城市道路快速通道工程现浇箱梁碗扣式满堂支架方案计算书

郑州市农业路快速通道第九标段工程现浇箱梁施工方案郑州市农业路快快速通道工程程施工第九标标段工程（雄鹰东路～金金源东街）现浇箱梁碗扣式式满堂支架方方案计算书编号：SBC//NYLKSSTD-20015-FAA012上海宝冶集团有有限公司郑州市农业路快快速通道工程程施工第九标标段项目部2015年6月月发布受控状态：受控控版本：A版发放编号：计算人：陈天成成目录HYPERLINK\l"_Toc422067020"一、计算依据33HYPERLINK\l"_Toc422067021"二、概述3HYPERLINK\l"_Toc422067022"2.1、工程概概况3HYPERLINK\l"_Toc422067023"2.2、主线及及匝道支架布布置及搭设要要求3HYPERLINK\l"_Toc422067024"2.3、计算内内容及规范限限值5HYPERLINK\l"_Toc422067025"2.3.1、计计算内容5HYPERLINK\l"_Toc422067026"2.3.2、规规范限值5HYPERLINK\l"_Toc422067027"三、计算模型假假定及计算荷荷载5HYPERLINK\l"_Toc422067028"3.1、计算模模型假定5HYPERLINK\l"_Toc422067029"3.2、计算荷荷载6HYPERLINK\l"_Toc422067030"四、支架计算77HYPERLINK\l"_Toc422067031"4.1、支架强强度计算7HYPERLINK\l"_Toc422067032"4.1.1、轴轴向应力7HYPERLINK\l"_Toc422067033"4.1.2、剪剪应力8HYPERLINK\l"_Toc422067034"4.1.3、弯弯曲应力8HYPERLINK\l"_Toc422067035"4.1.4、组组合应力9HYPERLINK\l"_Toc422067036"4.1.5、轴轴力9HYPERLINK\l"_Toc422067037"4.1.6、剪剪力10HYPERLINK\l"_Toc422067038"4.1.7、弯弯矩10HYPERLINK\l"_Toc422067039"4.2、支架刚刚度计算结果果11HYPERLINK\l"_Toc422067040"4.2.1、横横向变形111HYPERLINK\l"_Toc422067041"4.2.2、竖竖向变形111HYPERLINK\l"_Toc422067042"4.3、支架稳稳定性计算112HYPERLINK\l"_Toc422067043"4.3.1、整整体稳定性112HYPERLINK\l"_Toc422067044"4.3.2、局局部稳定性115HYPERLINK\l"_Toc422067045"五、地基与基础础承载力验算算16HYPERLINK\l"_Toc422067046"六、门式行车通通道结构验算算17HYPERLINK\l"_Toc422067047"七、结论21一、计算依据（1）郑州农业业路施工图设设计文件及地地勘报告，以以及设计变更更、补充、修修改图纸及文文件资料。（2）国家有关关的政策、法法规、施工验验收规范和工工程建设标准准强制性条文文（城市建设设部分），以以及现行有关关施工技术规规范、标准等等。（3）《建筑施施工碗扣式脚脚手架安全技技术规范》（JGJ1666-20008）（4）《市政桥桥涵施工手册册》（5）《建筑施施工计算手册册》（6）《钢结构构设计规范》（7）《建筑地地基基础设计计规范》等。二、概述2.1、工程概概况本项目梁体为变变高度、变截截面结构。箱箱梁高为2~2.55m，顶宽32.33m，箱梁底宽宽19.4332m。顶板厚度度25cm，腹板厚度40cm，底板厚度度22cm。全联采用用满堂支架法法现浇施工。2.2、主线及及匝道支架布布置及搭设要要求本工程现浇箱梁梁施工全部采采用碗扣式多多功能脚手杆杆件搭设；使使用与立杆配配套的横杆及及立杆可调底底座、立杆可可调托撑。立立杆顶设钢管管，立杆顶托托上横向设3根φ48×3..5mm，次楞顺桥桥向设置50×1000mm方木，间距距不大于200mmm(100××100mmm方木，间距距不大于300mmm)具体如下：：主线箱梁：中横梁及端横梁梁梁底支架间间距横向按600mmm×顺桥向600mm，步距按1200mmm布置。两侧翼翼板下支架间间距按600mm（顺桥向）××900mmm（横桥向）。主线跨中部位：：箱室底板和和腹板区域支支架间距按600mm（横桥向）×900mmm（顺桥向）布布设，两侧翼翼板下支架间间距按900mmm×900mmm布设。匝道现浇箱梁支支架布置及搭搭设要求本标段匝道梁高高1.8m～2.0m标准段，梁梁顶宽7.8m，底宽3.12m～3.4288m，桥梁跨径径组合为4×29..5。设计特点点：桥面宽度度为7.8m，梁高1.8m。采用单箱箱单室，箱梁梁顶板翼缘悬悬臂长1.8m，厚度为0.4m，跨中顶板板厚度0.25m，跨中底板板厚0.22m，跨中边腹腹板厚0.4。支点处顶顶板0.22m，支点处底底板加厚至0.4m，支点处腹腹板加厚至0.6m。箱梁底部和腹板板区域支架间间距按横向600mmm×顺桥向900mm，步距按1.2m布置，两侧侧翼板下支架架间距按900mmm×900mmm布设。1）箱梁跨中及及端部支点底底部支架按照照：横桥向×顺桥向=600××600mmm，步距1.2m进行布设，次次楞横桥向设设置50×1000mm方木，间距距不大于200mmm(100××100mmm方木，间距距不大于300mmm)具体如下：：支架纵向布设范范围为距墩柱柱中心线3.6m范围。顶部步距需调整整高度时，可可采用600mm步距。现浇箱梁支架立立面图现浇箱梁支架侧侧面图2.3、计算内内容及规范限限值2.3.1、计计算内容本文对以下内容容进行计算：：（1）支架的强强度验算，包包括轴向应力力、剪应力、弯曲曲应力、组合合应力、轴力力、剪力及弯弯矩；（2）支架刚度度验算，包括括竖向变形及及横向变形；；（3）支架稳定定性验算，包包括整体稳定定性和局部稳稳定性；（4）地基与基基础承载能力力验算；（5）门式行车车通道结构验验算。2.3.2、规规范限值碗扣式支架结构构材质为Q235，容许许弯曲应力205MPa，轴向应力205MPa，剪应力120MPa。支架立杆作立立柱考虑，其其水平位移容容许变形为H/500，H为基础顶面面至柱顶的总总高度。三、计算模型假假定及计算荷荷载3.1、计算模模型假定（1）采用MIIDASCCIVIL2012建立计算模模型，如图3.1所示。（2）梁体混凝凝土容重按26kN/m3计，并考虑5%的混凝土超超方系数。（3）钢材的弹弹模采用2.06×1005Mpa，钢材的线线膨胀系数采采用1.2×110-5。（4）本文计算算荷载组合按按承载能力极极限状态组合合，即1.2倍自重（包包括支架自重重、作用在支支架上的混凝凝土湿重、模模板荷载）+1.4倍其他荷载载（包括施工工人员及机械械荷载、混凝凝土振捣等荷荷载）。图3.1计算模模型图3.2、计算荷荷载（1）箱梁自重重，以图3.2为计算截面面，取其横截截面净面积22372555.03cmm2，则每延米米箱梁需要支支架承担的荷荷载616.99kN，支架上部部实际作用的的箱梁长度为为31.944m，故混凝土土自重为197022.61kNN，根据箱梁梁横向荷载集集度不同，按按三个区域进进行加载。图3.2计算截截面图（2）人员机具具荷载及模板板荷载按4kN/mm2（偏于安全全）计算。（3）支架自重重由程序自动动进行模拟计计算。（4）风荷载根据《公路桥涵涵设计通用规规范》(JTGD60-22004)风荷载计算算计算过程如如下：对施工架设期桥桥梁，QUOTE\\*MERRGEFORRMAT；；对钢管构件，QUOTE\*MMERGEFFORMATT；风速高度变化修修正系数QUOTE\*MEERGEFOORMAT；地形、地理条件件系数QUOTE\\*MERRGEFORRMATQUOTE\*MMERGEFFORMATT；风速系数QUOTE\\*MERRGEFORRMAT。QUOTE其中，为桥梁所所在地区的设设计基本风速速，采用河南南郑州地区27.3m/s；对圆柱型构件：：QUOTE风荷载计算结果果：φ48×3.55mm钢管： 0.6666×0.04483=0.03224kN/m；四、支架计算4.1、支架强强度计算MidasCCivil2012在许多大跨跨度桥梁的设设计复核过程程中广泛运用用，基于有限限元计算原理理，结合相关关规范的计算算要求，可以以准确的反映映结构在施工工过程中的受受力情况，从从而合理的评评价结构安全全及性能。本本文按上述计算假假定及荷载建建立计算模型型，以支架有有限元模型起起点为原点，顺顺桥向为x轴，横桥向向为y轴，竖向为z轴，模型共共有25542个节点，52162个单元。图4.1可见，一个个节点外伸连连接的有许多多杆件，一个个杆件为一个个单元。4.1节点和单单元示意图碗扣式满堂支架架底部固结，支支架中钢管的的交叉节点按按碗扣支架的的实际情况共共节点模拟，以以箱梁底板左左、右侧边缘缘为分界线，在在这三个区域域上按实际梁梁重分配在钢钢管上。以下下给出支架强强度计算结果果，包括轴向向应力、剪应力、弯曲曲应力、组合合应力、轴力力、剪力及弯弯矩，图中对对应力及力的的方向规定：：“-”号为压，“+”号为拉。4.1.1、轴轴向应力图4.2支架轴轴向应力图承载能力极限状状态组合情况况下，竖向钢钢管主要承受受轴力，弯矩矩和剪力较小小，图4.2可见，竖向向钢管由轴力力产生的应力力最大为-55.006（压应力），发发生在支架钢钢管底部。支支架承担着混混凝土自重及及其他荷载，由由上至下，随随着支架自身身的重量不断断增加，支架架钢管底部受受力最大，计计算结果与实实际情况吻合合且满足规范范要求（轴向向应力205MPPa）。最大轴轴向拉应力发发生在剪刀撑撑位置，为7.94MMPa，较小，由由于支架横向向挤压变形所所致，满足规规范要求。4.1.2、剪剪应力图4.3支架剪剪应力图承载能力极限状状态组合情况况下，考虑到到整个支架受受的水平力仅仅有风荷载的的存在（浇筑筑过程的混凝凝土倾倒荷载载较小），通通过计算，整整个结构的钢钢管在施工过过程中剪应力力最大6.81MMPa，最小-4.677MPa，计算结果果满足规范要要求（剪应力120MPa）。4.1.3、弯弯曲应力图4.4支架弯弯曲应力图承载能力极限状状态组合情况况下，如图4.4所示，该图图为支架结构构中绕y轴的弯矩对对钢管产生的的弯曲应力，这这种图形主要要起评估应力力主要来源的的作用，图中中最大压应力力为-31.994MPa，最大拉应应力为35.711MPa，满足规范范要求。4.1.4、组组合应力图4.5支架组组合应力图承载能力极限状状态组合情况况下，显然整整个支架的杆杆件承受着轴轴力、弯矩、剪剪力的作用，由由图4.2至4.4分析了支架架在这三种情情况下支架的的受力情况。图4.5表明，在这三种力作用下的组合最大值，图中最大压应力为-84.80MPa，最大拉应力为22.89MPa。可见，在承载能力极限状态的验算过程中，支架在各种荷载的作用下，支架的最不利组合应力也满足规范要求（限值205MPa）。4.1.5、轴轴力图4.6支架轴轴力图承载能力极限状状态组合情况况下，单独分分析支架的轴轴力，由图可可见，支架最最不利轴力与与轴向应力类类似，发生在在支架底部，最最大为-26.994kN。即单根钢钢管的受力最最大为2.69t，这也是计计算支架局部部稳定性及门门洞计算时所所需要考虑的的最大荷载。4.1.6、剪剪力图4.7支架剪剪力图承载能力极限状状态组合情况况下，支架剪剪力较小，最最大为1.67kkN，最小为-1.144kN满足规范要要求。4.1.7、弯弯矩图4.8支架弯弯矩图承载能力极限状状态组合情况况下，支架的的主要受力杆杆件，承受的的绕y轴的弯矩较较小，该图主主要用于支架架局部稳定性性计算，图中中最大为0.17kkN·m。4.2、支架刚刚度计算结果果4.2.1、横横向变形图4.9支架横横向变形图承载能力极限状状态组合情况况下，考虑风风荷载作用，支支架最大横向向变形为0.92mmm（<58800/500==11.8mmm）,满足规范要要求。4.2.2、竖竖向变形图4.10支架架竖向变形图图承载能力极限状状态组合情况况下，立杆最最大竖向变形形为-16.996mm（竖直向下下），最大发发生在箱梁（横横桥向）浇筑筑过程中两侧侧的钢管支撑撑，竖向变形形较小，满足足规范要求。4.3、支架稳稳定性计算4.3.1、整整体稳定性采用接近工程实实际情况的非非线性屈曲分分析方法，计算整体稳稳定性，同时时考虑初始缺缺陷，要求其承载载力大于一阶阶屈曲模态下下力的4倍,其稳定安全全系数不小于于4时，稳定性性满足要求。一一般来说，对对于采用有限限元法计算的的支架施工的的桥梁结构，其其稳定性系数数不小于4即可，且从从下文的局部部稳定性可知知，结构局部部稳定性满足足要求，按照照构造要求布布设的碗扣式式脚手架，当当满足局部稳稳定性要求时时，整体稳定定性满足要求求。对支架模模型进行屈曲曲分析，可以以得到其各阶阶失稳模态及及对应的临界界荷载系数，以以下给出支架架前三阶失稳稳模态及相应应的稳定安全全系数。图4.11支架架一阶模态图图（1）图4.12支架架一阶模态图图（2）图4.13.支支架一阶模态态图（3）图4.14支架架二阶模态图图（1）图4.15架二二阶模态图（2）图4.16支架架二阶模态图图（3）图4.17支架架三阶模态图图（1）图4.18支架架三阶模态图图（2）各阶失稳模态如如图4.11至图4.18，其中（1）表示各阶阶正面图，（2）表示为各各阶俯视图，（3）表示为各阶侧面图。分析表明，支架没有面外失稳的情况发生，主要表现为面内失稳.各阶失稳模态对对应的稳定安安全系数如表表4.1所示表4.SEQ表\*ARABIC\s11稳稳定安全系数数表失稳模态一阶模态二阶模态三阶模态临界荷载系数6.0786.0816.089一阶模态对应稳稳定安全系数数为6.0788>4，故支架整整体稳定性满满足要求。4.3.2、局局部稳定性根据《建筑施工工碗扣式脚手手架安全技术术规范》（JGJ1666-20008）对支架杆杆件进行稳定定性验算。表4.SEQ表\*ARABIC\s12钢钢管截面特性性表外径F(mm)壁厚t（mm）截面积A（cmm2）截面惯性矩I（cm4）截面模量W(cm3）回转半径I（ccm）483.54.8912.195.081.58由表4.2可知知钢管回转半半径i=1.558cm；支架最大杆件间间距为120cm，取L0=120，则杆件细细长比为：查表得稳定系数数QUOTEQUOTEEMBEDEquation.DSMT4。根据模型计算结结果，最大弯弯矩为0.17kkN·m，最大轴力力为26.944kN，对最大轴轴力考虑1.7的综合影响响系数（偏安安全考虑），则则考虑影响系系数的最大轴轴力为：N=26.944×1.7==45.799kN根据偏心受压杆杆件的稳定性性计算公式，有有：故杆件的稳定性性满足要求。其径厚比为：故杆件的局部稳稳定性满足要要求。五、地基与基础础承载力验算算图5.1立杆底底部竖向反力力图根据《建筑施工工碗扣式脚手手架安全技术术规范》（JGJ1666-20008）对立杆地地基及基础承承载力进行验验算。立杆地基承载力力验算：式中：N——为脚手架架立杆传至基基础顶面轴心心力设计值；；Ad——为立杆杆底座面积AAd=15cmm×15cmm=225ccm2；fk——为地基基承载力标准准值；K——调整系数数；混凝土基基础系数为1.0。按照最不利荷载载考虑，即N=26.994kN，立杆底底拖下砼基础础承载力：底拖下砼基础承承载力满足要要求。底托坐落在155cm加筋砼层上上，按照力传传递面积计算算：按照最不利荷载载考虑：≤K·[fk]]=1.0××286kPaa小结：地基承载载力满足要求求。六、门式行车通通道结构验算算为方便施工车辆辆运行，本施施工结构碗扣扣架预留横桥桥向及纵桥向向行车通道。钢钢管桩采用φ400*110钢管，上部部横梁采用双双工40#，下部采用用砼结构承台台支撑，钢材材均为Q235材质。门架架间利用剪刀刀撑连接（按按等效刚度模模拟），以加加强横向稳定定性。行车通通道行车净宽宽；宽×高=4.5mm×5.0mm，纵向间距距一道，结构构及布置如下下图：图6.SEQ图\**ARABBIC\ss11横桥向门架架结构示意图图（单位：cm）图6.SEQ图\**ARABBIC\ss12门架纵向结结构示意图（单单位：cm）图6.SEQ图\**ARABBIC\ss13门架有限元元模型验算过程中，采采用同位置的的脚手架轴向向受力加载在在门架上部，脚脚手架轴向受受力按最不利利情况取值28.277kN（单根）。门门架有限元计计算结果如下下：图6.SEQ图\**ARABBIC\ss14门架组合应应力图承载能力极限状状态组合情况况下，最大组组合压应力为为-176..09MPaa，Q235材质，满足足规范要求。图6.SEQ图\**ARABBIC\ss15门架20工字钢组合合应力图承载能力极限状状态组合情况况下，图6.5表明，20工字钢组合合压应力最大大为-116..07MPaa，组合拉应应力最大为113.117MPa，均满足规规范要求的205MPPa拉压应力限限值，支架