現(xiàn)澆箱梁支架設計及相關計算

現(xiàn)澆箱梁滿堂支架設計及相關計算中鐵十五局集團第二工程有限公司劉少修摘要：本文結(jié)合碗扣式支架的特點及工程實際，對碗扣式支撐架橫、縱向方木及支架立桿進行了剛度、強度、穩(wěn)定性檢算；對支撐架對地基承載能力的要求進行了分析驗算，提出了地基處理方案。同時，本文也為同類工程施工驗算提供了可行的計算模式。關鍵詞：現(xiàn)澆箱梁支架設計檢算0、工程概況及設計說明十里排樞紐C匝道橋位于龍浦高速公路十里排樞紐C匝道上。本橋全長215.84m。分兩聯(lián)：3X25+（25+38+25+25+20），第一聯(lián)梁高1.5m，第二聯(lián)梁高為2.0m；平面分別位于圓曲線（起始樁號：CK0+610.78，終止樁號：CK0+724.4,半徑：120m，左偏）、緩和曲線（起始樁號：CK0+724.4,終止樁號：CK0+784.775，參數(shù)A：105m，左偏）和圓曲線（起始樁號：CK0+784.775，終止樁號：CK0+826.62,半徑：350m，左偏）上，縱斷面位于R=1635的豎曲線上。橋面凈寬10.5m，箱體寬6.5m。墩臺部位5m范圍內(nèi)底板厚度由端部至中部厚度由40cm漸變?yōu)?5cm，其余部位厚度為25cm.、腹板厚度由端部至中部厚度由70cm漸變?yōu)?0cm，其余部位厚度為50cm.。根據(jù)本橋的實際情況，結(jié)合以往的工程施工經(jīng)驗，確定本橋采用碗扣式滿堂支架法進行現(xiàn)澆。支架的設計以第二聯(lián)箱梁的尺寸確定計算荷載、以最高凈空13m確定支架的高度。支架設計目標為：支架結(jié)構必須有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性；支架在承重后期彈性和塑性變形在15mm以內(nèi)；支架地基的沉降量及地基承載力應滿足施工要求；支架頂面與梁底的高差應控制在理想值范圍內(nèi)，并應充分考慮拱度的預留問題。1、滿堂支架的設計（附碗扣式滿堂支架設計示意圖）本橋支架的高度在1m~13m之間。將15cm厚的C25混凝土層作為支架立桿底座基礎，在砼基礎上搭設碗扣式鋼管支架。支架布置主要分三個區(qū)域進行設計：一般結(jié)構區(qū)底板布置，立桿按縱向間距0.9m，橫向間距0.6m和0.9m，橫桿步距1.2m進行布置；沿橋梁方向在端橫梁、中橫梁1.2m范圍內(nèi)（梁端及支點區(qū)、漸變段）以及橫隔板位置，立桿按縱向間距0.6m，橫向間距0.6m，橫桿步距1.2m進行布置；翼板寬2.0m，翼板立桿按縱向間距0.9m，橫向間距1.2m，橫桿步距1.2m進行布置。支架兩側(cè)和腹板下沿橋梁縱向每3.6m（4.5m）設置一道橫向十字斜桿，橫向每隔四排或五排設置一道剪刀撐，間距不大于5m。支架高度通過可調(diào)托座調(diào)節(jié)，底座和頂托的絲扣旋出不超過三分之二且不大于30cm。橋梁內(nèi)側(cè)設置工作平臺，外側(cè)設置施工防護網(wǎng)。1.1模板結(jié)構及支撐體系模板的自重是支架計算荷載的重要組成。故，在此有必要對現(xiàn)澆箱梁的外(內(nèi))模板結(jié)構進行敘述。1.1.1外模結(jié)構模板結(jié)構是否合適將直接影響梁體的外觀，外模面板均采用0=12mm的竹膠板，面板尺寸1.2mX2.4m，以適應立桿布置間距，面板直接釘在橫橋向方木上，橫橋向方木采用10X10cm方木，間距35cm(在端橫梁、中橫梁下部加密成間距20cm)；橫向方木置于縱向12X12cm方木上，縱向方木間距與立桿橫向間距一致。在釘面板時，每塊面板應從一端趕向另一端，以保證面板表面平整。腹板外膜及翼板底板分別固定在豎向和橫向10X10cm方木上，方木間距35cm。1.1.2內(nèi)模結(jié)構預應力連續(xù)箱梁內(nèi)模均采用方木作骨架支撐，竹膠板作面板。由于箱梁內(nèi)凈空高度第一聯(lián)為1.0m，第二聯(lián)為1.5m，內(nèi)模骨架設計盡量少占凈空，以利于箱梁底板混凝土的散料、振搗及內(nèi)模的拆除。內(nèi)模上、下面板骨架采用10X10cm方木，間距0.4m。2、支架檢算支架檢算荷載按最大荷載截面計算。根據(jù)現(xiàn)澆箱梁支架布置方案，采用①48X3.5mm碗扣式支架搭設滿堂支架，對其剛度、強度、穩(wěn)定性必須進行檢算，現(xiàn)以第二聯(lián)現(xiàn)澆箱梁(第一聯(lián)箱梁高1.5米，第二聯(lián)箱梁高2.0米)跨中標準截面處支架及中(端)橫梁處支架分別進行檢算。048X3.5mm鋼管的力學特性：斷面積A=n(D2-d2)/4=4.89cm2截面慣性矩I=n(D4-d4)/64=12.15cm4回轉(zhuǎn)半徑i=sqrt(D2—d2)/4=1.578cm截面模量W=n(D4-d4)/32D=5.078cm3鋼材彈性模量E=2.1X105MPa鋼材軸向容許應力［o］=140MPa受壓構件容許長細比［入］=1502.1跨中一般結(jié)構段截面處支架結(jié)構驗算2.1.1荷載計算鋼筋混凝土梁單位重：N1=5.06X26/6.5=20.24KN/m2(鋼筋混凝土梁重量按26kN/m3,現(xiàn)澆箱梁截面重力分布不均衡，支架主要由箱梁底板9根立桿受力，剩余翼板底6根立桿受力較小，故僅考慮對箱梁底板寬度范圍內(nèi)支架進行檢算。)模板重量：N2=25X(9.7+15)X0.012/6.5=1.14KN/m2（竹膠板重量按25kN/m3）方木重量：N3=8（0.12X3X7.2+0.122X9+0.12X30）/6.5=0.79KN/m2（方木重量按8KN/m3）支架重量：根據(jù)現(xiàn)場情況以最高支架13米進行檢算N4=33.3（9X13X2+10X6.5X2+9X10X1）/6.5=2.33KN/m2（鋼管自重每米取33.3N）人員及機器重：N5=1.5KN/m2傾倒混凝土時沖擊產(chǎn)生的水平荷載：N6=3.0KN/m2（采用汽車泵取值3.0KN/m2）振搗砼時產(chǎn)生的荷載：N7=2.0KN/m2（對水平面模板為2.OKN/m2；對垂直面模板為4.0KN/m2）荷載組合：N=1.2（20.24+1.14+0.79+2.33）+1.4（1.5+3+2）=38.5KN/m2（已考慮荷載分項系數(shù)）單根模板支架立桿的最大軸向力可取：N=38.5X0.92=31.2KN2.1.2立桿強度及穩(wěn)定性驗算2.1.2.1立桿強度驗算：N/AW[a]N/A=31.2/4.89=63.8MpaW[a]=140MPaX1.2=170MPa（臨時結(jié)構，取1.2的允許應力增大系數(shù)）k=[a]/N=2.631.3結(jié)論：安全系數(shù)k31.3,立桿強度符合要求。2.1.2.2立桿穩(wěn)定驗算：NW?A[a]長細比入=l/i=120/1.578=76.05W[入]=150查表得軸心受壓件的穩(wěn)定系數(shù)?=0.651N=32.27KNW[N]頊A[a]=0.651X489X170=54117.63N=54.12KN結(jié)論：NW[N],立桿滿足強度及穩(wěn)定性要求2.1.3橫向方木強度和剛度驗算支架中采用10X10cm橫向方木，按連續(xù)梁（三等跨連續(xù)梁為計算模型）計算。2.1.3.1橫向方木強度驗算：M=0.1qLW[ow]Wq=38.5-1.2（1.14+0.63+2.33）=33.58KN/m2M=0.1ql2=0.1X33.58X0.35X0.92=952.0N?mW[ow]W=0.10X0.102/6X10=1666.7N?m（[ow]方木設計抗彎強度，取[ow]=10MPa；M為方木所受彎矩，W為截面抵抗矩W=bh2/6）2.1.3.2橫向方木剛度驗算：f=0.677ql4/100EIWl/400f=0.677X33.58X0.35X0.94/（100X9X103X0.10X0.103/12）=0.70mmWl/400=0.9/400=2.3mm（E為方木彈性模量，取E=9X103）結(jié)論：f為方木撓度，橫向方木滿足強度和剛度要求。2.1.4縱向方木強度和剛度驗算支架中采用12X12cm縱向方木，按連續(xù)梁計算。2.1.4.1縱向方木強度驗算：M=0.1ql2W[ow]WM=0.1ql2=0.1X33.58X0.9X0.92=2447N?mW[ow]W=（0.123/6X10X106）=2880N?m（[ow]方木設計抗彎強度，取[ow]=10MPa；M為方木所受彎矩；W為截面抵抗矩W=bh2/6）2.1.4.2縱向方木剛度驗算：f=0.677ql4/100EIWl/400f=0.677X33.58X0.9X0.94/（100X9X103X0.124/12）=0.86mmWl/400=0.9/400=2.3mm（E為方木彈性模量，取E=9X103）結(jié)論：縱向方木滿足強度和剛度要求小結(jié)：跨中標準截面處支架結(jié)構設計滿足施工及規(guī)范要求。2.2梁端（中）橫梁截面處支架結(jié)構驗算2.2.1荷載計算鋼筋混凝土梁單位重：N1=13.0X26/6.5=52KN/m2（鋼筋混凝土梁重量按26kN/m3，由箱梁底板范圍布置12根立桿主要受力）模板重量：N2=25X9.7X0.012/6.5=0.45KN/m2方木重量：N3=8（0.12X3X7.2+0.122X12）/6.5=0.48KN/m2支架重量：根據(jù)現(xiàn)場情況以最高13米高支架進行檢算N4=33.3(10X7.5+12X13+10X12)/6.5=1.8KN/m2人員及機器重：N5=1.5KN/m2傾倒混凝土時沖擊產(chǎn)生的水平荷載：N6=2.0KN/m2振搗砼時產(chǎn)生的荷載：N7=2.0KN/m2前載組合：N=1.2(52+0.45+0.48+1.8)+1.4(1.5+3+2)=74.77KN/m2單根模板支架立桿的軸向力：N=74.77X0.6X0.9=40.38KN2.2.2立桿強度及穩(wěn)定性驗算2.2.2.1立桿強度驗算：N/AW[a]N/A=40.38/4.89=82.57MpaW[a]=140X1.2MPa=170MPak=[a]/N=2.0631.3結(jié)論：安全系數(shù)k31.3。立桿強度符合要求。2.2.2.2立桿穩(wěn)定驗算：NW?A[a]長細比入=l/i=120/1.578=76.05W[入]=150查表得軸心受壓件的穩(wěn)定系數(shù)?=0.651N=40.38KNW[N]頊A[a]=0.651X424X170=54117.63N=54.12KN結(jié)論：NW[N],立桿滿足強度及穩(wěn)定性要求2.2.3橫向方木強度和剛度驗算支架中采用10X10cm橫向方木，按連續(xù)梁(三等跨連續(xù)梁為計算模型)計算。2.2.3.1橫向方木強度驗算：M=0.1ql2W[aw]Wq=74.77-1.2(0.48+1.8)=72.03KN/m2M=0.1ql2=0.1X72.03X102X0.35X0.62=907.58N?mW[aw]W=0.10X0.102/6X10X106=1666.7N?m([aw]方木設計抗彎強度，取[aw]=10MPa；M為方木所受彎矩；W為截面抵抗矩W=bh2/6)2.2.3.2橫向方木剛度驗算：f=0.677ql4/100EIWl/400f=0.677X72.03X0.35X0.6/(100X9X103X0.10X0.103/12)=0.29mmWl/400=0.6/400=1.5mm結(jié)論：f為方木撓度，橫向方木滿足強度和剛度要求。2.2.4縱向方木強度和剛度驗算支架中采用12X12cm縱向方木，按連續(xù)梁（三等跨連續(xù)梁為計算模型）計算。2.2.4.1縱向方木強度驗算：M=0.1q"W[ow]WM=0.1ql2=0.1X72.03X0.6X0.62=1555.8N?mW[ow]W=（0.12s/6X10X106）=2880N?m（[ow]方木設計抗彎強度，取[ow]=10MPa；M為方木所受彎矩；W為截面抵抗矩W=bh2/6）2.2.4.2縱向方木剛度驗算：f=0.677ql4/100EIWl/400f=0.677X72.03X0.6X0.64/（100X9X103X0.124/12）=0.24mmWl/400=0.6/400=1.5mm結(jié)論：縱向方木滿足強度和剛度要求2.2.5水平桿、節(jié)點扣件抗滑移分析因水平桿件只承受自重，主要起對立桿的約束作用，上部荷載沒有通過縱向或橫向水平桿傳給立桿，作用于水平桿的力小，基本沒有變形，且水平桿一般不會導致整個腳手架的破壞，因此在進行桿件強度驗算時，無需對水平桿進行反計算?？奂氖芰υ诓豢紤]水平風荷載的作用下，只受到立桿彎曲變形產(chǎn)生的局部內(nèi)力，其值遠小于單個節(jié)點扣件承載力8.5KN，因此也無須計算。小結(jié)：端（中）橫梁截面處支架結(jié)構設計滿足施工及規(guī)范要求。3、 支架地基承載力檢算按照每根立桿承受4t軸力計算，下墊縱向方木，立桿下有效承壓面積：S=0.12x0.6=0.072m2；40000NP= =555555.6Pa=555.6KPa0.072m2顯然，原地面地基不能滿足設計要求，必須對原地面進行處理。地基處理擬采用換填夯實法。在夯實整平后的地基上澆注15cm厚C25素混凝土，橫向?qū)挾?2.5m。經(jīng)過處理后的基礎完全能夠滿足承載要求。地基下沉等非彈性變形在預壓以后自行消除。為了防止雨水（地表水）長期浸泡軟化支架的地基，在沿線路方向較低的一側(cè)做50*50cm砂漿排水溝。4、 支架預壓支架搭設完畢進行堆載預壓，預壓重量為現(xiàn)澆箱梁梁體重量的120%，壓載實物為土袋，以消除支架非彈性變形，確保梁體質(zhì)量及安全。預壓時間為一周。4.1測點布置測點沿縱向布置于跨中、1/4跨和距墩柱支點1m處，每個