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箱梁支架验算.docx
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箱梁支架验算
讷河市公铁立交桥工程建设项目
A01合同段(K0+000----K1+300)
现浇箱梁支架验算
施工单位:
黑龙江省龙建路桥第六工程有限公司
二○一三年八月
讷河公铁桥第5联现浇箱梁支架设计验算
一、现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求
现浇箱梁支架采用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10×10cm方木,间距0.6m;纵向方木上设10×10cm的横向方木,间距0.3m。
模板采用用厚1.5cm的优质竹胶合板。
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。
立杆的纵、横向间距及横杆步距等搭设要求如下:
采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为90cm×60cm×60cm布置形式的支架结构体系。
二、现浇箱梁支架验算
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:
根据《路桥施工计算手册》表8-1查得
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,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,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:
q7计算
计算每步脚手架自重:
NG1=ht1+t2+t3
式中:
h——步距(m);
t1——立杆每米重量(kN);
t2——纵向横杆单件重量(kN);
t3——内外立杆间斜杆或十字撑重量(kN)。
按最大值进行计算,步距取0.6m,纵、横向距离取0.9m,纵向距离取0.6m、支架平均高(8+7.9+7+6.1)/4/0.6=12步
NG1=t1+t2+t3(杆件每米0.0332kn)
=0.6×0.0332+0.0332×0.6×4+0.0332×√(0.62+0.92)
=0.020+0.080+0.036=0.136kN
q7=12NG1/A=12×0.136kN/(0.6m×0.9m)=3.02kN/m2。
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)
90cm×60cm×60cm
3.02
2、荷载计算
(1)、箱梁自重——q1计算
根据结构特点,现取最大自重截面进行验算
q1计算:
根据横断面图,则:
q1=
=
=26*(21.25*1.5+0.3*2*2)/21.25
=40.47kPa
取1.2的安全系数,则q1=40.47×1.2=48.56kPa
注:
B——箱梁底宽,取21.25m,将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。
(2)、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=1.5+3.8V/T=1.68m
q5=
(二)、结构检算
1、扣件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%)。
本支架验算按φ48×3.0mm钢管扣件架进行立杆内力计算,计算结果同样也适用碗扣架(偏于安全)。
支架体系采用90×60×60cm的布置结构,如图:
0.6
0.6
0.6
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.6
0.6
0.6
①、立杆强度验算
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=0.6×0.9×48.56=26.22KN
NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.9×1.0=0.54KN
ΣNQK=0.6×0.9×(q3+q4+q7)=0.36×(2.5+2.0+3.02)=4.35KN
则:
N=1.2(NG1K+NG2K)+0.85×1.4ΣNQK
=1.2×(26.22+0.54)+0.85×1.4×4.35
=37.29KN
由于横杆步距为0.6m,长细比λ=l/i=600/15.95=38,
查《路桥施工计算手册》附录三(789页),得φ=0.882
则[N]=φA[б]=0.882*424*205=76.66KN
结论:
由N=39.29KN<[N]=76.66KN,抗压强度满足要求,中横梁处立杆(间距0.6m*0.9m)能够满足应力要求。
②、立杆稳定性验算
φ48×3.0mm钢管截面特性
规格
截面积A(mm2)
惯性距I(mm4)
抵抗距W(mm3)
回转半径I(mm)
每米长自重(N)
φ48×3.0
4.24×102
1.078×105
4.493×103
15.95
33.3
表2钢材的强度设计值与弹性模量
抗拉、抗弯f(N/mm2)
抗压fc(N/mm2)
弹性模量E(MPa)
205
205
2.06×105
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—φ48mm×3.0㎜钢管的截面积A=424mm2。
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=15.95㎜。
长细比λ=L/i。
L—水平步距,L=0.6m。
于是,λ=L/i=0.6/15.95=38,参照《路桥施工计算手册》
查得Φ=0.9。
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0.6m,
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
则,N/ΦA+MW/W=16.48*103/(0.9*424)+0.095*106/(5.08*103)
=61.70KN/mm2≤f=205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
2、、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L=60cm进行受力计算。
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松木进行计算。
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=(48.56+1.0+2.5+2)×21.25=1148.8kN/m
M=(1/8)qL2=(1/8)×1148.8×0.62=51.7kN·m
W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.000167m3
则:
n=M/(W×[δw])=51.7/(0.000167×11000×0.9)=31.3(取整数n=32根)
d=B/(n-1)=21.25/31=0.69m
注:
0.9为方木的不均匀折减系数。
经计算,方木间距小于0.69m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=21.25/0.3=71。
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)×[(1148.8×0.64)/(11×106×71×8.33×10-6×0.9)]
=3.3×10-4m<l/400=0.6/400=1.5×10-3m(挠度满足要求)
③每根方木抗剪计算
δτ=(1/2)(qL)/(nA)=(1/2)×(1148.8×0.6)/(71×0.1×0.1×0.9)=0.539MPa<[δτ]=1.7MPa
符合要求。
3、底模板计算:
箱梁底模采用竹胶板,铺设在间距0.3m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,并对受力结构进行简化(偏于安全)如下图:
30
30
30
q=(q1+q2+q3+q4)l=54.06×0.3=16.22kN/m
则:
Mmax=16.22*0.3*0.3/8=0.18kn*m
模板需要的截面模量:
W=
m2
=0.18/(0.9*6.0*103)=3.33*10-5m2
模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:
h=
(6*3.33*10-5)/1=0.014m
=14mm
因此模板采用1200×2400×15mm规格的竹胶板。
4、侧模验算
根据前面计算,分别按8×6cm方木以30cm的间距布置,以侧模最不利荷载部位进行模板计算,则有:
⑴8×6cm方木以间距30cm布置
q=(q4+q5)l=(4.0+50.4)×0.3=16.32kN/m
则:
Mmax=
模板需要的截面模量:
W=
m2
模板的宽度为1.0m,根据W、b得h为:
h=
因此模板采用1200×2400×15mm规格的竹胶板。
5、立杆底座和地基承载力计算:
(1)立杆承受荷载计算
最大受力截面荷载,间距为60×90cm布置立杆,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=0.6×0.9×(48.56+1.0+1.0+2.0+3.02)=30.01kN
(2)立杆底托验算
立杆底托验算:
N≤Rd
最大受力截面荷载,间距为60×90cm布置立杆,每根立杆上荷载为:
N=a×b×q=a×b×(q1+q2+q3+q4+q7)
=0.6×0.9×(48.56+1.0+1.0+2.0+3.02)=30.01kN
底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd=40KN;
得:
30.01KN<40KN立杆底托符合要求。
(3)立杆地基承载力验算
对于原状土进行压实,对于软弱土层下挖0.8m之后换填砂砾,并采用重型压路机碾压密实(压实度≥90%),达到要求后,用15cm厚C15混凝土精平,根据经验及试验,要求地基承载力达到[fk]=220KPa。
立杆地基承载力验算:
≤K·
k
式中:
N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值;
Ad——为立杆底座面积Ad=15cm×15cm=225cm2;
按照最不利荷载考虑,立杆底拖下砼基础承载力:
,底拖下砼基础承载力满足要求。
按照力传递面积计算:
K调整系数;混凝土基础系数为1.0
按照最不利荷载考虑:
=
≤K·[
k]=1.0×200KPa
将混凝土作为刚性结构,按照间距60×90cm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)
=0.6×0.9×(20.58+1.0+1.0+2.0+3.02)=27.60kN
则,F=27.60kpa<[
k]=1.0×200Kpa
经过地基处理后,可以满足要求。
6、支架变形
支架变形量值F的计算
F=f1+f2+f3+f4
①f1为支架在荷载作用下的弹性变形量
由上计算每根钢管受力为36.22KN,φ48mm×3.0㎜钢管的截面积为424mm2。
于是f1=б*L/E
б=36.22÷424×103=85.42N/mm2
则f1=85.42×12÷(2.1×105)=4.8mm。
②f2为支架在荷载作用下的非弹性变形量
支架在荷载作用下的非弹性变形f2包括杆件接头的挤压压缩δ1和方木对方木压缩δ2两部分,分别取经验值为2mm、3mm,即f2=δ1+δ2=5mm。
③f3为支架基底受荷载后的非弹性沉降量,基底处理时采用砂砾换填、混凝土铺装为刚性基础暂列为4mm(施工时以实测为准)。
④f4为地基的弹性变形
地基的弹性变形f4按公式f4=σ/EP,式中σ为地基所受荷载,EP为处理后地基土的压缩模量6.2取设计参数建议值。
f4=σ/EP=142.4÷6.2=23mm。
故支架变形量值F为
F=f1+f2+f3+f4=4.8+5+4+23=36.8㎜
7、支架施工
支架采用满堂钢管脚手架。
搭设时,先在混凝土放置15cm*15cm钢板垫在钢管底下。
支架顶部设置顶托,顶托上设纵梁和横梁,其上铺设梁体模板。
支架纵横向设置剪力撑,以增加其整体稳定性,支架上端与墩身间用方木塞紧。
支架采用同种型号钢管进行搭设,剪力撑、横向斜撑立杆、纵向和横向水平杆等同步搭设,并且在砼浇注和张拉过程中,进行全过程监测和专人检查。
支架搭设完后,上报监理检查,经监理同意后,进行支架预压:
按箱梁重量120%、模板重量及施工荷载组合,确定压载系数,采用砂袋(碎石袋)均匀布设堆压于支架上进行堆载预压,预压前在底模和地基上布好沉降观测点。
观测点沿纵桥向分别在墩中心线处、L/8、2L/8、3L/8、4L/8、5L/8、6L/8和7L/8跨处布设,横桥向则在跨中和2个外腹板处设点,从而形成一个沉降观测网。
①、加载和观测
加载前先观测出观测网各点初始数据,加载完成后开始观测,一直到沉降趋于稳定。
②、卸载并观测
在地基沉降稳定后就可卸载,卸载后再观测1次,卸载前后的差值可认为是地基及支架的弹性变形,在安装箱梁底模时设预拱度以消除之。
根据沉降观测值和张拉起拱度经验值对模板预拱度进行预留。
预压完后,请测量监理工程师复核中线及标高,合格后在进行下道工序。
8、安全保证措施
为杜绝重大事故和人身伤亡事故的发生,把一般安全事故减少到最低限度,确保施工的顺利进行,特制定如下措施:
1、利用各种宣传工具,采取多种教育形式,使职工牢固树立“安全第一”的思想,不断强化安全意识,建立安全保证体系,使安全管理制度化,教育经常化。
2、各级领导在下达生产任务时,必须同时下达安全技术措施。
检查工作时,必须同时检查安全技术措施执行情况。
总结工作时,必须同时总结安全生产情况,提出安全生产要求,把安全生产贯穿到施工的全过程。
3、认真坚持执行定期安全教育、安全讲话、安全检查制度,设立安全监督岗,充分发挥安全人员的作用,对发现的事故隐患和危及工程、人身安全的事项,作到立即处理,做出记录,限期改正,落实到人。
4、搭设脚手架人员必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋。
5、当有六级以上大风和雨天气时停止脚手架的搭设和拆除作业,雨后穿防滑鞋作业。
6.在脚手架上进行电、气焊作业时,有防火措施和专人看守。
7.脚手架搭设时地面设有围栏和警戒标志,并有专人看守,严禁非操作人员入内。
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