满堂支架计算

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满堂支架计算摘要:满堂支架是现浇梁板比较常见的支撑体系,对现浇梁板的施工安全及质量起着至关重要的作用,本文结合毕都高速法窝枢纽互通C匝道桥现浇箱梁的施工,介绍了满堂支架的设计及验算方法。中国论文网http://www.xzbu.com/2/view-4958081.htm  关键词:箱梁支架设计验算  中图分类号:S611文献标识码:A  一、工程概况  杭瑞高速毕节至都格(黔滇界)公路法窝枢纽互通C匝道跨线桥上部构造为预应力混凝土等高截面现浇连续箱梁(两箱单室),桥长254.46m,箱梁顶面宽8.5m,底面宽4.5,箱梁梁高为1.4m;第一联(3*20)、第二联(3*20)、第三联(3*20)、第四联(14.2+2*20+14.2);中支点横隔梁厚180㎝,边支点横隔梁厚130㎝,每跨跨中设置横隔梁一道,横隔梁厚50㎝,腹板厚50-70㎝。采用满堂支架进行施工,  二、现浇箱梁满堂支架布置设计  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,其中在墩顶端横梁和跨中横隔梁下间距不大于0.25m(净间距0.15m)、在跨中其他部位间距不大于0.3m(净间距0.2m)。模板宜用厚15mm的优质竹胶合板。  采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×120cm和60cm×90cm×120cm支架结构体系,其中,在墩顶两侧各8米范围内的支架采用60cm×60cm×120cm的布置形式,其余部分采用60cm×90cm×120cm的布置形式,但在跨中横隔梁板下1米范围内60cm×60cm×120cm的布置形式;另外考虑到桥梁处于弯道及斜坡上支架受力的不均匀性,适当加密曲线内侧及低坡处支撑杆件数量。支架纵横均设置剪刀撑,其中横桥向斜撑每5米设一道,纵桥向斜撑沿横桥向每7.2米设一道。  三、现浇箱梁支架验算  由于C匝道桥第二联为高墩施工,平均墩高25米,因此以C匝道桥第二联箱梁为例,对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。  (一)、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。  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。  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:  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×120cm2.94  60cm×90cm×120cm2.21   3、荷载计算  ⑴箱梁自重——q1计算  由于C匝道桥第二联箱梁为高墩,因此我们选取C匝道桥第二联为验算对象,且取A-A截面、B-B截面(中支点横隔板)C-C截面(边支点横隔板)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。  A-A截面q1计算    根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=4.695m2则:  q1===  取1.2的安全系数,则q1=27.13×1.2=32.55kPa  B-B截面(中支点横隔板梁)处q1计算    根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=7.6m2则:  q1===  取1.2的安全系数,则q1=43.91×1.2=52.69kPa  C-C截面(边支点横隔板梁)处q1计算    根据横断面图,用CAD算得该处梁体截面积A=8.688m2则:  q1===  取1.2的安全系数,则q1=42.62×1.2=51.15kPa  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=25℃控制,因此新浇混凝土对侧模的最大压力  砼的初凝时间为to=200/(T+15)=200/(25+15)=5  根据F=0.22γctoβ1β2√V=0.22*25*5*1.2*1.15*√1.2=41.572KN/㎡  其中γc为砼的重力密度,取25KN/m3,  β1为外加剂影响修正系数,不掺外加剂时取1.0,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2;  β2为混凝土坍落度影响修正系数,当坍落度小于30mm时,取0.85;50~90mm时,取1.0;110~150mm时,取1.15;  V为混凝土地的浇筑速度,取1.2m/h。  另根据F=γcH=25*1.4=33.6KN/㎡  其中H——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度,m  选取两值中的最小值作为新浇砼对侧模的压力,即q5=33.6KN/㎡  (二)、结构检算  1、扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算  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。  (1)B-B截面(中支点横隔板梁)处  在墩顶两侧各8米范围内及横隔板下1米范围内的支架采用60cm×60cm×120cm的布置形式。  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,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=33.1kN(查路桥施工计算手册中表13-5)。  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=0.6×0.6×52.69=18.97KN  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)=2.139KN  则:N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK=1.2×(18.97+0.36)+0.85×1.4×2.139=25.74KN<[N]=33.1kN,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);  f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2(查《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《路桥施工计算手册》表13-4得i=15.78㎜。  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=0.0953KN  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=25.74×103/(0.744×489)+0.0953×106/(5.08×103)=89.51KN/mm2≤f=205KN/mm2  计算结果说明支架是安全稳定的。  A-A截面处  在跨中4-16米范围内的支架采用60cm×90cm×120cm的布置形式。  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,立杆可承受的最大允许竖直荷载为[N]=33.1kN(查路桥施工计算手册中表13-5)。  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=0.6×0.9×32.55=17.58KN  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×(17.58+0.54)+0.85×1.4×2.813=25.09KN<[N]=33.1kN,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);  f—钢材的抗压强度设计值,f=205N/mm2(查《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《路桥施工计算手册》表13-4得i=15.78㎜。  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0.9m;  h—立杆步距1.2m,  故:MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.143KN  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=25.09×103/(0.744×489)+0.143×106/(5.08×103)=97.11KN/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  采用第二联60m验算支架抗倾覆能力:  跨中支架宽10.5m,长60m采用60×90×120cm跨中支架来验算全桥:  支架横向18排;  支架纵向67排;  支架平均高度按15m(根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》,满堂脚手架步距为1.2,支架高宽比不大于2);  顶托TC60共需要18×67=1206个;   立杆需要18×67×15=18090m;  纵向横杆需要18×15/1.2×60=13500m;  横向横杆需要67×15/1.2×10.5=8794m;  故:钢管总重(18090+13500+8794)×3.841=155.115t;  顶托TC60总重为:1206×7.2=8.68t;  故q=(155.115+8.68)×9.8=1605.19KN;  稳定力矩=y×Ni=10.5/2×1605.19=8427.25KN.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  跨中60m共受力为:q=0.927×15×60=834.3KN;  倾覆力矩=q×15/2=834.3×10=6257.25KN.m  K0=稳定力矩/倾覆力矩=8427.25/6257.25=1.35>1.3  计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求(本方案中满堂支架的高度不能超过15米)。  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,木材的容许应力和弹性模量的取值参照杉木进行计算[δw]=11MPa,[δτ]=1.7MPa,E=9000MPa。      (1)中支点横隔板两侧截面(按B-B截面受力)处  按桥跨顶纵向截面处3米范围进行受力分析,按方木横桥向跨度L=60cm进行验算。  ①方木间距计算  q=(q1+q2+q3+q4)×B=(52.69+1.0+2.5+2)×3=174.57kN/m  M=(1/8)qL2=(1/8)×128.55×0.62=7.9kN·m  W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3  则:n=M/(W×[δw])=7.9/(0.000167×11000×0.9)=4.8(取整数n=5根)  d=B/(n-1)=3/4=0.75m  注:0.9为方木的不均匀折减系数。  经计算,方木间距小于0.75m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=3/0.25=12。  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)×[(174.57×0.64)/(12×9×106×8.33×10-6×0.9)]=3.63×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)  ③每根方木抗剪计算  τ=MPa<[τ]=1.7MPa  符合要求。  (2)按A-A截面处  按桥跨顶纵向截面处12米范围进行受力分析,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=(32.55+1.0+2.5+2)×12=456.6kN/m  M=(1/8)qL2=(1/8)×456.6×0.92=46.23kN·m  W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3  则:n=M/(W×[δw])=46.23/(0.000167×11000×0.9)=27.9(取整数n=28根)   d=B/(n-1)=12/27=0.44m  注:0.9为方木的不均匀折减系数。  经计算,方木间距小于0.44m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0.3m,则n=12/0.3=40。  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)×[(456.6×0.94)/(40×9×106×8.33×10-6×0.9)]=1.44×10-3m<l/400=0.9/400=2.25×10-3m(挠度满足要求)  ③每根方木抗剪计算  τ=MPa<[τ]=1.7MPa  符合要求。  4、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在箱梁跨中按L=90cm(横向间隔l=60cm布置)进行验算,在墩顶横梁部位按L=60cm(横向间隔l=60cm布置)进行验算,横桥向方木顺桥向布置间距在中支点桥墩两侧均按25㎝(中对中间距)布设,在箱梁跨中部位均按30cm布设,木材的容许应力和弹性模量的取值参照杉木进行计算。          中支点横隔板两侧截面(按B-B截面受力)处  ①方木抗弯计算  p=lq/n=l(q1+q2+q3+q4)×B/n=0.6×(52.69+1.0+2.5+2)×3/10=10.47kN  Mmax=(a1+a2)p=(0.3+0.05)×10.47=3.66kN·m  W=(bh2)/6=(0.15×0.152)/6=5.6×10-4m3  δ=Mmax/W=3.66/(5.6×10-4)=6.54MPa<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=(3×10.47)/2=15.71kN  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=  =2.96×10-4<0.9×L/400=0.9×0.6/400m=1.35×10-3m  挠度满足要求。  (3)中横隔板两侧截面(按A-A截面受力)处  ①方木抗弯计算  p=lq/n=l(q1+q2+q3+q4)×B/n=0.6×(32.55+1.0+2.5+2)×2/5=9.13kN  Mmax=(a1+a2)p=(0.45+0.15)×9.13=5.48kN·m  W=(bh2)/6=(0.15×0.152)/6=5.6×10-4m3   δ=Mmax/W=5.48/(5.6×10-4)=9.79MPa<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=(3×9.13)/2=13.695kN  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=  =7.2×10-4<0.9×L/400=0.9×0.9/400m=2.025×10-3m  挠度满足要求。  5、立杆底座和地基承载力计算  ⑴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×(52.69+1.0+1.0+2.0+3.38)=21.47kN  ⑵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=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)  =0.6×0.6×(52.69+1.0+1.0+2.0+2.94)=21.47kN  底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd=40KN;  得:21.47KN<40KN立杆底托符合要求。  (3)立杆地基承载力验算  立杆按照间距60×60cm布置,在1平方米面积上地基最大承载力F为:  F=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)  =1.0×1.0×(52.69+1.0+1.0+2.0+2.94)=59.63kN  因此,地基承载力必须达到59.63kpa以上(考虑到地基的不均匀性,在实际施工中要求地基承载力达到100kpa以上)。  结束语  通过对现浇箱梁满堂支架的验算,确定了立杆的布置形式方木的布置间距,更好的指导了下一步现浇箱梁的施工,保证了箱梁的安全施工。      参考文献:1、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》;  2、《混凝土工程模板与支架技术》  3、《路桥施工计算手册》;  4、《建筑施工计算手册》。

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