某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.docx
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某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与受力计算
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)
Φ60mmSBG塑料波纹管(m)
锚具(套)
钢筋(kg)
C40砼(M3)
Φs15.20-7
OVMZK15A-7
OVMZK15P-7
Ø10
Φ12
Φ25
Φ28
合计
16793.7
2126.64
72
72
10466.1
116465.4
6755
12466.9
848.4
16793.7
2126.64
72
72
146153.4
848.4
6#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8.5cm,顶标高约为103.60m,现在路基已基本填到位。
5#墩与6#墩之间有一陡坎,坎缘约2m宽为填土,下坎处标高约98.0米,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--25#、6#、7#地形断面图
二、地基处理及钢管支撑位置放样
1、6#墩与7#台(8#墩)之间地基处理
针对6#墩与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,影响地基的承载力;再铺垫一层15cm厚的密实碎石或圆砾,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,为支架提供了良好的地基条件。
2、5#墩与6#墩之间地基处理
①由于5#墩与6#墩之间的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:
V=(4.5×30+
)×0.4=73.6m3
②5#墩处原地面标高为98.00,5#系梁底标高为95.00m,于是在进行系梁施工(开挖系梁基坑)时,形成了一道约3m高的陡坎(见图-2),为了使钢管支架有足够的支撑空间,须将该系梁基坑用亚粘土分层压实回填至98.00m的标高,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。
③5#墩至6#墩之间地平整平处理基本跟6#墩与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的具体位置,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,为确保支架的整体稳定性,在每五排横向立杆和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,用管子割刀将多余的脚手管割除,在修平的立杆上口安装可调顶托(可调顶托是用来调整支架高度和拆除模板用的),本支架使用的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,箱梁底板下方的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的木枋,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。
对大面积的现浇异形板施工,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):
1~6#肋之间为施工I区,6~11#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)。
1、支架预压的目的
①检查支架的安全性,确保施工安全。
②消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响,有利于桥面线形控制。
③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的1.1倍,即848.4÷1450×2.6×1.1=1.7吨,取荷栽不均匀系数为1.2,则单位预压荷载为1.7×1.2=2.04m,从而可知围水高度为2.1m。
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。
两侧翼缘板所对应的位置,混凝土重量轻,不做压载。
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%和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%后所测数据与持荷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,以免影响处理好的地基承载力。
卸水完成后,要再次复测各控制点标高
,以便得出支架和地基的弹性变形量
=
-
,则其总沉降量
=
-
,支架和地基的非弹性变形(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的标高。
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
模板面积S=0.85×0.9+(0.3+0.5)×0.9+(0.8+1)×0.9=3.11m2
a、混凝土重量
(
)×0.9×26=12.00kN;
b、模板荷载取0.2kN/㎡,则3.11×0.2=0.622kN;
c、设备及人员荷载取0.25kN/㎡,则0.72×0.25=0.18kN;
d、混凝土浇注冲击荷载取0.2kN/㎡,则0.72×0.2=0.14kN;
则A杆施工荷载为12.00+0.622+0.18+0.14=12.94kN
荷载不均匀系数取1.2,则单根钢管实际最大施工荷载为
N=12.94×1.2=15.53kN
钢管大横杆步距取1.5米,直径Ø48×3.5mm,其截面特性:
Ix=1.578cm,A=4.893cm2,则长细比λ=l/i=1500/15.78=95.06,查表φ=0.637,既有
[N]=0.637×A×[б]=0.637×489×215=66971N=66.97kN>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=15.53×103×10×103/(2.1×105×4.89×102)
=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0.35m,最小厚度为0.2m,偏于安全,按0.35m厚砼计算
翼缘处砼荷载:
P1=0.35×26=9.1kN/m2
模板荷载:
P2=200kg/m2=2kN/m2
设备及人工荷载:
P3=250kg/m2=2.5kN/m2
砼浇注时振捣荷载:
P4=200kg/m2=2kN/m2
P=9.1+2+2.5+2=15.6kN/m2
q=15.6×0.35=5.46kN/m
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=5.46×0.82/8=0.44kN.m
W=bh2/6=6×122/6=144cm3
由梁正应力计算公式得:
σmax=Mmax/W=0.44×1000/(144×10-6)=3.06MPa<[σ]=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=3.99kN
σmax=3Qmax/2A
=3×3.99×103/(2×6×12×10-4)
=0.83MPa<[σ]=2MPa(参考一般松木质)
即知强度均满足施工要求。
挠度验算:
E=0.1×105MPa;I=bh3/12=8.64×106mm4;
跨中挠度:
fmax1=5qL4/384EI=5×5.46×103×0.84/(384×1×1010×8.64×10-6)=0.34mm<[f]=L/400=2mm既知其挠度满足施工要求。
悬臂端(30cm)挠度:
fmax2=qL4/8EI=5.46×103×0.34/(8×1×1010×8.64×10-6)=0.06mm<[f]=L/400=0.75mm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。
(1)、肋板区A或C杆受力验算
a、混凝土高度1.2米,宽度0.2米,另加倒角和倒角顶底板,纵向长度0.9米,则砼重为:
(1.2×0.9×0.2+0.3×0.15÷2×4×0.9+0.2×0.9×0.8×2)×26=15.21kN
b、模板荷载取0.2kN/㎡,则0.9×0.2=0.18kN
c、设备及人员荷载取0.25kN/㎡,则0.9×0.25=0.225kN
d、混凝土浇注冲击荷载取0.2kN/㎡,则0.9×0.2=0.18kN
则肋板支撑受力F=15.21+0.18+0.225+0.18=15.80kN
另加1.2荷载不均匀系数,则单根钢管荷载为N=15.80×1.2=18.96kN
钢管大横杆步距取1.5米,直径Ø48×3.5mm,长细比λ=l/i=1500/15.78=95.06,查表φ=0.637,则有
[N]=0.637×A×[б]=0.637×489×215=66971N=66.97kN>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0.2米,长度为0.9米,则砼重
0.2×1×0.9×2×26=9.36kN<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=(0.1×1.2+0.3×0.15+0.9×0.2×2)×26=13.65kN/m2
模板荷载:
P2=200kg/m2=2kN/m2
设备及人工荷载:
P3=250kg/m2=2.5kN/m2
砼浇注时振捣荷载:
P4=200kg/m2=2kN/m2
P=13.65+2+2.5+2=20.15kN/m2
q=20.15×0.35=7.05kN/m
则跨内最大弯矩为:
Mmax=ql2/8=7.05×12/8=0.88kN.m
W=bh2/6=6×122/6=144cm3
由梁正应力计算公式得:
σmax=Mmax/W=0.88×1000/(144×10-6)=6.11MPa<[σ]=10MPa(参考一般松木质)
最大剪力在支点处:
σmax=3Qmax/2A
=3×(7.05×103×1)/(2×6×12×10-4)
=1.47MPa<[σ]=2MPa(参考一般松木质)
即知强度均满足施工要求。
挠度验算:
E=0.1×105MPa;I=bh3/12=8.64×106mm4;
fmax=5qL4/384EI=5×7.05×103×14/(384×1×1010×8.64×10-6)=1.06mm<[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=[0.2×1.2+0.3×0.15×2+(1-0.2)×0.2×2)×26=15.73kN/m2
模板荷载:
P2=200kg/m2=2kN/m2
设备及人工荷载:
P3=250kg/m2=2.5kN/m2
砼浇注时振捣荷载:
P4=200kg/m2=2kN/m2
P=15.73+2+2.5+2=22.23kN/m2
q=22.23×1=22.23kN/m
则跨内最大弯矩为:
Mmax=ql2/8=22.23×0.92/8=2.25kN.m
查表知主梁的截面抵抗矩Wx=102cm3,截面积A=21.5cm2
由梁正应力计算公式得:
σmax=Mmax/Wx=2.25×103/(102×10-6)=22.05MPa<[σ]=215MPa
最大剪力在支点处:
Q=22.23×0.9÷2=10.0kN
σmax=3Qmax/2A
=3×10.0×103/(2×21.5×10-4)=6.98MPa<[σ]=125MPa
即知强度均满足施工要求。
挠度验算:
E=2.1×105MPa;Ix=7.12×106mm4;
fmax=5qL4/384EI=5×22.23×103×0.94/(384×21×1010×7.12×10-6)=0.13mm<[f]=L/400=2.2mm
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=18.96+11.934=30.894kN<[N],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)
(1)实心区立杆受力验算
a、混凝土高度1.2米,立杆横向间距为0.6m,纵向间距为0.9m,则砼重为:
1.2×0.9×0.6×26=16.85kN
b、模板荷载取0.2kN/㎡,则0.9×0.2×0.6=0.11kN
c、设备及人员荷载取0.25kN/㎡,则0.9×0.25×0.6=0.14kN
d、混凝土浇注冲击荷载取0.2kN/㎡,则0.9×0.2×0.6=0.11kN
则肋板支撑受力F=16.85+0.11+0.14+0.11=17.21kN
取荷载不均匀系数1.2,则单根钢管荷载为N=17.21×1.2=20.65kN
钢管大横杆步距取1.5米,直径Ø48×3.5mm,长细比λ=l/i=1500/15.78=95.06,查表φ=0.637,则有
[N]=0.637×A×[б]=0.637×489×215=66971N=66.97kN>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=250kg/m2=2.5kN/m2
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=13.20kN/m
木枋长度一般可达2~3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:
则跨内最大弯矩为:
Mmax=ql2/8=13.20×0.62/8=0.594kN.m
W=bh2/6=6×122/6=144cm3=144×10-6m3
由梁正应力计算公式得:
σmax=Mmax/W=0.594×103/(144×10-6)=4.13MPa<[σ]=10MPa(参考一般松木质)
最大剪力在支点处:
Qmax=ql/2=13.20×0.6÷2=3.96kN
σmax=3Qmax/2A=3×3.96×103/(2×6×12×10-4)
=0.83MPa<[σ]=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:
E=0.1×105MPa;I=bh3/12=8.64×106mm4;
I=bh3/12=864cm4
fmax=5qL4/384EI=5×13.20×103×0.64/(384×1×1010×864×10-8)=0.26mm<[f]=L/400=1.5mm
(3)主梁(I14工字钢)受力验算
脚手架立杆的纵向间距为0.9m,横向间距为0.6m,主梁工字钢按纵桥向布置,跨度为0.9m。
偏于施工安全,按简支梁结构受力进行验算。
砼荷载:
P1=1.2×26=31.2KN/m2(偏于施工安全,按最大砼厚度1.2m计算)
模板荷载:
P2=200Kg/m2=2kN/m2
设备及人工荷载:
P3=250Kg/m2=2.5kN/m2
砼浇注时振捣荷载:
P4=200Kg/m2=2kN/m2
则有P=P1+P2+P3+P4=37.7KN/m2,
取荷载不均匀系数1.2,平均荷载大小为
q=37.7×0.6×1.2=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=27.144×0.92/8=2.75kN.m
由梁正应力σmax=Mmax/Wx=2.75×106/(102×103)=26.96MPa<[σ]=170MPa,则主梁强度满足施工要求。
主梁挠度验算:
E=2.1×105MPa
fmax=5ql4/384EIx=5×27.144×103×0.94/(384×2.1×1011×712×10-8)=0.16mm<[f]=L/400=2.25mm,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
①实心板区砼荷载
q1=1.2×26=31.2kN/m2
②空腔区砼荷载
q2=(0.3×0.15×2+1.2×0.2+0.2×1.8×2)×26=15.2kN/m2
③模板荷载q3=0.2kN/m2
④施工荷载q4=0.25kN/m2
⑤冲击荷载q5=0.2kN/m2
则知异形板施工时,门洞块实心区所受总荷载为
Q1=31.2+0.2+0.25+0.2=31.85kN/m2;
门洞块空腔区总荷载为:
Q2=15.2+0.2+0.25+0.2=15.85kN/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
可知,门洞横梁的线荷载为:
实心区:
q1=31.85×0.3=9.56kN/m;
空腔区:
q2=15.85×0.5=7.93kN/m取安全系数
,横梁所受最大弯矩
Mmax=
=3.59×104N·m。
则Wx=
=167cm3,选用工22工字钢,其截面抵抗矩Wx=237。
挠度fmax=5ql4/384EIx=
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=198kg≈2kN,即知立杆所受荷载为N=
=24.9kN<
=66.97Kn(见上文),可知立杆受力满足施工要求。