桥梁满堂支架计算书说明书.docx

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桥梁满堂支架计算书说明书

满堂支架及模板方案计算说明书

西滨互通式立体交叉地处厦门市翔安区西滨村附近，采用变形苜蓿叶型方案,利用空间分隔的方法消除翔安大道和窗东路两线的交叉车流的冲突,使两条交叉道路的直行车辆畅通无阻。

Q匝道桥为窗东路上与翔安大道相交的主线桥梁，桥跨布置为5×28+5×28+（28+2×35+34+33）+3×27m，预应力砼连续箱梁，梁高2.0m，箱梁顶宽为8.0～18.58m，箱梁采用C50混凝土。

以Q桥左线第一联为例，梁高2m，顶宽13.5m，支架最高6m，跨径5×28m，支架采用碗扣式多功能脚手杆（Φ48X3.5mm）搭设，使用与立杆配套的横杆及立杆可调底座、立杆可调顶托，墩旁两侧各3.0m范围内的支架采用60×60×120cm的布置形式，墩旁外侧3.0m～8m范围内、纵横隔板梁下1.5m的支架采用60×90×120cm的布置形式，其余范围内（即跨中部分）的支架采用90×90×120cm的布置形式支架及模板方案。

立杆顶设二层方木，立杆顶托上纵向设10×15cm方木；纵向方木上设10×10cm的横向方木，其中在端横梁和中横梁下间距0.25m，在跨中其他部位间距0.35m。

1荷载计算

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，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，经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示：

表1.1-1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）

60cm×60cm×120cm

2.94

60cm×90cm×120cm

2.21

90cm×90cm×120cm

1.84

1.1.1荷载组合

表1.1-2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

1.1.2荷载计算

⑴箱梁自重——q1计算

根据Q匝道现浇箱梁结构特点，我们取Ⅰ-Ⅰ截面、Ⅱ－Ⅱ截面、Ⅲ－Ⅲ截面（墩顶及横隔板梁）等三个代表截面进行箱梁自重计算，并对三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。

1Ⅰ－Ⅰ截面处q1计算

图1.1-1Q匝道桥Ⅰ－Ⅰ截面

根据横断面图，则：

q1＝

=

＝

注：

B—箱梁底宽，取8.5m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。

2

Ⅱ－Ⅱ截面处q1计算

图1.1-2Q匝道桥Ⅱ－Ⅱ截面

根据横断面图，则：

q1＝

=

＝

注：

B—箱梁底宽，取8.5m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。

3Ⅲ－Ⅲ截面处q1计算

图1.1-3Q匝道桥Ⅲ－Ⅲ截面

根据横断面图，则：

q1＝

=

＝

注：

B—箱梁底宽，取8.5m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。

⑵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=1.53+3.8V/t=1.69m

q5=

2结构检算

2.1碗扣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立杆强度及稳定性验算，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强度及稳定性计算公式进行分析计算（碗扣架用钢管规格为φ48×3.5mm）。

⑴Ⅰ－Ⅰ截面处

跨中14m范围内，碗扣式钢管支架体系采用90×90×120cm的布置结构，如下图5.1－6。

图2.1-1脚手架90×90×120cm布置图

①、立杆强度验算

根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］＝30kN（参见公路桥涵施工手册中表13－5碗口式构件设计荷载）。

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=0.9×0.9×q1=0.9×0.9×23.09=18.7KN

NG2K=0.9×0.9×q2=0.9×0.9×1.0=0.81KN

ΣNQK=0.9×0.9×（q3+q4+q7）=0.81×（1.0+2.0+1.84）=3.92KN

则：

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK=1.2×（18.7+0.81）+0.85×1.4×3.92=28.07KN＜［N］＝30KN，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＝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＝15.8㎜。

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=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1.2m,MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.143

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＝28.07×103/（0.744×489）+0.143×106/（5.08×103）

＝158.5KN/mm2≤f＝205KN/mm2

计算结果说明支架是安全稳定的。

⑵Ⅱ－Ⅱ截面处

桥墩旁3m～7m范围内，碗扣式钢管支架体系采用60×90×120cm的布置结构，如下图。

图2.1-2脚手架60×90×120cm布置图

①、立杆强度验算

根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］＝30kN（参见公路桥涵施工手册中表13－5碗口式构件设计荷载）。

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=0.6×0.9×24.9=13.446KN

NG2K=0.6×0.9×q2=0.6×0.9×1.0=0.54KN

ΣNQK=0.6×0.9×（q3+q4+q7）=0.54×（1.0+2.0+2.21）=2.813KN

则：

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK=1.2×（13.446+0.54）+0.85×1.4×2.813=20.131KN＜［N］＝30KN，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＝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＝15.8㎜。

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=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1.2mMW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.143

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＝20.131×103/（0.744×489）+0.143×106/（5.08×103）

＝136.6KN/mm2≤f＝205KN/mm2

计算结果说明支架是安全稳定的。

⑶Ⅲ－Ⅲ截面处

在桥墩旁两侧各3m范围内，碗扣式钢管支架体系采用60×60×120cm的布置结构，如下图：

图2.1-3脚手架60×60×120cm布置图

①、立杆强度验算

根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm时，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］＝30kN（参见公路桥涵施工手册中表13－5碗口式构件设计荷载）。

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=0.6×0.6×55.7=20.052KN

NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KN

ΣNQK=0.6×0.6×（q3+q4+q7）=0.36×（1.0+2.0+2.94）=2.138KN

故：

N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK=1.2×（20.052+0.36）+0.85×1.4×2.138=27.039KN＜［N］＝30KN，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＝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＝15.8㎜。

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=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1.2m，

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=5.08×103mm3

则，N/ΦA+MW/W＝27.039×103/（0.744×489）+0.095×106/（5.08×103）

＝93.02KN/mm2≤f＝205KN/mm2

计算结果说明支架是安全稳定的。

2.2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

按Q匝道桥第一联140m长度验算支架抗倾覆能力：

桥梁宽度13.5m，长140m采用90×90×120cm跨中支架来验算全桥：

支架横向156排；

支架纵向15排；

高度6m；

顶托TC60共需要156×15=2340个；

立杆需要156×15×6=14040m;

纵向横杆需要156×6/1.2×15=11700m；

横向横杆需要15×6/1.2×140=10500m；

故：

钢管总重（14040+11700+10500）×3.84=139.161t;

顶托TC60总重为：

2340×7.2=16.848t；

故q=139.161×9.8+16.848×9.8=1528.888KN；

稳定力矩=y×Ni=6.75×1528.888=10319.994KN.m

依据以上对风荷载计算WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.38×1.2×0.8=0.927KN/m2

Q匝道第一联140m共受力为：

q=0.927×6×140=778.68KN；

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）考虑到箱梁模板横桥向的风荷载，将该风荷载加载于支架上，安全。

梁高2m，横桥向箱梁模板风荷载q1=1kPa×2m×136m=272KN

倾覆力矩=q×4=（778.68+272）×4=4202.72KN.m

K0=稳定力矩/倾覆力矩=10319.994/4202.72=2.46>1.3

计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求。

2.3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，方木横桥向跨度在跨中截面处按L＝90cm进行受力计算，在桥墩顶横梁截面及横隔板梁处、桥墩顶及墩旁各7m范围内按L＝60cm进行受力计算，实际布置跨距均不超过上述两值。

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。

图2.3-1底模下横桥向方木受力简图

⑴Ⅰ－Ⅰ截面处

按桥每跨中Ⅰ－Ⅰ截面14.0m范围内进行受力分析，按方木横桥向跨度L＝90cm进行验算。

①方木间距计算

q＝（q1+q2+q3+q4）×B＝（23.09+1.0+2.5+2）×14=400.26kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×400.26×0.92＝40.526kN·m

W=（bh2）/6=（0.13）/6=0.0001667m3

则：

n=M/（W×［δw］）=40.526/（0.0001667×11000×0.9）=24.6（取整数n＝25根）

d＝B/（n-1）=14/24=0.583m

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0.35m，则n＝14/0.35＝40根。

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）×［（400.26×0.94）/（40×9×106×8.33×10-6）］=1.14×10-3m＜l/400=0.9/400=2.25×10-3m（挠度满足要求）

③每根方木抗剪计算

0.13/8=1.25×10-4m3

0.14/12=8.33×10-6m4

τ=

400.26×0.9×1.25×10-4/（40×2×8.33×10-6×0.1）=0.676MPa＜0.9×［τ］=0.9×1.7MPa=1.53MPa

符合要求。

⑵Ⅱ－Ⅱ截面处

按桥墩旁Ⅲ－Ⅲ截面处5.0m范围内进行受力分析，按方木横桥向跨度L＝90cm进行验算。

①方木间距计算

q＝（q1+q2+q3+q4）×B＝（24.9+1.0+2.5+2）×5=152kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×152×0.92＝15.29kN·m

W=（bh2）/6=（0.13）/6=0.0001667m3

则：

n=M/（W×［δw］）=15.29/（0.0001667×11000×0.9）=9.3取整数n＝10根）

d＝B/（n-1）=5/9=0.56m

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

经计算，方木间距小于0.56m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0.35m，则n＝5/0.35＝15根。

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）×［（152×0.94）/（15×9×106×8.33×10-6）］=1.15×10-3m＜l/400=0.9/400=2.25×10-3m（挠度满足要求）。

③每根方木抗剪计算

0.13/8=1.25×10-4m3

0.14/12=8.33×10-6m4

τ=

152×0.9×1.25×10-4/（15×2×8.33×10-6×0.1）=0.684MPa＜0.9×［τ］=0.9×1.7MPa=1.53MPa

符合要求。

⑶Ⅲ－Ⅲ截面处

桥墩顶截面处2.0m范围内进行受力分析，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＝（55.7+1.0+2.5+2）×2=122.4kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×122.4×0.62＝5.508kN·m

W=（bh2）/6=（0.13）/6=0.0001667m3

则：

n=M/（W×［δw］）=5.508/（0.0001667×11000×0.9）=3.3（取整数n＝4根）

d＝B/（n-1）=2/3=0.67m

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

经计算，方木间距小于0.67m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＝2/0.25＝8。

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）×［（122.4×0.64）/（8×9×106×8.33×10-6）］=0.34×10-3m＜l/400=0.6/400=1.5×10-3m（挠度满足要求）

③每根方木抗剪计算

0.13/8=1.25×10-4m3

0.14/12=8.33×10-6m4

τ=

122.4×0.6×1.25×10-4/（8×2×8.33×10-6×0.1）=0.687MPa＜0.9×［τ］=0.9×1.7MPa=1.53MPa

符合要求。

2.4碗扣式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10×15cm方木作为纵向分配梁。

顺桥向方木的跨距，根据立杆布置间距，在箱梁跨中按L＝90cm（横向间隔l＝90cm）进行验算，在墩旁和横隔板部位按L＝60cm（横向间隔l＝60cm布置）进行验算。

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。

图2.4-1立杆顶托上顺桥向方木受力简图

⑴Ⅰ－Ⅰ截面处

跨中截面立杆顶托上顺桥向采用10×15cm规格的方木，顺桥向方木跨距90cm，横桥向间隔90cm布置，根据前受力布置图进行方木受力分析计算如下：

①每根方木抗弯计算

q＝（q1+q2+q3+q4）×B＝（23.09+1.0+2.5+2）×0.9=25.731kN/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×25.731×0.92＝2.605kN·m

W=（bh2）/6=（0.10×0.152）/6=3.75×10-4m3

则：

δ=Mmax/W=2.605/（3.75×10-4）=6.95MPa＜0.9［δw］＝9.9MPa（符合要求）

注：

0.9为方木的不均匀折减系数。

②每根方木抗剪计算

则：

τ=

MPa＜0.9×［τ］=0.9×1.7MPa=1.53MPa

符合要求。

③每根方木挠度计算

方木的惯性矩I=（bh3）/12=（0.1×0.153）/12=2.8125×10-5m4

则方木最大挠度：

fmax=（5/384）×［（qL4）/（EI）］=（5/384）×［（30.42×0.94）/（9×106×2.8125×10-5）］=1.027×10-3m＜l/400=0.9/400=2.25×10-3m

故，挠度满足要求。

⑵Ⅱ－Ⅱ截面处

墩旁3～7m范围内立杆顶托上顺桥向采用10×15cm规格的方木，顺桥向方木跨距60cm，横桥向间隔布置90cm，根据前受力布置图进行方木受力分析计算如下：

①每根方木抗弯计算

q＝（q1+q2+q3+q4）×B＝（24.9+1.0+2.5+2）×0.9=27.36N/m

M＝（1/8）qL2=（1/8）×27.36×0.62＝1.23kN·m

W=（bh2）/6=（0.10×0.152）/6=3.75×10-4m3

则：

δ=Mmax/W=1.23/（3.75×10-4）=3.28MPa＜0.9［δw］＝9.9MPa