工程现浇异型板钢管支架受力计算满堂支架预留门洞牛腿设计.doc

CK3+875田东右江大桥现浇异形板钢管支架施工及受力计算一、工程概况CK3+875田东右江大桥南岸现浇40米跨异形板位于主桥5#墩、6#墩、7#台及B改线桥8#墩之间（如图-1所示），总面积约有1450m2。设计采用箱型、薄壁腹板连续结构，腹板厚度20cm, 箱型结构空腔高80cm，宽180cm(8#墩侧箱型板空腔宽170cm)，梁高120cm，顶、底板厚20cm，翼缘板两端厚分别为20cm及35cm，共有22道梁、肋板，预应力束采用单端张拉施工工艺。其工程量如下表所示。图- 1 异型板一般构造图异形板主要工程数量一览表钢束（kg）60mmSBG塑料波纹管(m)锚具(套)钢筋(kg)C40砼(M3)OVMZK15A-7OVMZK15P-7Ø10122528合计47272675572726#墩7#台之间原地面标高约103.00米，地势基本平坦，除系梁基坑填土外，基本为密实亚粘土Qa1-3，有A改线横穿其间，路基顶宽，顶标高约为103.60m，现在路基已基本填到位。5#墩及6#墩之间有一陡坎，坎缘约2m宽为填土，下坎处标高约，落差5米左右，6-G#桩位周围地势较低，正好落在坎缘上（见图-2所示）。图- 2 5#、6#、7#地形断面图二、地基处理及钢管支撑位置放样1、 6#墩及7#台（8#墩）之间地基处理 针对6#墩及7#台之间地势情况，先用亚粘土将6#墩系梁基坑及6-G#桩周边分层压实回填至原地面标高，而后用装载机统一将6#墩周边地平整平压实，注意纵向或横向流水坡面，避免凹面积水，影响地基承载力；再铺垫一层15cm厚密实碎石或圆砾，避免钢管支架枕木受地表水浸泡。同时在利于排水一侧开挖一过水面为30×30cm排水沟，以便地表系统排水。至于A改线处地基，现A改线路基已以石方填筑，为支架提供了良好地基条件。2、5#墩及6#墩之间地基处理由于5#墩及6#墩之间陡坎坎缘为填土形成，为了保证这侧地基整体承载力，拟采用40cm厚浆砌片石护坡加固。其具体工程量及其平面图如下：图-3 6#墩护坡立面图 V=×30+）×0.4=35#墩处原地面标高为98.00，5#系梁底标高为，于是在进行系梁施工（开挖系梁基坑）时，形成了一道约3m高陡坎（见图-2），为了使钢管支架有足够支撑空间，须将该系梁基坑用亚粘土分层压实回填至标高，而后用40cm厚浆砌片石护坡加固，其工程量为15×3×0.4=18m3。同时，在5#墩侧异形板施工支撑可拟采用牛腿支撑（已埋设牛腿预埋件，见图-4），从而5#墩一侧可减少一排支架支撑，避免过多填土夯实施工，让施工受力更可靠。图-4 5#墩侧异形板施工预埋件施工图 5#墩至6#墩之间地平整平处理基本跟6#墩及7#台（8#墩）之间地基处理相似。3、待地基处理好后，让专业测量人员放出梁、肋、边缘线，做好高程控制点。施工人员按照异形板满堂脚手架施工平面图用石灰标出钢管立杆具体位置，以便进行支架施工。三、支架搭设支架采用“扣件”式满堂脚手架，其结构尺寸形式如下：翼缘及箱腔区纵向立杆间距为90cm，横向立杆间距100cm布置；实心区纵向立杆间距为90cm，横向立杆间距50cm或60cm布置（详见满堂支架横向布置图），为了方便施工，某些钢管立杆位置可适当调整。脚手架竖向每间隔1.5m设置一排纵、横向联接脚手钢管，使所有立杆联成整体，为确保支架整体稳定性，在每五排横向立杆与每五排竖向立杆各设置一道剪刀撑。支架搭设好后，测量放出若干个高程控制点，然后带线，用管子割刀将多余脚手管割除，在修平立杆上口安装可调顶托（可调顶托是用来调整支架高度与拆除模板用），本支架使用可调顶托可调范围为20cm左右。脚手管安装好后，在可调顶托上铺设I14×6m工字钢，箱梁底板下方I14工字钢横向布置，其他视实际施工而顶。I14工字钢铺设好后，然后I14工字钢上铺设6×12cm木枋，木枋铺设间距为35cm，木枋布置好后可进行支架预压。四、支架预压安装模板前，要对支架进行预压。对大面积现浇异形板施工，必须分区进行才能保证其施工质量及施工进度。具体分区如下（纵向划分）：16#肋之间为施工I区，611#肋之间为施工II区，11#肋22#梁之间为施工III区，共分三个施工区（见图-5）。图-5分区分仓水箱预压示意图 1、支架预压目检查支架安全性，确保施工安全。消除地基非弹性变形与支架非弹性变形影响，有利于桥面线形控制。控制弹性变形量。2、预压方法采用水预压法对每施工区进行分别预压施工。预压荷载为异形板单位面积受力荷载，即848.4÷1450××吨，取荷栽不均匀系数为1.2，则单位预压荷载为1.7×1.2=，从而可知围水高度为m。先在每施工区周边按照图-六搭设围水护栏，满铺彩条布，确保.不漏水。预压荷载分级进行，由于桥面有一定坡度，还需分格仓。两侧翼缘板所对应位置，混凝土重量轻，不做压载。图-6分区预压水箱围水护栏断面图示意图 为了解支架沉降情况，在加水预压之前测出各控制点标高，在加载50%与100%后均要复测各控制点标高，加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高，如果加载100%后所测数据及持荷24小时后所测数据变化很小时（=-<1mm），表明地基及支架已基本沉降到位，即沉降稳定，可卸水。否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降到位方可卸水。卸水时通过水管将水排至水沟中或桥位区外，以免影响处理好地基承载力。卸水完成后，要再次复测各控制点标高，以便得出支架与地基弹性变形量=-，则其总沉降量=-，支架与地基非弹性变形（即塑性变形）量-。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架标高。五、施工结构受力计算1、翼缘板区（包括边腹板）支架受力计算（1）立杆因翼缘板相对箱型板施工荷载比较小，在进行施工结构验算时取边腹板支撑A杆为分析对象，其受力范围：0.3×0.9+0.5×0.9=0.72m2图-7× +（0.3+0.5）×0.9+（0.8+1）×0.9=2a、混凝土重量（）×0.9× kN；kN/,则×0.2=0.622 kN； kN /,则0.72×0.25=0.18kN；d、混凝土浇注冲击荷载取 kN /,则0.72×0.2=0.14 kN；则A杆施工荷载为12.00+= kN荷载不均匀系数，则单根钢管实际最大施工荷载为N=×= kN钢管大横杆步距取，直径Ø48×，其截面特性：Ix=，A=2，则长细比=l/i=1500/15.78=95.06，查表=0.637,既有×A××489×215=66971 N=66.97 kN>N,抗压强度满足要求。由压杆弹性变形计算公式（按最大高度10米计算） L = NL/EA = ×103×10×103/(×105××102) = 1.51mm <2mm压缩变形很小，施工安全。（2）翼缘区次梁（6×12cm木枋）受力验算（主梁计算见空腔区主梁）次梁按35cm间距布置。翼缘区砼最大厚度为，最小厚度为，偏于安全，按厚砼计算翼缘处砼荷载：P1×2模板荷载：P2=200kg/m2=2kN/m2设备及人工荷载：P3=250kg2砼浇注时振捣荷载：P4=200kg/m2=2kN/m2 P=9.1+2+2.5+2=15.6 kN/m2 q=15.6×0.35=5.46kN/m 图-8则跨内最大弯矩为（偏于施工安全，跨中弯矩以简支梁形式计算）： Mmax=ql2/8=5.46×2/8=0.44W=bh2/6=6×122/6=144cm3由梁正应力计算公式得: max =Mmax/W=0.44×1000/(144×10-6)=MPa=10MPa（参考一般松木质）最大剪力在靠近悬臂较长侧支点处，即左支座:Qmax=0.731q=3.99 kNmax=3Qmax/2A=3×3.99×103/（2×6×12×10-4）=0.83MPa=2MPa（参考一般松木质）即知强度均满足施工要求。挠度验算:×105MPa ;I=bh3×106mm4;跨中挠度：fmax1=5qL4/384EI=5×5.46×103×4/（384×1×1010××10-6）=0.34 mm<f=L/400=2mm既知其挠度满足施工要求。悬臂端（30cm）挠度：fmax2=qL4/8EI=5.46×103×4/（8×1×1010××10-6）=0.06mm<f=L/400=mm既知其挠度满足施工要求。经上述计算，该次梁搭设结构尺寸、强度及刚度等满足施工要求。2、肋板及空腔区受力计算（见图-9） 偏于施工安全,以异形板底、顶板同时施工情形验算各立杆实际施工强度及刚度。图-9（1）、肋板区A或C杆受力验算a、混凝土高度，宽度，另加倒角与倒角顶底板，纵向长度，则砼重为：（××+×5÷2×4×0.9+0.2××0.8×2）×26=15.21kN×8 kN×0.25=0.225 kN×0.2=0.18 kN则肋板支撑受力F=15.21+0.18+0.225+0.18=kN另加1.2荷载不均匀系数，则单根钢管荷载为N=×1.2=kN钢管大横杆步距取1.5米，直径Ø48×，长细比=l/i=1500/15.78=95.06，查表=0.637,则有×A××489×215=66971 N=66.97 kN>N,抗压强度满足施工要求。（2）、空腔区底板B杆件受力验算混凝土高度，长度为，则砼重0.2×1×0.9×2×26=kN<15.21kN(肋板区砼重)则知B杆抗压强度满足施工要求。 (3)肋板区次梁（6×12cm木枋）受力计算次梁按35cm间距布置。肋板区砼荷载：P1=(0.1××××2)×26 kN/m2模板荷载：P2=200kg/m2=2kN/m2设备及人工荷载：P3=250kg2砼浇注时振捣荷载：P4=200kg/m2=2kN/m2 P=+2+2.5+2=20.15 kN/m2 q=20.15×0.35=kN/m 则跨内最大弯矩为： Mmax=ql2/8=×128W=bh2/6=6×122/6=144cm3由梁正应力计算公式得: max =Mmax/W=0.88×1000/(144×10-6)=MPa=10MPa（参考一般松木质）最大剪力在支点处:max=3Qmax/2A=3×（×103×1）/（2×6×12×10-4）=MPa=2MPa（参考一般松木质）即知强度均满足施工要求。挠度验算:×105MPa ;I=bh3×106mm4;fmax=5qL4/384EI=5××103×14/（384×1×1010××10-6）=6mm<f=L/400=1.8mm既知肋板区次梁挠度满足施工要求。由此可见,空腔区次梁刚度及强度满足施工要求。(4)肋板区主梁（工14工字钢）受力计算由于肋板区施工荷载大于空腔区施工荷载，受力验算时以肋板区主梁为受力验算对象。主梁跨度为90cm，其间距如图-9所示，主梁布置时以连续刚构形式布置，偏于施工安全，以简支梁结构形式计算。肋板区砼荷载：P1=0.2×××2+（1-0.2)××2）×26= kN/m2模板荷载：P2=200kg/m2=2kN/m2设备及人工荷载：P3=250kg2砼浇注时振捣荷载：P4=200kg/m2=2kN/m2 P=+2+2.5+2=22.23 kN/m2 q=22.23×1=22.23kN/m 则跨内最大弯矩为： Mmax=ql2/8=22.23×2/8=2.25查表知主梁截面抵抗矩Wx=102cm3，截面积A=2由梁正应力计算公式得: max =Mmax/Wx=2.25×103/(102×10-6)=22.05MPa=215MPa最大剪力在支点处:Q=22.23×÷kNmax=3Qmax/2A=3××103/（2××10-4）=6.98 MPa=125 MPa即知强度均满足施工要求。挠度验算:E=2.1×105MPa ;Ix=×106mm4;fmax=5qL4/384EI=5×22.23×103×4/（384×21×1010××10-6）=3mm<f=L/400=mm既知肋板区主梁挠度满足施工要求。由此可见,空墙区次梁刚度及强度满足施工要求。特别考虑：如果空腔区不加立杆B，立杆受力同样满足要求，即总荷载=+11.934=kNN，但腹板钢管受力相应增加，同时次梁跨度增大，弯矩相应变大,挠度及刚度很难满足施工要求。3、实心梁区（如图-10所示）图-10（1）实心区立杆受力验算a、混凝土高度，立杆横向间距为，纵向间距为，则砼重为：××0.6×26=kN×0.2×= kN×5× kN×0.2×= kN则肋板支撑受力F=kN取荷载不均匀系数，则单根钢管荷载为N=×1.2=kN钢管大横杆步距取1.5米，直径Ø48×，长细比=l/i=1500/15.78=95.06，查表=0.637,则有×A××489×215=66971 N=66.97 kN>N,抗压强度满足施工要求。（2）次梁（6×12cm木枋）受力验算砼荷载：P1=1.2×26=31.2kN/m2模板荷载：P2=200kg/m2=2kN/m2设备及人工荷载：P3=250kg2砼浇注时振捣荷载：P4=200kg/m2=2kN/m2则P=P1+P2+P3+P4=37.7kN/m2木枋每隔35cm布置一道，则q=37.7×0.35=kN/m木枋长度一般可达23连续跨，偏施工安全，按简支梁结构形式计算，其最大跨径为0.6m，其计算简图如下：图-11则跨内最大弯矩为： Mmax=ql2/8=×0.62W=bh2/6=6×122/6=144cm3=144×10-6m3由梁正应力计算公式得: max=Mmax/W=0.594×103/(144×10-6) =4.13MPa=10MPa（参考一般松木质）最大剪力在支点处:Qmax =ql/2=×÷2= kNmax=3Qmax/2A=3×3.96×103/（2×6×12×10-4）= 3MPa=2MPa（参考一般松木质）即强度均满足施工要求要求。施工挠度计算：×105MPa ;I=bh3×106mm4;I=bh3/12=864cm4fmax=5qL4/384EI=5××103×0.64/（384×1×1010×864×10-8）=0.26mm<f=L/400=1.5mm(3)主梁（I14工字钢）受力验算脚手架立杆纵向间距为，横向间距为0.6m，主梁工字钢按纵桥向布置，跨度为。偏于施工安全，按简支梁结构受力进行验算。砼荷载：P1×2（偏于施工安全，按最大砼厚度计算）模板荷载：P2=200Kg/m2=2kN/m2设备及人工荷载：P3=250KgkN/m2砼浇注时振捣荷载：P4=200Kg/m2=2kN/m2则有P=P1+P2+P3+P4=37.7 KN/m2,取荷载不均匀系数.2，平均荷载大小为q=37.7×0.6×=27.144KN/m查表可得（I14）Wx=102×103mm3，Ix=712×104mm4，S=Ix/12跨内最大弯矩为：Mmax=×2/8=k由梁正应力max=Mmax/Wx=2.75×106/(102×103)=MPa=170 MPa,则主梁强度满足施工要求。主梁挠度验算：×105 MPafmax=5ql4/384EIx=5××103×0.94/（384××1011×712×10-8）=0.16mmf=L/400=，既知主梁刚度满足施工要求。5、门洞式脚手架受力验算 目前，由于高速公路路基全线施工需要，现将高速公路占用段二级路改入6#墩及7#台之间通车，所以异形板脚手架施工时必须预留通车门洞。根据当地交通流量，门洞宽度拟为500cm，通车净宽为450cm，净空高度为6m。1） 荷载分析实心板区砼荷载 q1=1.2×kN/m2 空腔区砼荷载 q2=（0.3×××××2）×kN/m2 模板荷载 q32 施工荷载 q42 冲击荷载 q52则知异形板施工时，门洞块实心区所受总荷载为Q12；门洞块空腔区总荷载为：Q2 kN/m2。2）门洞横梁材料选择 门洞横梁实心区按30cm间距布置，空腔区按50间距布置，其两端支座各采用双支座支撑（如图-13、14所示），偏于安全考虑，在受力安全计算时，以单支座简支梁计算。即简图-12图-12图-13图-14可知，门洞横梁线荷载为：实心区：q1×0.3=kN/m；空腔区: q25×=kN/m< q1，以实心区受力验算选材。取安全系数，横梁所受最大弯矩Mmax=×104N·m。则Wx=167cm3，选用工22工字钢，其截面抵抗矩Wx=237。挠度fmax=5ql4/384EIx=<L/400=，即知选用工22为横梁，其强度及刚度满足施工要求。3）脚手架立杆受力验算 工22工字钢单位重量为33kg/m，则横梁重g=33×6=198kg2kN，即知立杆所受荷载为N=24.9kN<=Kn（见上文），可知立杆受力满足施工要求。第 18 页