天桥箱梁施工现浇支架计算详细步骤.doc

天桥箱梁施工现浇支架计算1.工程简介：LK0+170匝道桥：设计为单箱三室结构，共一联5跨，箱梁宽15.5m，其中箱体底宽11.5m，采用满堂碗扣式钢管支架。 XK0+677连接线桥：设计为单箱单室结构，共一联3跨，箱梁宽8.5m，其中箱体底宽4.5m，由于该桥在K223+766.4上跨主线，在该处采用工字钢门式支架外，其余均采用碗扣式钢管满堂支架。门式支架结构型式如下：工字钢支架体系由扩大基础、50010mm钢管、砂筒、横桥向双拼I32a工字钢、I32b工字钢纵梁、10cm10cm木方(间距0.3m)横向分配梁、12cm12cm木方(间距0.3m)纵向分配梁组成。K216+700天桥设计为单箱单室结构，共一联2跨，箱梁宽6.5m，其中箱体底宽4.0m，由于该桥在K216+700上跨主线，在该处采用工字钢门式支架外，其余均采用碗扣式钢管满堂支架。门式支架结构型式如下：工字钢支架体系由扩大基础、50010mm钢管、砂筒、横桥向双拼I32a工字钢、I32b工字钢纵梁、10cm10cm木方(间距0.3m)横向分配梁、12cm12cm木方(间距0.3m)纵向分配梁组成。K217+060天桥设计为单箱单室结构，共一联2跨，箱梁宽6.5m，其中箱体底宽3.5m，由于该桥在K217+060上跨主线，在该处采用工字钢门式支架外，其余均采用碗扣式钢管满堂支架。门式支架结构型式如下：工字钢支架体系由扩大基础、50010mm钢管、砂筒、横桥向双拼I32a工字钢、I32b工字钢纵梁、10cm10cm木方(间距0.3m)横向分配梁、12cm12cm木方(间距0.3m)纵向分配梁组成。 箱梁模板系统由侧模、底模、芯模、端模等组成。箱梁底模板采用定型大块胶合板模板(厚15mm)，然后直接铺装在10cm10cmm木方上；侧模、翼缘板模板为沿桥梁走向的专用桥梁竹胶模板。本项目现浇箱梁分两次浇筑混凝土。第一次浇筑翼缘板以下的混凝土，第二次浇筑顶板和翼缘板。LK0+170桥现浇箱梁第一次浇筑LK0+170桥现浇箱梁第二次浇筑XK0+677桥在K223+766.4上跨主线，在该处采用工字钢门式支架外，其余均采用碗扣式钢管满堂支架。门式支架净高不小于5m，净宽不小于5m。满堂支架搭设示意图如下图所示。满堂支架搭设示意图本方案中，安全系数取1.2。2.支架计算依据公路桥涵施工技术规范(JTG_TF50-2011)木结构设计规范(GB 50005-2003)混凝土结构设计规范(GB 50010-2010) 钢结构设计规范(GB 50017-2011) 建筑工程大模板技术规程(JGJ74-2003)建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范(JGJ 166-2008)建筑施工门式钢管脚手架安全技术规程(JGJ128-2000)建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)建筑结构荷载规范(GB500092001)扣件式钢管脚手架计算手册，王玉龙，2008年建筑施工计算手册，江正荣，2001年7月3.施工荷载计算及其传递支架选型完成后，其计算的思路和原则应从上至下进行。3.1.底模荷载施工人员及设备荷载标准值1.5KN/m2。倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值2.04.0KN/m2。振捣混凝土时对水平模板产生的荷载标准值为2.0KN/m2。模板自重荷载标准值木模为0.50-0.55KN/m2。钢筋混凝土密度取26 KN/m3，根据箱梁断面荷载作如下划分： K216+700桥现浇箱梁断面示意模板荷载效应组合：恒载1.2+活载1.4。（活载主要包括：施工人员荷载、施工机具荷载、倾倒混凝土荷载、振捣混凝土荷载。恒载主要包括：混凝土荷载、模板自重荷载）3.2.横向分配梁梁底横向分配梁（模板次楞）荷载取值与底模荷载相同。3.3.纵梁纵梁（模板主楞）荷载为横向分配梁（模板次楞）传递的集中荷载。3.4.立杆（临时墩）立杆（临时墩）荷载为纵梁（模板主楞）下传集中荷载。由于在模板计算荷载时已考虑了恒载和活载的组合效应，故模板主楞下传至立杆的荷载可直接计算立杆稳定性。3.5.地基荷载为立杆（临时墩）下传集中荷载。落地支架计算顺序：模板横梁（分配梁）纵梁立杆（临时墩）地基。4.碗扣式满堂支架计算满堂式碗扣支架体系由支架基础（15cmC20砼垫层）、钢垫板、483.5mm碗扣立杆、横杆、斜撑杆、可调节顶托、12cm12cm木方做横向分配梁(该分配梁在腹板下间距为0.6m，在其余地方间距为0.9m)、间距为30cm的10cm10cm木方做纵向分配梁；模板系统由侧模、底模、芯模、端模等组成。12cm12cm木方分配梁沿横桥向布置，直接铺设在支架顶部的可调节顶托上，箱梁底模板采用定型大块竹胶模板，直接铺装在10cm10cm木方分配梁上进行连接固定；侧模、翼缘板模板为沿桥梁走向的竹胶模板。根据箱梁施工技术要求、荷载重量、荷载分布状况、地基承载力情况等技术指标，现浇箱梁立杆布置，纵桥向所有立杆步距为60cm，横桥向立杆步距为：箱体处为60cm，其余地方为90cm；支架横杆步距为在支架顶下120cm、支架底部沿高度方向120cm范围步距为60cm（各三层），其余为120cm。支架在桥纵向每360cm间距设置剪刀撑；支架两端的纵、横杆系通过垫木牢固支撑在桥墩上；立杆顶部安装可调节顶托，立杆底部支立在可调节底托上，以确保地基均衡受力。4.1.支架材料参数.材料选择.WJ碗扣为483.5 mm钢管；.立杆、横杆承载性能如下表所示： 立杆、横杆承载性能表立 杆横 杆步距（m）允许载荷（KN）横杆长度（m）允许集中荷载（KN）允许均布荷载（KN）0.6400.94.5121.2301.23.571.8251.52.54.52.4201.82.03.04.2.荷载分析计算梁底木模实际是支架体系的一部分。对于小钢管满堂支架来说，木模面板的强度决定了横向分配梁（模板次楞）的间距，横向分配梁的强度又决定了纵梁（模板主楞）的间距和立杆的横距，纵梁的强度又决定了立杆的纵距。计算中取值：施工人员及设备荷载为1.5KN/m2，倾倒混凝土时产生的竖向荷载为4.0KN/m2，振捣混凝土时对水平模板产生的荷载为2.0KN/m2，木模自重荷载为0.50Kg/m2。混凝土密度取26KN/m3，底板和顶板混凝土胀模系数为1.05。计算底板时，施工人员荷载、设备荷载、木模自重荷载需要考虑箱内的影响。由于腹板下底模受力最大，以其作为控制计算。箱梁腹板计算高度取1.7m，其混凝土自重荷载为1.726=44.2KN/m2。 q1=（44.2+0.5）1.2+（1.5+4+2）1.4=64.14KN/m2（适应计算模板承载能力） q2=（44.2+0.5）1.2=53.64KN/m2（适应计算模板抗变形能力）翼缘板处底板混凝土(后面简称为底板混凝土)自重荷载0.451.0526=12.29KN/m2。 q3=（12.29+0.52）1.2+（1.52+4+2）1.4=28.55KN/m2（适应计算模板承载能力） q4=（12.29+0.52）1.2=15.95KN/m2（适应计算模板抗变形能力）4.3.底模面板计算以腹板下底模面板做控制计算。 面板采用15mm厚竹胶板，模板次楞（纵向分配梁）间距为0.3m。参照路桥施工计算手册表13-1,取模板宽d=0.2m，模板跨径L1=0.25m；则模板每米长上的荷载为q=q10.2=64.140.2=12.83kN/m（适应计算模板承载能力）q=q20.2=53.640.2=10.73kN/m（适应计算模板抗变形能力）跨中弯矩M=qL12/10=12.830.2210=0.051kNm底模模板采用高强度竹胶板，其允许弯应力取w=9.5MPa，模板需要的截面模量W=M/(1.2w)=0.051(1.29.5103)=4.4710-6 m2根据W、b得h为：h=(6w/b)0.5=(64.4710-60.2)0.5=0.016m模板截面尺寸采用0.015m0.2m核算其挠度，则有取木材弹性模量 E=9.0106kN/m2 I=bh3/12=0.20.015312=5.6310-8 m4则挠度 f=5qL14/(384EI)=510.730.24(3849.01065.6310-8)=4.4110-4m f/L1=4.4110-40.2=0.00221/400=0.0025满足要求。4.4.底模次楞（纵向分配梁，忽略次楞自重，按简支梁）计算纵梁跨度L2=0.6m，横桥向间距为0.3m。箱体下面次楞荷载为q纵1=64.140.3=19.24kN/m。底板下面次楞荷载为q纵2=28.550.3=8.57kN/m。跨中弯矩M= q纵1L22/8=19.240.62/8 =0.866KNm需要的截面模量 W=M/(1.2w)=0.866(1.29.5103)=0.7610-4 m2纵梁宽度b预设为0.1m，则有纵梁高度h=(6w/b)0.5=(60.7610-40.1)0.5=0.068m初步取截面为0.1m0.10m，根据选定的截面尺寸核算其挠度，有 I=bh3/12=0.10.1312=8.3310-6 m4f=5q纵1L14/(384EI)=519.240.64(3849.01068.3310-6)=3.9210-4m f/L1=3.9210-40.6=0.000721/400=0.0025故选用截面尺寸为0.1m0.1m，间距为0.3m，跨距为0.6m的木方能满足要求。4.5.底模主楞（横梁）计算横梁荷载为纵向分配梁传递的集中力11.54kN（腹板下，荷载间距30cm；19.240.6=11.54kN）、7.71KN（底板下，荷载间距30cm；8.570.9=7.71kN），以腹板下横梁作为控制计算。横梁选用1212cm方木.腹板下立杆纵向步距60cm，横向步距60cm；翼缘板下立杆纵向步距60cm，横向步距90cm；按简支梁计算。 主楞： 主楞截面面积A=0.120.12m2=0.0144m2主楞截面抵抗矩W=bh2/6=12122/6cm3=288cm3主楞截面惯性矩I=bh3/12=12123/12cm3=1728cm4腹板下纵梁计算结果： 箱体下横梁(方木)受力计算模式单位:mm跨中弯矩Mmax=11.540.3-11.540.15=1.731KNmw=Mmax/w=1731106/2886.01MPaw=9.5MPa 满足要求跨中剪力Q剪切力= 11.5420.0144103=1.60106Pa=1.60MPa =1.7 MPa,满足要求挠度计算根据n=2,n为偶数，l=60cmWmax=(5n2+2)pl3/384nEI=(522+2)11.541036003/38428.510317281040.49mmf=600/400=1.5mm 满足要求。满足施工要求。翼缘板下面纵梁计算结果：翼缘板横梁(方木)受力计算模式单位:mm跨中弯矩Mmax=7.710.3-7.710.15=1.157KNmw=Mmax/w=1157106/2884.02MPaw=9.5MPa 满足要求跨中剪力Q剪切力= 7.7120.0144103=1.07106Pa=1.07MPa =1.7 MPa 满足要求挠度计算根据n=2,n为偶数，l=600mmWmax=(5n2+2)pl3/384nEI=(522+2)7.711036003/38428.510317281040.32mmf=600/400=1.5mm 满足要求。满足施工要求。4.6.立杆强度及稳定性（通过模板下传荷载）腹板下单根立杆（横向步距600mm，纵向步距600mm）在最不利荷载作用下最大轴力F=11.54+11.5=23.08KN；翼缘板下单根立杆（横向步距900mm，纵向步距600mm）在最不利荷载作用下最大轴力F=7.71+7.71=15.24KN，在模板计算荷载时已考虑了恒载和活载的组合效应（未计入风压，风压力较小可不予考虑）。采用此值直接计算立杆的强度和稳定性。碗扣件采用外径48mm，壁厚3.5mm，A489mm2,A3钢，I10.78104mm4则，回转半径=（I/A）1/2=1.58cm, 横杆步距h=120cm，长细比L/=120/1.58=75.9=150取76；此类钢管为b类，轴心受压杆件，查表0.744 =205MPa N=0.744489205=74.6KN按旧碗扣钢管折算系数0.8计,则74.6KN0.8=59.7KN支架立杆步距60cm中腹板下受最大荷载的立杆其N为23.08KN；翼缘板下最大荷载的立杆其N为15.24KN（见前碗扣件受力验算）由上可知：腹板处：23.08KNN=59.7KN底板处：15.24KNN=59.7KN腹板处：n N/N59.7/23.082.62底板处：n =N/N59.7/15.243.92结论：支架立杆的稳定承载力满足稳定要求。4.7.底托检算当立杆最大轴力超过40KN时，则大于标准底托的承载能力，需要另行设计底托或对现有底托采用加强措施（扣件式钢管脚手架计算手册90页，王玉龙编著）。N=23.08KN40KN，故满足底托承载力要求。无需采取加强措施。4.8.地基承载力模板下传最不利荷载作用下最大轴力23.08KN，以23.08KN作为控制计算。底托下应力按45角扩散，底托宽度0.15m，则立杆轴力传递到地基表面的面积为（0.150.15）2=0.0225m2。 则地基承载力最小值需要满足23080/0.0225=1.03KPa。C15混凝土的容许抗压强度 15.0 MPa，安全起见按10Mpa考虑，所以可以确定地基满足安全施工要求。4.9.上跨主线门架受力计算500钢管间距240cm，钢管顶设钢垫板、砂箱，砂箱顶设I32b工字钢横梁，在其上设置I32b工字钢纵梁，纵梁间距与支架一致。.工字钢纵梁工字钢纵梁选用I32b，腹板下间距为0.6m，底板下间距为0.6m。工字钢梁跨度按5m计算。查建筑施工计算手册有： I32b力学参数：E=210GPa, I=11626cm4,W=725.7cm3，A=73.52cm2单位重57.71Kg/m其最不利荷载布置如下图所示(单位：mm)。图中，F2=11.54kN;跨中弯矩Mmax1=11.545.02.5-11.54(0.1+0.7+2.5)=69.24KNm自重产生的跨中弯矩为Mmax2=0.5775.028=1.80KNm则Mmax=69.24+1.8=71.04KNmw=Mmax/w=71.04103/(725.72)48.95MPa=181 MPa ，满足要求荷载产生的剪力Q剪力max1= 11.545=57.7kN自重产生的剪力Q剪力max2=0.0577102.5=1.44kN满足要求挠度计算工字钢弹性模量取E=210103MPa 、惯性矩I=11.62610-5m4 ，横梁的最大挠度为跨中截面：按最大正应力布载模式计算：集中荷载：P=64.40.60.6+2.886kN=25.97kNf=PL3/48EI+2P (2500) L2/16EI+5qL4/384EI=25.97100050003/(48210103116262104)+225.971000250050002/(16210103116262104)+50.57750004/(384210103116262104)=1.39+4.16+0.1=5.65mm= =5000/400=12.5mm刚度满足要求。.工字钢顶托梁计算桩顶托梁采用双拼I32a工字钢，钢管间距2.1m；查建筑施工计算手册有： I32a力学参数：E=210GPa, I=11080cm4,W=692.5cm3，A=67.12cm2单位重52.69Kg/m则双拼I32a力学参数：E=210GPa, I=22160cm4,W=1385cm3，A=134.24cm2单位重105.38Kg/m纵梁两端的支撑力为(911.54+1.055)/2=54.56kN 纵梁受力计算模式 单位：mm图中，F3=54.56kN;跨中弯矩Mmax1=54.563.51.05-54.56(0.1+0.7)=156.86kNm自重产生的跨中弯矩为Mmax2=1.052.128=0.58KNm则Mmax=156.86+0.58=157.44KNmw=Mmax/w=157.44103/1385113.68MPa=181 MPa ，满足要求荷载产生的剪力Q剪力max1= 54.563.5=190.96kN自重产生的剪力可忽略不计满足要求挠度计算工字钢弹性模量取E=210103MPa 、惯性矩I=11.62610-5m4 ，横梁的最大挠度为跨中截面：按最大正应力布载模式计算：集中荷载：P=64.140.60.6+2.205kN=25.3kNf=PL3/48EI+2P (2500) L2/16EI+5qL4/384EI=25.3100021003/(4821010324052104)+225.31000140021002/(1621010324052104)+51.0521004/(38421010324052104)=0.1+0.39+0.005=0.495mm=