匝道支架方案.docx
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匝道支架方案
北京东路匝道桥现浇箱梁模板及满堂支架方案
计
算
书
贵州建工集团总公司
北京东路E标段项目经理部
2010年4月4日
一、编制依据
1、贵阳市北京东路道路工程E标段桥梁工程施工图设计文件及地勘报告,以及设计变更、补充、修改图纸及文件资料。
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(城市建设部分),以及现行有关施工技术规范、标准等。
3、参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2002)和《混凝土工程模板与支架技术》、《公路桥涵施工手册》、《建筑施工计算手册》等进行计算,参考《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》(报批稿)有关要求。
二、工程概况
绕城调头匝道桥位于北京东路K7+420处,其主要作用是连接北京东路左、右幅车道。
桥梁的起点桩号为K0+197.19,终点桩号K0+297.19,全桥长100米(不包括桥台的长度),为单幅匝道桥。
桥宽8米。
钢筋砼现浇箱梁主要材料数量表
表1-1
联别
整幅
跨径组合(孔-米)
25+25+25+25
起讫桩号
K0+197.19-k0+297.19
断面形式
等截面单箱单式
全长(米)
100
梁高(米)
1.50
梁宽
8.0
支架体积(空间立方米)
10000
备注
现浇砼连续箱梁
三、支架设计要点
1、支架地基处理
根据地勘提供的资料,地质情况从上到下为亚粘土层、弱风化白云岩及强风化白云岩等。
从地勘资料和现场实际反映,箱梁下部地基为亚粘土层,无软基情况。
因此地基整体不需处理,整平压实即可。
满堂支架范围:
梁宽的投影面左右各加宽1m。
首先对支架布设范围内的表土、杂物及淤泥进行清除,并将桥下范围内泥浆池及基坑采取抽水排干后,用砂石将泥浆池及基坑回填密实,以防止局部松软下陷。
在桥的左右侧距支架范围2m外沿桥方向开挖一条60cm×60cm的排水沟,用于雨季排洪和降低地下水位。
一般地段地基处理:
将原地面的浮土清除,有淤泥地段将淤泥清除,用石料回填并夯实。
根据梁底的高度,对其地面进行整平(斜坡地段做成台阶),回填或换填部位每30cm厚采用重型压路机碾压密实(压实度≥90%),达到要求后,采用标准贯入试验,如粘质土N>7,则σ>190MPa;如砂类土(中、粗砂)N>15,则σ>250MPa,承载力可满足要求。
再填筑50cm的建筑弃渣或土石混碴,分层填筑,分层碾压,使压实度达到94%以上。
最后铺筑15cm厚水泥稳定碎石层,养生后再铺筑20cmC25砼作为满堂支架的基础,其上搭设满堂支架。
2、做好原地面排水,防止地基被水浸泡
桥下支架地基基础表面设2%的人字型横坡以利于排水,并在支架基础两侧设置排水沟,排水沟采用砂浆摸面,防止积水使地基软化而引起支架不均匀下沉。
3、现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求
现浇箱梁满堂支架采用扣件式钢管支架搭设,立杆顶设二层方木,立杆上纵向设15×15cm方木;纵向方木上设10×10cm的横向方木,其中在墩顶端横梁和跨中横隔梁下及跨中间距不大于0.1m(净间距0.05m)。
模板宜用厚1.2cm的优质竹胶合板,横板边角用4cm厚木板加强,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2.7m设一道,纵桥向斜撑沿横桥向共设4~5道,支架外表面必须满布剪刀撑。
每根立杆底部立在混凝土基础上,同时支架立杆必须设置纵、横向扫地杆。
剪刀撑、斜撑搭设应随立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设。
匝道桥立杆的纵、横向间距及横杆步距等搭设要求如下:
⑴采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×100cm和60cm×70cm×100cm及60cm×90cm×100cm三种布置形式的支架结构体系,其中:
墩旁两侧各2m范围内的支架采用60cm×60cm×100cm的布置形式;除墩旁两侧各2m之外的其余范围内的支架采用60cm×70cm×100cm的布置形式,翼缘板采用60cm×90cm×100cm,但纵横隔板梁下2m范围内的支架立杆的间距应加密至60cm(即采用60cm×60cm×100cm支架布置形式)。
四、现浇箱梁支架验算
本计算书分别以跨径25m等截面现浇混凝土箱形连续梁为例,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。
㈠、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:
⑴q1——箱梁自重荷载,新浇混凝土密度取2600kg/m3。
钢筋混凝土的重量由相对应的支架承担,按照箱梁对应的面积,虽然是分为两次浇筑,但荷载是全部压在支架上的,所以将箱梁分为翼板、底板和顶板、腹板和顶板,梁端和横隔板五部分进行支架计算。
箱梁自重荷载,
翼板:
2.86吨/m,
底板和顶板:
3.7吨/m,
腹板和顶板:
4.68吨/m,
梁端:
15.6吨/m
横隔板:
15.6吨/m。
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)。
内模与外膜采用2.44*1.22*0.012竹胶板,
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。
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=26℃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=1.2/26=0.046>0.035
h=1.53+3.8V/t=0.23m
q5=PM=K×r×h=1.2×26×0.23=7.17KPa
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所示:
钢管支架:
根据《K7+420匝道桥支架布置方案》(翼板支架高度按11.3米,底板按10米)计算:
翼板对应部分支架需用钢管长度为101*5*11.3+10*2*101+90.5*5*10=12251.5米,重量为47.1吨;
腹板的钢管用量为164*2*10+0.6*164*10+98*2*10=6224米,重量为24吨;
底板对应的支架钢管用量为127*6*10+3*127*10+6*88.9*10=16764米,重量为64.374吨;
对应的钢管长度为6*10*7+4*3*10+1.6*7*10=652米,重量为2.5吨。
⑻q8——底模下方楞木重量:
采用立杆上纵向设10×15cm方木;纵向方木上设10×10cm的横向方木,梁端实体、腹板、横隔板、底板和翼板位置间距10㎝,查表得方楞木容重为0.9*103㎏/m3,那么腹板对应位置的每平方米10×10cm方楞木的长度为10米,重量为10*0.1*0.10*9=0.9KN/M2;15×15cm方楞木长度为2米,重量为2*0.15*0.15*9=0.41KN/M2,翼板对应的位置每平方米15×15cm方楞木长度为4米,重量为4*0.15*0.15*9=0.81KN/M2,10×10cm方楞木长度为5米,重量为5*0.1*0.1*9=0.45KN/M2,梁端实心和横隔板部分对应位置每平方米15×15cm方楞木长度为2米,重量为1.7*0.15*0.15*9=0.34KN/M2,10×10cm方楞木的长度为25米,重量为25*0.1*0.1*9=2.25KN/M2.底板对应的位置每平方米15×15cm方楞木长度为2米,重量为2*0.15*0.15*9=0.405KN/M2,10×10cm方楞木长度为5米,重量为5*0.1*0.1*9=0.45KN/M2,
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+⑻
⑴+⑵+⑺
侧模计算
⑸+⑹
⑸
四、支架计算
支架采用∮48×3.5mm扣件式钢管,除顶面部分(不超过3.0m范围内)因钢管的长度受到限制,采用搭接外,其余均采用对接形式。
1、钢管支架的截面特性和容许荷载
查相关手册,得到截面特性如下:
外径
(mm)
壁厚
(mm)
截面积
A(mm2)
惯性矩
(mm4)
抵抗矩
(mm3)
回转半径
(mm)
每延米自重
(kg)
48
3.5
4.89×102
1.215×105
5.078×103
15.78
3.84
钢管支架的容许荷载[N]
横杆间距L(cm)
∮48×3.5mm扣件式钢管
对接立杆(KN)
搭接立杆(KN)
100
35.7
13.9
钢管的容许压应力[σ]=215Mpa
单个扣件的容许抗滑力为[Rc]=8.5KN
2、箱梁对应得各部分支架立杆计算
1.梁端实心部分及横隔板对应的支架计算(支架高度10m)扣件式钢管支架体系采用60×60×100cm的布置结构,如下图:
混凝土重量G1=156*1.6=249.6KN
模板重量G2=1*1.6*4=6.4KN
模板下分配方楞木重量G3=2.59*1.6*4=16.576KN
施工荷载:
临时堆放材料及风荷载G4=(2+2.5+2+2)*1.6*4=54.4KN
钢管支架荷载G5-1=25*3÷10=7.5KN(支架顶面以下3米范围内)
钢管支架荷载G5=25KN(支架顶面以下10米范围内)
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),总荷载G3.0=G1+G2+G3+G4+G5-1=249.6+6.4+16.576+54.4+7.5=334.474KN
、在支架顶面以下10米范围内,总荷载G17=G1+G2+G3+G4+G5=249.6+6.4+16.574+54.4+25=351.974KN
②、梁端实心部分及横隔板对应的立杆数量为n=42根,单根钢管的受力情况为:
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),考虑0.5系数;N=1.5*G3.0/n=1.5*334.474KN/42=11.95KN
N<[N]=13.9KN,满足强度要求
N>[Rc]=8.5KN,扣件抗滑不能够满足要求,施工时使用2到3个扣件来满足抗滑要求。
、在支架顶面以下10米范围内,考虑、5系数:
N=1.5*G17/n=1.5*351.974KN/42=12.571KN
N<[N]=35.7KN,满足强度要求
因采用对接扣件,不考虑扣件抗滑要求
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=12.246KN
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—支架立杆的截面积A=489mm2(取φ48mm×3.5mm钢管的截面积)
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=15.78㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=1m。
于是,λ=L/i=63.71,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.752。
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/m2
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距1×La×h2/10=0.06
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=5.08×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=12.246×103/(0.829×489)+0.06×106/(5.08×103)=42.02KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
2、翼板部分的各种荷载计算(钢管支架高度11.3m高计):
翼板支架布置图如下:
钢筋混凝土重量G1=28.6*90.5=2588.3KN
模板重量G2=1*90.5*4=362KN
模板下分配方楞木重量G3=1.26*90.5*4=456.12KN
施工荷载;临时堆放材料荷载、风荷载G4=(2+2.5+2+2)*4*90.5=3077KN
钢管支架荷载G5-1=471*3÷11.3=125.044KN(支架顶面以下3米范围内)
钢管支架荷载G5=471KN(支架顶面以下11.3米范围内)
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),总荷载G3.0=G1+G2+G3+G4+G5-1=2588.3+362+456.12+3077+125.044=6608.464KN
、在支架顶面以下11.3米范围内,总荷载G22.5=G1+G2+G3+G4+G5=2588.3+362+456.12+3077+471=6954.42KN
翼板的立杆数量为n=1010根,单根钢管的受力情况为:
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),考虑0.5系数N=1.5*G3.0/n=1.5*6608.464KN/1010=9.81KN
N<[N]=13.9KN,满足强度要求
N>[Rc]=8.5KN,扣件抗滑不能够满足要求,施工时使用2到3个扣件来满足抗滑要求。
、在支架顶面以下11.3米范围内)考虑0.5系数,N=1、5*G22.5/n=1、5*6954.42KN/1010=10.32KN
N<[N]=35.7KN,满足强度要求
因采用对接扣件,不考虑扣件抗滑要求
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=10.43KN
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—支架立杆的截面积A=489mm2(取φ48mm×3.5mm钢管的截面积)
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=15.78㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=1m。
于是,λ=L/i=63.71,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.752。
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/m2
La—立杆纵距0.9m;
h—立杆步距1×La×h2/10=0.09
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=5.08×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=10.43×103/(0.829×489)+0.09×106/(5.08×103)=43.445KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的
3.底板对应的支架计算(支架高度10m)
混凝土重量G1=37*88.9=3289.3KN
模板重量G2=266.7KN
模板下分配方楞木重量G3=228.02KN
施工荷载:
临时堆放材料及风荷载G4=(2+2.5+2+2)*88.9*3=2266.95KN
钢管支架荷载G5-1=643.74*3÷10=193.122KN(支架顶面以下3米范围内)
钢管支架荷载G5=643.74KN(支架顶面以下10米范围内)
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),总荷载G3.0=G1+G2+G3+G4+G5-1=3289.3+266.7+228.02+2266.95+193.12=6244.09KN
、在支架顶面以下10米范围内,总荷载G17=G1+G2+G3+G4+G5=3289.3+266.7+228.02+2266.95+643.74=6694.71KN
底板对应的立杆数量为n=762根,单根钢管的受力情况为:
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),考虑0.5系数,N=1.5*G3.0/n=1.5*6244.09KN/762=12.29KN
N<[N]=13.9KN,满足强度要求
N>[Rc]=8.5KN,扣件抗滑不能够满足要求,施工时使用2到3个扣件来满足抗滑要求。
、在支架顶面以下10米范围内考虑0.5系数,N=1.5*G17/n=1.5*6694.71KN/762=13.17KN
N<[N]=35.7KN,满足强度要求
因采用对接扣件,不考虑扣件抗滑要求
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=13.63KN
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—支架立杆的截面积A=489mm2(取φ48mm×3.5mm钢管的截面积)
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=15.78㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=1m。
于是,λ=L/i=63.71,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.752。
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/m2
La—立杆纵距0.7m;
h—立杆步距1×La×h2/10=0.07
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=5.08×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=13.63×103/(0.829×489)+0.07×106/(5.08×103)=47.402KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
4.腹板对应的支架计算(支架高度10m)
腹板支架布置图如下所示:
钢筋混凝土重量G1=46.8*88.9=4160.52KN
模板重量G2=96.9KN
模板下分配方楞木重量G3=116.459KN
施工荷载:
临时堆放材料荷载及风荷载G4=(2+2.5+2+2)*1*68.9+(2+2.5+2+2)*1.4*20=823.65KN
钢管支架荷载G5-1=240×3÷10=72KN(支架顶面以下3米范围内)
钢管支架荷载G5=240KN(支架顶面以下10米范围内)
腹板对应的立杆数量为n=664根,单根钢管的受力情况为;
、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),总荷载G3.0=G1+G2+G3+G4+G5-1=4160.52+96.9+116.459+823.65+72=5269.529KN
、在支架顶面以下10米范围内,总荷载G10=G1+G2+G3+G4+G5=4160.52+96.9+116.459+823.65+240=5437.529KN
Ⅰ、在支架顶面以下3米范围内(容许搭接部分),考虑0.5系数N=1、5*G3.0/n=11.91KN
N<[N]=13.9KN,满足强度要求
N>[Rc]=8.5KN,扣件抗滑不能够满足要求,施工时使用2到3个扣件来满足抗滑要求。
、在支架顶面以下10米范围内,考虑0.5系数N=1、5*G17/n=12.28KN
N<[N]=35.7KN,满足强度要求
因采用对接扣件,不考虑扣件抗滑要求
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=12.28KN
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—支架立杆的截面积A=489mm2(取φ48mm×3.5mm钢管的截面积)
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=15.78㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=1m。
于是,λ=L/i=63.71,参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ=0.752。
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/m2
La—立杆纵距0.6m;
h—立杆步距1×La×h2/10=0.06
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=5.08×103mm3
则,N/ΦA+MW/W=12.28×103/(0.829×489)+0.06×106/(5.08×103)=42.11KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
2、满堂支架整体抗倾覆验算
依据《公路桥涵技术施工技术规范实施手册》第9.2.3要求支架在自重和风荷栽作用下时,倾覆稳定系数不得小于1.3。
K0=稳定力矩/倾覆力矩=y×Ni/ΣMw
采用第二跨25m验算支架抗倾覆能力:
桥宽度8m,长25m采用60×70×120cm和60×60×120cm及60×9×120cm跨中支架来验算全桥:
支架横向17排;
支架纵向底板区33排,腹板区38排;翼板区25排
高度10m;
立杆需要5170m;
纵向横杆需要3825m;
横向横杆需要2770m;
故:
钢管总重(5170+3825+2770)×3.84=45.17T;
故q=45.17×9.8=442.666KN;
稳定力矩=y×Ni=16×442.