桥墩柱模板支架专项方案.docx

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桥墩柱模板支架专项方案

桥墩施工方案计算书

一、墩柱模板

墩柱模板采用钢模，模板由钢板冷弯成圆形,圆外面加焊圆箍,圆箍尺寸由计算决定,钢模2米一节,用螺栓连接,每节段由两个半圆构成,亦用螺栓连接.拟桥墩柱每7.7～8米为一种施工单元,因而每次浇注墩高为7.7～8米.

1、模板计算

墩柱模板重要承受混凝土侧压力，按如下两式计算取用：

1pmax=γ×h；

式中：

γ为混凝土（含钢筋）重2600㎏/m3；

h为混凝土有效压头高度，由下式计算：

当浇注速度v同混凝土入模温度之比：

V/T≤0.035时.h=0.22+24.9V/T；V/T≥0.035时.h=1.53+3.8V/T;

普通状况下,v取6米/小时，T为25度（℃），则V/T=6/25=0.24；

h=1.53+3.8×0.24=1.53+0.912=2.442m.

pmax=2600×2.442=6349㎏/m2=0.635㎏/cm2;

2pmax=0.22γt0k1k2v½；

式中：

t0为新浇混凝土初凝时间，取5小时；

k1为外加剂影响修正系数，掺缓凝剂取1.2；

k2为坍落度影响修正系数.坍落度不大于30mm时，取0.85;

v同上式意义。

取v=6米/小时，v½=6½=2.449米；

代入上式pmax=0.22×2600×5×1.2×0.85×2.449=7144.2㎏/m2=0.714㎏/cm2;

普通取两式中较小者,但此处仍用大值pmax=0.714㎏/cm2;

考虑施工荷载:

振捣混凝土时对侧模产生压力0.04㎏/cm2；

下注混凝土时对外侧模产生压力0.02㎏/cm2；

共计：

pmax=0.714+0.04+0.02=0.774㎏/cm2;

⑴模板

模板拟用厚为8毫米钢板，冷弯卷成圆形，外侧面亦用厚8毫米钢板焊成水平加劲箍及竖向加劲肋，其高度100毫米。

加劲箍间距400毫米，竖向加劲肋间距300毫米。

侧面板应力及挠度检算，按四边简支板计算，lX/ly=300/400=0.75;

W=1/6×40×0.82=4.267cm3;I=1/12×40×0.83=1.71cm4;

Mmax=0.062×ql2=0.062×0.774×40×302=1727.57㎏•cm;

б=1727.57/4.267=404.87㎏/cm2;

f=0.00663×ql4/k

k=Eh3/12（1-υ2）=2.1×106×0.83×40/12（1-0.32）=3938462

f=0.00663×0.774×40×304/3938462=0.0422cm=0.4mm<1.5mm;

从计算可知，侧模重要受挠度控制，加劲箍间距应在40cm以内为好。

⑵竖肋

竖肋在加劲箍之间承受侧面板压应力，按均布荷载简支梁计算。

加劲肋板厚度8mm，

高100mm.截面特性：

W=1/6×0.8×102=13.33cm3;I=1/12×0.8×103=66.67cm4;

弯矩М=0.125×ql2,q=0.774×30=23.22㎏•cm，l=40cm;

М=0.125×23.2×402=4644㎏•cm.

应力б=4644/13.33=348.39㎏/cm2<1450㎏/cm2（可）;

挠度f=5×23.2×402/384×2.1×106×66.67=0.0055cm=0.055mm（可）;

（3）加劲箍

加劲箍承受侧面板产生拉应力，计算图式如图1：

加劲箍间距40cm时，半圆模板水平侧压力：

t=0.774×40×200×0.5=3100kg=3.1t

加劲箍截面：

0.8×10=8cm;

б=3100/8=387.5㎏/cm2<1400㎏/cm2（可）;

（4）连接螺栓

柱模连接螺栓拟用粗制普通螺栓，螺栓孔中心距150毫米，选用M16螺栓，容许拉力为2.45t，螺栓数量：

n=3.1/2.45=1.27≈2个。

柱模竖向连接每加劲箍内有3个螺栓，能承受拉力。

（5）柱模节段间连接法兰板厚12mm，竖向接缝连接板厚度亦为12mm，板宽均为100mm，在螺栓孔附近要设三角形加劲板，加劲板厚10mm,同连接板等高。

二、帽（系）梁模板及支架

桥墩施工程序先浇底节墩柱，随后浇底层系梁（含同系梁等高一段墩柱）,然后浇第二节墩柱、第二层系梁，以及第三节墩柱，最后浇帽梁。

墩柱逐节段施工不需支架,但脚手架从底至顶约30米高，系、帽梁除了脚手架外还需要支架。

现以右幅桥3号墩为例，对帽、系梁模板及支架进行计算。

1、帽（系）梁模板

（1）底模板

1）荷载

混凝土钢筋重1×1×1.6×2600=4160㎏/m2；

底模自重1×1×0.02×600=12㎏/m2；

混凝土振捣影响400㎏/m2；

施工荷载250㎏/m2；

混凝土导管入模200㎏/m2；

荷载组合1.2（4160+12）+1.4（200+250+400）=6196.4㎏/m2=0.62㎏/cm2；

不考虑分项系数4160+12+400+250+200=5022㎏/m2=0.502㎏/cm2；

底板每米宽线荷载51.0㎏/cm2；

底板下带木用方木，间距按20cm设立。

2）应力

Mmax=1/10×51.0×202=2040㎏•cm;

б=2040/54=37.8㎏/cm2<95㎏/cm2（可）;

3）挠度

f=0.632×51×204/100×9×104×48.6=0.0118cm=0.118mm;

带木间距改为25cm时：

①应力Mmax=0.1×51.0×252=3187.5㎏•cm;

б=3187.5/54=59.03㎏/cm2<95㎏/cm2（可）

②挠度f=0.632×51×254/100×9×104×48.6=0.0288cm=0.288mm;

带木间距改为30cm时：

①应力Mmax=0.1×51.0×302=4590㎏•cm;

б=4590/54=85㎏/cm2<95㎏/cm2（可）

②挠度f=0.632×51×304/100×9×104×48.6=0.0597cm=0.597mm;

f/l=0.0597/30=1/502<1/500；（可）

（2）带木（带木直接放置在大梁上）

①底层系梁带木应力及挠度检算。

带木直接放置在大工字梁上，其间距为30cm，截面尺寸拟用10×10cm；

截面特性W=1/6×10×102=166.67cm3;

I=1/12×10×103=833.33cm4;

带木线荷载0.51×30=15.3㎏/cm.

带木自重0.06㎏/cm;

共计：

15.36㎏/cm；

带木放置在大工字梁上，跨度为200+16.2=216.2cm;

M=1/8×15.36×216.22=89745.5㎏•cm;

б=89745.5/166.67=538.46㎏/cm2>95㎏/cm2（不可）

截面改为15×15cm时。

W=1/6×15×152=562.5cm3;

б=89745.5/562.5=159.55㎏/cm2>95㎏/cm2（不可）

截面改为18×18cm时。

W=1/6×18×182=972cm3;

б=89745.5/972=92.33㎏/cm2<95㎏/cm2

带木截面改为20×16cm时:

W=1/6×16×202=1066.67cm3;

I=1/12×16×203=10666.67cm4;

1）应力M=1/8×ql2

q=0.51×30=15.3㎏/cm;

带木自重0.2×0.16×1×600/100=0.192㎏/cm;

共计：

15.5㎏/cm;

Mmax=0.125×15.5×216.22=90563㎏•cm;

б=90563/1066.67=84.9㎏/cm2<95㎏/cm2（可）

2）挠度

f=5×15.5×216.24/384×9×104×10666.67=0.459cm=4.59mm;

f/l=0.459/216.2=1/471≈1/500（可）

②帽梁底模带木应力及挠度检算

帽梁带木跨度为160+16.2=176.2cm

带木线荷载：

15.5kg/cm.

Mmax=（0.125×15.5×176.22）=60152.5㎏•cm;

应力б=60152.5/1066.67=56.4㎏/cm2<95㎏/cm2；

挠度f=（5×15.5×176.24）/（384×9×104×10666.67）=0.20cm.

f/l=0.2/176.2=1/881<1/500.（可）

小结：

将帽（系）梁底模板下带木直接设立在大工字梁上，经上述计算，当间距30cm时，其截面尺寸宽16cm，高20cm，是由3号墩底层系梁控制（跨度216.2cm）,用在帽梁上则应力及挠度都不大。

此底模系统省去型钢横梁，但带木需4米长，单件重近80kg,在高空施工搬运较困难，因间距小，安楔木亦难。

（3）带木（带木放置于横梁上）

带木纵向设立，带木设在型钢横梁上，横梁设在大工字梁上。

带木采用10×10cm方木，间距为30cm，跨度拟90cm.

带木线荷载0.51×30=15.3kg/cm,

带木自重0.1×0.1×1×600=6kg/m=0.06kg/cm.

线荷载共计15.3+0.06=15.36kg/cm.

截面特性：

W=1/6×10×102=166.67cm3;I=（1/12）×10×103=833.33cm4;

M=0.1×15.36×902=12441.6㎏•cm;

应力б=12441.6/166.67=74.65㎏/cm2<95㎏/cm2；（可）

挠度f=（0.677×15.36×904）/（100×9×104×833.33）=0.09cm.

f/l=0.09/90=1/1000<1/500.（可）

带木跨度改为100cm时：

б=（0.1×15.36×1002）/166.67=92.16㎏/cm2<95㎏/cm2；（可）

f=（0.677×15.36×1004）/（100×9×104×833.33）=0.14cm.

f/l=0.14/100=1/714<1/500.（可）

将带木间距改为25cm时:

带木线荷载:

0.51×25×0.06=12.81㎏/cm；

б=（0.1×12.81×1002）/166.67=76.86㎏/cm2<95㎏/cm2；（可）

f=（0.677×12.81×1004）/（100×9×104×833.33）=0.116cm.

f/l=0.116/100=1/714<1/500.（可）

（4）横梁

横梁拟用2[20a，间距100cm，跨度216.2cm（176.2cm）;

截面特性：

W=178×2=356cm3；I=1780×2=3560cm4;

1）荷载

横梁承受带木集中荷载，计算图示如图2：

带木集中力P=26.67×90×0.51+0.1×0.1×0.9×600=1229.6kg;

依照以上计算图及荷载，计算得最大弯矩及剪力见图3、图4，最大弯矩：

Mmax=268600㎏•cm;

应力б=268600/356

=754.5㎏/cm2<1450㎏/cm2；（可）

挠度f={（5n2-4）/384nEI}×（1.23×103×216.23）

=（5×82-4）×1230×216.23/（384×8×2.1×106×3560）

=0.171cm.

f/l=0.171/216.2=1/1264<1/500.（可）

小结：

底模板下带木设立两种做法均可行，采用哪一种依照经济

比较选定，若有旧工字钢可取后者，从施工简便考虑可取前者。

（5）侧模

帽系梁侧模按普通构造用厚1.8cm夹板做侧模板，采用5×10方木做竖肋，横带普通用两根并列Φ48钢管，在两钢管间穿拉杆承受混凝土侧压力，靠斜撑稳定侧模板。

1）侧板

1荷载

帽系梁高度只有1.6米，混凝土侧压力按P=γh计算，h采用1.6米：

P=2600×1.6=4160㎏/m2

混凝土振捣产生侧压力400㎏/m2

下注混凝土产生侧压力200㎏/m2

共计4760㎏/m2=0.47㎏/cm2;

2模板应力

竖肋间距按30cm计算，取模板单宽100cm，则最大弯距：

Mmax=0.1×47×302=4230㎏•cm;

б=4230/54=78.33㎏/cm2<95㎏/cm2（可）；

③挠度

f=（0.677×47×304）/（100×9×104×48）=0.0597cm.

f/l=0.0597/30=1/503<1/500.（可）

2）竖带

竖向肋木间距30cm，在梁高范畴设三道拉杆，将竖肋提成两跨持续梁，每跨按60cm计算。

竖肋截面特性：

W=1/6×5×102=83.33cm3;I=（1/12）×5×103=416.67cm4;

1荷载

竖肋线荷载q=47×0.3=14.1㎏/cm；

Mmax=0.125×14.1×602=6345㎏•cm;

②应力б=6345/83.33=76.14㎏/cm2<95㎏/cm2；（可）

③挠度f=（0.521×14.1×604）/（100×9×104×416.67）=0.025cm.

f/l=0.025/60=1/2400<1/500;

3）横带

横带用Φ48钢管，钢管之间穿拉杆螺栓，螺栓间距拟用60cm。

横带承受竖肋集中力：

P=14.1×60=846㎏

弯矩Mmax按多跨承受集中力持续梁计算：

Mmax=0.175×846×60=8883㎏•cm;

2Φ48钢管W=5.09×2=10.18cm3;I=12.19×2=24.38cm4;

应力б=888.3/10.18=872.6㎏/cm2<1500㎏/cm2；（可）

挠度f=（1.146×846×603）/（100×2.1×106×24.38）=0.041cm.

f/l=0.041/60=1/1463<1/500；（可）

4）拉杆螺栓

每个拉杆螺栓承力N=P×2=846×2=1692㎏.

选用Φ14直径拉杆螺栓容许拉力1780㎏>1692㎏（可）

2．支架

如前所述，所谓帽（系）梁模板支架，是指支撑于墩柱圆钢轴上两片

大工字梁，圆钢轴设立在墩柱预留孔内，大工字钢对称放置在墩柱两侧，

用拉杆螺栓等联结件将两片大工字钢联结牢固，形成帽（系）梁模板

支架平台。

此平台沿桥墩帽（系）梁全长一次搭成，每道帽（系）梁一次

浇注混凝土。

（1）工字钢梁

工字钢梁拟用I50a,重93.654kg/m,截面积119.3cm2，W=1860cm3;I=46500cm4;

1）荷载

以右幅桥3号墩帽梁为例，帽梁跨度大，自重亦大。

底模带木直接支承在工

字梁上，带木之间净距15cm,故带木集中力可视为工字梁上均布荷载，工字梁按带悬臂两跨持续梁计算，如图5示。

均布荷载

混凝土重1.6×0.9×1×2400）=3456kg/m.

底模板0.018×0.9×1×600=9.72kg/m;

带木0.16×0.2×2.1×600×3.54=142.73kg/m；

钢筋重（14920.7/50）×0.9×1.6×1=429.72kg/m;（按设计数量）

侧模（0.018×1.8×1+0.05×0.1×2×3.54）×600+3.84×1×2×3+0.1×0.1×2×1×2.5×600+1.58×2×6=112.68kg/m.

防护设施30kg/m；

工字钢自重（含联结件）94+15=109kg/m；

共计4289.89kg/m

施工荷载振捣混凝土影响200×0.9×2/10=36kg/m；

下注混凝土200×0.9×1/10=18kg/m；

施工人员及设备（80×5+30×3）/10=49kg/m;

共计：

4289.85+36+18+49=4393kg/m.

依照以上计算，工字梁上线荷载为4393kg/m，考虑到尚有也许发生某些施工荷载，工字梁上线荷载按4500kg/m计算。

由于墩柱上帽梁荷载由墩柱自身承受，故工字钢梁上线荷载在墩柱位置中断，因此工字梁计算图式如图5所示。

为了比较弯矩变化状况，亦计算了均布荷载持续弯矩，见图6。

从图6看出，工字钢梁上荷载持续最大弯矩为17445.5㎏•m,荷载不持续弯矩为17107.99㎏•m,后者比前者小337.51㎏•m，后者不持续计算图式接近实际状况，按此弯矩检算工字钢梁应力。

此外,按横梁集中荷载作用在工字梁上,计算了工字梁上弯矩、剪力，见图7，可以看出，此种受力体系，工字钢梁上弯矩、剪力比以上两种状况要小。

2）应力

б=1710799/1860=919.78㎏/cm2<1450㎏/m2；（可）

按荷载持续时弯矩：

б=1744550/1860=937.93㎏/cm2<1450㎏/cm2；（可）

按单跨均布荷载时弯矩（先浇注完一跨状况）

M=（1/8）ql2=（1/8）×4500×6.42=23040㎏•m;

б=2304000/1860=1238.71㎏/cm2<1450㎏/cm2；（可）

2）挠度

计算挠度时，施工荷载可以不考虑，减少100kg/m,按4400kg/m=44kg/cm计算；

按单跨均布荷载:

f=（5/384EI）ql4=（5×44×6404）/（384×2.1×106×46500）=0.98cm.

f/l=0.98/640=1/653<1/500；（可）

按两跨均布荷载:

f=0.521×（44×6404）/（100×2.1×106×46500）=0.394cm.

f/l=0.394/640=1/1624<1/500；（可）

两端带悬臂两跨均布荷载挠度值比以上计算值更小。

3）工字梁整体稳定

工字梁整体稳定计算，按《钢构造设计规范》规定梁整体稳定计算公式为（M/φbW）≤f

式中：

M为绕强轴作用最大弯矩，M=23040㎏•cm

W为梁毛截面模量，WX-X=1860cm3;

φb为梁整体稳定系数，对于扎制普通工字钢简支梁，可以查表，按跨中无侧向支撑点梁，查得φb为0.554；代入上式：

2304000/（0.554×1860）=2235.9㎏/cm2>1450㎏/cm2,（不可）

在工字梁上翼加设横向支撑，即将2[20a槽钢同I50a工字梁用电焊连接，按距支点1.2米及跨中各设一道支撑考虑，则支撑间距2米，查得φb为2.6,代入则

2304000/（2.6×1860）=476.43㎏/cm2<1450㎏/cm2,（可）

若不设跨中支撑时,工字梁上翼两支撑之间距4米,查表得为0.97,代入则

2304000/（0.97×1860）=1277.02㎏/cm2<1450㎏/cm2,（可）

小结:

依照整体稳定计算,工字梁上翼需设横向支撑以约束自由长度,决定采用以2[20a作横梁底模系统，将跨中及两端三根横梁兼作横向支撑，并在梁下翼相应于横向支撑设三根Φ20拉杆螺栓，保证梁整体稳定。

4）支座板、加劲板

①支座板

工字梁设立在圆钢轴上，若无支座板则梁底同圆钢是一条线接触，这样承力是危险，必要在梁底设座板，座板底面同圆钢面采用弧面接触，弧面半径同圆钢半径相似，支座板顶面为水平板，同梁下翼相接，其顶、底板之间为竖向劲板，构造见图8。

②加劲板

工字梁承受巨大荷载，支点反力很大，因而，梁端支点处腹板两侧设加劲板，加劲板同工字钢翼缘等宽，详细布置施工中另详。

小结：

经以上计算，决定选用I50b工字钢作大梁，其应力及挠度均不大于容许值。

（2）圆钢轴

圆钢轴安设在墩柱预留孔中,悬出柱壁以外,工字钢梁支承在钢轴上,承受

其传来竖向力。

由于工字钢梁翼宽160mm,虽然紧靠墩柱，但复板仍距

放置工字钢梁洞口约80mm,使圆钢轴受弯曲，需检算钢轴剪切及弯曲

应力。

支点反力V=15377.57×2=30755.14kg=30.755t

设圆钢轴直径为120mm，采用3号钢，[б]=1450kg/cm2，[τ]=850kg/cm2，

Fa=πR2=3.14×62=113.04cm2，W=（1/32）×3.14×123=169.56cm3，

剪应力τ=30755/113.04=272.07kg/cm2<850kg/cm2

弯矩M=30755×8=246040㎏•cm

弯曲应力б=246040/169.56=1451.05kg/cm2≈1450kg/cm2

圆钢轴直径为130mm时：

Fa=3.14×6.52=132.665cm2，W=（1/32）×3.14×133=215.58cm3，

剪应力τ=30755/132.665=231.82kg/cm2<850kg/cm2;

弯曲应力б=246040/215.58=1141.29kg/cm2≈1450kg/cm2

圆钢轴直径为140mm时：

Fa=3.14×72=153.86cm2，W=（1/32）×3.14×143=269.255cm3，

剪应力τ=30755/153.86=199.89kg/cm2<850kg/cm2;

弯曲应力б=246040/269.255=913.78kg/cm2<1450kg/cm2;

圆钢轴直径为150mm时：

Fa=3.14×7.52=176.625cm2，W=（1/32）×3.14×153=269.255cm3，

剪应力τ=30755/176.25=174.13kg/cm2<850kg/cm2;

弯曲应力б=246040/331.17=742.94kg/cm2<1450kg/cm2;

通过以上计算，圆钢轴采用45号钢时，可选用直径120mm圆钢。

三．脚手架

沙西河桥有6个桥墩高度均超过17米，其中2个墩高约28米，因而墩柱施工脚手架较为重要，现简介3号高墩脚手架构造及其计算。

1．脚手架构造

3号墩脚手架按9至9.6米节段逐阶段由底向上拼装，桥墩施工完毕后，再由上往下拆除。

脚手架采用碗扣式钢管架，依照墩柱直径及施工需要，脚手架平面呈正方形，对称墩柱中心。

拟用两排钢管构成双排框架，外排框架为4.2×4.2米，钢管纵横向间距除四角两排钢管为600mm外，别的为900或1200mm;内排框架为3.0×3.0米，钢管间距900或1200mm;两排钢管步距均为1200mm。

脚手架构造示意见图9，为保证脚手架总体稳定，在框架外侧每5步布置一道剪刀撑，斜杆同水平横杆夹角约55°。

在竖向通过卡箍将脚手架同已浇墩柱联结，卡箍由钢板或型钢弯成，每节段墩柱中间及顶部设一道；或者在设卡箍相应高度设立缆风绳；在施工中节段，脚手架在顶部四角设缆风绳，缆风绳锚固在地面锚点上。

2．立杆计算

本墩脚手架为构造性脚手架，为框架构造，独立承受施工荷载。

现对脚手架立杆进行应力检算。

（1）立杆轴心压力计算

1底层立杆构造自重产生轴心压力

脚手架柱距600、900及1200mm,步距1200mm,外排剪刀撑按6×4.2米布置，剪刀撑同横杆交角约55°，现计算立杆、纵横向水平杆及剪刀撑自重:

立杆：

查表，1.2米立杆设计重量7.05kg,每米重：

7.05/1.2=5.88kg;30米高重：

5.88×30=176.4kg=1.764KN

横纵水平杆:

按600、900、1200mm三种长度查表，重量为2.47、3.63、4.78kg，每步重量：

（2.47+3.63+4.78）×0.5=5.44kg

30米高计25步，重量：

5.44×25=