省道隧道工程中桥现现浇箱梁满堂支架方案计算

小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案省道S303线巴朗山隧道工程TJ1合同段小魏家沟中桥现浇箱梁满堂支架施工方案华通路桥集团有限公司巴朗山项目部二○一三年三月 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案目录1编制依据-2-2工程概况-2-3现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求-2-4现浇箱梁支架验算-2-4.1荷载计算-2-4.1.1荷载分析-2-4.1.2荷载组合-3-4.1.3荷载计算-3-4.2结构检算-4-4.2.1扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算-4-4.2.2满堂支架整体抗倾覆验算-7-4.2.3箱梁底模下横桥向方木验算-7-4.2.4扣件式钢管支架立杆顶托上顺桥向方木验算-8-4.2.5底模板计算-10-4.2.6侧模验算-11-4.2.8立杆底座和地基承载力计算-12-4.2.9支架变形-14-5支架搭设施工要求及技术措施-16-5.1模板支架立杆、水平杆的构造应符合下列要求-16-5.2满堂模板支架的支撑设置应符合下列规定-17-5.3支架拆除要求-17-5.4支架预压及沉降观测-18-6安全防护措施及安全交底-19-6.1安全防护措施-19-6.2安全交底-20- 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案小魏家沟中桥现浇箱梁满堂支架及模板施工方案1编制依据1.1省道S303线巴朗山隧道工程两阶段施工图设计文件1.2参考《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》、《混凝土工程模板与支架技术》、《铁路桥涵施工手册》、《路桥施工计算手册》、《桥梁支架安全施工手册》2工程概况小魏家沟中桥起止点桩号为K99+069～K99+163,设计为4-22m预应力连续箱梁，桥宽9m，桥长94m。计算跨度为4×22m，边支座中心线至梁端0.5m，0#、4#桥台边支座横桥向中心距分别为4.85m、4.5m，中支座最大横桥向中心距4.80m。箱梁顶宽9.0m，箱梁底宽5.5m。顶板厚度20～50cm，腹板厚度40～80cm，底板厚度25～50cm。全桥在端支点设2个端横梁、中支点设3个中横梁，其中端支点端横梁厚100cm，中横梁厚150cm。采用满堂支架法现浇施工。3现浇箱梁满堂支架布置及搭设要求采用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）。模板用厚18mm的优质竹胶合板，横板边角用4cm厚木板进行加强，防止出现波浪形，影响外观。采用立杆横桥向间距×纵桥向间距×横杆步距为60cm×60cm×90cm支架结构体系，支架纵横均设置剪刀撑，其中纵横桥向斜撑每1.8m设一道。4现浇箱梁支架验算以中支点最大截面预应力混凝土箱形连续梁处为例，对荷载进行计算及对其支架体系进行检算。4.1荷载计算4.1.1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—— 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案箱梁内模、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（偏于安全）。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×90cm3.384.1.2荷载组合模板、支架设计计算荷载组合模板结构名称荷载组合强度计算刚度检算底模及支架系统计算⑴＋⑵＋⑶＋⑷＋⑺⑴＋⑵＋⑺侧模计算⑸＋⑹⑸4.1.3荷载计算⑴箱梁自重——q1计算根据现浇箱梁结构特点，取B－B截面（中支点横隔梁两侧）具有代表截面进行箱梁自重计算，并对两个代表截面下的支架体系进行检算，首先分别进行自重计算。①B-B截面（中支点横隔梁两侧）处q1计算 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案根据横断面图，用CAD算得该处梁体截面积A=10.3885-0.775*2=8.84m2,则：q1＝=＝取1.2的安全系数，则q1＝37.62×1.2＝45.14kPa注：B——箱梁底宽，取6.11m，将箱梁全部重量平均到底宽范围内计算偏于安全。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25cm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=18℃控制，因此新浇混凝土对侧模的最大压力q5=K为外加剂修正数，取掺外加剂K=1.2当V/t=1.2/18=0.067＞0.035h=1.53+3.8V/t=1.53+3.8*0.067=1.78mq5=4.2结构检算4.2.1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%）。本工程现浇箱梁支架按φ48×3.5mm 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案钢管扣件架进行立杆内力计算，计算结果同样也使用于WDJ多功能碗扣架（偏于安全）。⑴中支点横隔梁两侧B-B截面处在中支点横隔梁，钢管扣件式支架体系采用60×60×90cm的布置结构，如图：①、立杆强度验算根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为90cm，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］=35.7kN（路桥施工计算手册中表13－5钢管支架容许荷载［N］=35.7kN）。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=0.6×0.6×45.14=16.25KNNG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.0=0.36KNΣNQK=0.6×0.6(q3+q4+q7)=0.36×(1.0+2.0+3.38)=2.297KN 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案则：N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK=1.2×（16.25+0.36）+0.85×1.4×2.297=22.67KN＜［N］＝35.7kN，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≤fN—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×3.5㎜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《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录B得i＝15.8㎜。长细比λ＝L/i。L—水平步距，L＝0.9m。于是，λ＝L/i＝57，参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ＝0.829。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×h2/10WK=0.7uz×us×w0uz—风压高度变化系数，参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得uz=1.38us—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=1.2w0—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=0.927KNLa—立杆纵距0.6m；h—立杆步距0.9m，故：MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.0536KNW—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 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案则，N/ΦA+MW/W＝22.67×103/（0.829×489）+0.0536×106/（5.08×103）＝66.47KN/mm2≤f＝205KN/mm2计算结果说明支架是安全稳定的。4.2.2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，方木横桥向跨度在中支点截面处按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杉木进行计算，实际施工时如油松等力学性能优于杉木的木材均可使用。⑴中支点B-B截面（墩顶及横隔梁）处按中支点截面处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＝(45.14+1.0+2.5+2)×3=151.92kN/mM＝(1/8)qL2=(1/8)×151.92×0.62＝6.8kN·mW=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=0.m3则：n=M/(W×［δw］)=6.8/(0.×11000×0.9)=4.1(取整数n＝4根)d＝B/(n-1)=3/3=1m注：0.9为方木的不均匀折减系数。经计算，方木间距小于1m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＝3/0.3＝10。②每根方木挠度计算 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案方木的惯性矩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)×［(265.8×0.64)/(12×9×106×8.33×10-6×0.9)］=5.54×10-4m＜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。4.2.5底模板计算箱梁底模采用竹胶板，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：通过前面计算，横桥向方木布置间距分别为0.3m和0.25m时最不利位置，则有：竹胶板弹性模量E＝5000MPa方木的惯性矩I=(bh3)/12=(1.0×0.0153)/12=2.8125×10-7m4⑴5－5截面处底模板计算①模板厚度计算q=(q1+q2+q3+q4)l=(83.1+1.0+2.5+2)×0.25=22.15kN/m 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案则：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1220×2440×18mm规格的竹胶板。②模板刚度验算fmax=＜0.9×0.25/400m=6.25×10-3m故，挠度满足要求4.2.6侧模验算根据前面计算，分别按10×10cm方木以25cm和30cm的间距布置，以侧模最不利荷载部位进行模板计算，则有：⑴10×10cm方木以间距30cm布置①模板厚度计算q=(q4+q5)l=(4.0+50.7)×0.3=16.41kN/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1220×2440×15mm规格的竹胶板。②模板刚度验算fmax=＜0.9×0.3/400m=7.5×10-3m⑵10×10cm方木以间距25cm布置 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案4.2.7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×(４５.１４+1.0+1.0+2.0+３.３８)=１８.９１kN⑵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×(４５.１４+1.0+1.0+2.0+３.３８)=１８.９１kN底托承载力（抗压）设计值，一般取Rd=40KN;得：１８.９１KN＜40KN立杆底托符合要求。⑵立杆地基承载力验算地基薄弱地段分层换填隧道弃渣并碾压密实，根据经验及试验，地基承载力达到[fk]=200～250Kpa（参考《建筑施工计算手册》。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。底托坐落在15cm砼层上，按照力传递面积计算：k为地基承载力标准值； 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案试验锤击数357911131517192123k(Kpa)105145190235280325370435515600680K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]=1.0×235KPa经过计算，地基处理要求贯入试验垂击数必须达到11下。　将混凝土作为刚性结构，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×(４５.１４+1.0+1.0+2.0+３.３８)=５２.５２kN，即５２.５２kpa．则，F＝５２.５２kpa＜[k]=1.0×235Kpa经过地基处理后，可以满足要求。4.2.9支架变形支架变形量值F的计算：F＝f1＋f2＋f3①f1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１８.９１KN，φ48mm×3.5㎜钢管的截面积为489mm2。于是f1=б×L/Eб＝１８.９１÷489×103＝３８.６７N/mm2，则f1＝３８.６７×10÷（2.06×105）＝１.８８mm。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为支架地基沉降量计算：支架地基沉降量按《GBJ7-89规范》推荐地基最终沉降量公式计算：f3=A、基础底面附加应力计算 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案根据前面计算结果，支架基础（C15加筋砼）底面以上最大荷载为F＝５２.５２+3.9=５６.４２KN/m2，同理基础底面的附加压力为P0＝F=５６.４２KN/m2。B、地基土分层根据现场地质情况（以地勘报告AK14地质柱状图为例），将地基土按压缩性分层，设压缩层厚度为3m，其中换填砂夹石土层厚1.5m、压缩模量7.0MPa，中液限粘质土层厚1.5m、压缩模量6.2MPa。C、各分层的压缩量计算根据最不利荷载受力部位支架布置，将满堂支架基础底面积转化为0.6×0.6基础进行计算分析。a、换填砂夹石土层：该土层的顶面及底面分别位于基础地面下Z0＝0m及Z1＝1.5m处，则：于是换填砂夹石土层的压缩量为：b、中液限粘质土层：该土层的顶面及底面分别位于基础地面下Z1＝1.5m及Z1＝3.0m处，则：于是中液限粘质土层的压缩量为：D、确定压缩层厚度先计算深度Zn＝3.0m处向上取0.3m的土层压缩量： 小魏家沟中桥箱梁满堂支架施工方案则，于是得：故压缩厚度可取为3.0m(从C15加筋砼基础底面算起)。E、地基最终沉降量计算压缩层范围内各土层压缩模量加权平均值ESP为：因4