5m2

根据W、b求得h为：

h=√（（6*W）/b）=√（（6*1.31*10-5）/1）=0.0089m=0.9cm

故，竹胶板厚度采用1.5cm。

核算其挠度，则有：

竹胶板弹性模量：

E＝7.5*106

I=（bh3）/12＝（1*0.0153）/12=2.81*10-7

fmax=（5/384）×［（qL4）/（EI）］=14.2*0.34/（7.5*106*2.81*10-7）

=7.1*10-4

7地基承载力

支架通过顶托上的分配梁、底托下的枕木或型钢分布后，由现浇箱梁混凝土传递来的荷载，可近似按支架整体受力、荷载均布于地基上计算地基承载力。

在跨中1-1截面支架计算中每根立杆承受的最大重量为27.25KN，通过枕木的分布作用，支架立杆横桥向间距为60cm，单根立杆下作用在地基上的面积为0.2m×0.9m＝0.12m2，则地基承载力要求为27.25÷0.12＝227kpa；

在墩实心段2-2截面支架计算中每根立杆承受的最大重量为27.96KN，支架立杆横桥向间距为60cm，单根立杆下作用在地基上的面积为0.2m×0.9m＝0.12m2，则地基承载力要求为27.96÷0.12＝233kpa；

为进一步保证支架安全，取250kpa做为最小值控制施工，施工时必须严格按方案要求进行地基处理，在混凝土封面施工前由试验室进行检测，承载力达不到要求的地段必须重新处理，以确保安全。