现浇箱梁支架的设计与施工计算.docx

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现浇箱梁支架的设计与施工计算

G205张博附线北延长线大中桥路面工程第二合同段

麻营立交桥跨济青高速公路主桥支架搭设专项施工方案

山东鲁中公路建设有限公司

G205张博附线北延长线大中桥路面二合同项目部

二〇一〇年三月二十九

麻营立交主桥支架搭设方案

一、工程概况

麻营立交桥跨济青高速主桥设计为一联，共3跨（36+60+36），长132米，宽24米。

本联为分离立交桥的第三联，中心桩号K8+260.660。

上部结构为现浇预应力砼变截面连续箱梁，采用单箱三室截面，箱梁顶宽23.8米，底宽16米，梁高3.8～1.8米，箱梁腹板高与底板厚均按半立方抛物线变化，箱梁底板厚0.3～1.2米，腹板厚度为0.50米，顶板厚0.25米。

上部结构（梁体）共用材料：

钢筋537.3吨；钢绞线128.4吨；C50级混凝土2558立方米。

下部结构主墩为方墩、承台加桩基础；过渡墩为柱式墩、承台加桩基础。

本工程施工重、难点：

主桥第三跨横跨济青高速公路，施工期间要保证高速路正常通行，其门洞的搭设施工、济青高速公路交通管制及安全施工组织为本工程重、难点。

二、支架搭设方案

1、主桥采用满堂支架浇筑施工法,在高速路每侧通行车道搭设门洞，保障高速路正常通行要求。

支架及门洞搭设：

边跨采用WDJ碗扣型钢管，跨路施工需在高速公路上搭设门洞。

按招标文件专用本第402.03（增加第六条）要求，上跨济青高速公路大桥主桥支架设计时应充分考虑到济青高速公路的通行要求，每侧各设置两个通行车道，要求净宽不小于7.5米，净高不小于5米。

每侧门洞搭设设计为通行净宽度为7.5米，净高为5.2米。

门洞支墩采用D530mm的钢管柱，管柱中心间距2.58m；门洞顶过梁采用35*35HW型钢，HW型钢的枕梁采用32c号工字钢（并排2根）。

门洞支墩在高速公路中央分隔带内设置两排D530钢管柱（中支墩）,在硬路肩设置一排钢管柱（边支墩）。

2、边跨WDJ碗扣型（φ48*3.5mm）支架满堂布设。

箱梁底板下60cm*60cm*120㎝，翼板侧布置60cm*90cm*120㎝。

即箱梁底板下支架纵横向间距采用0.6m；翼板下支架纵向间距采用0.6m，横向间距采用0.9m；立杆支架底部及顶部均采用0.6m步距，中部采用1.2m步距，支架底部设置扫地横杆。

立杆使用LG120、LG150、LG180、LG240、LG300五种型号搭配支立，保证立杆接口交错布置。

为保证支架稳定性，用6m普通钢管和活动扣件搭设剪刀撑，角度控制在30～60°之间。

纵向剪刀撑设置6道，即每道箱梁腹板处和支架最外排各1道，横向剪刀撑1.8m设置一道；每根钢管至少保证四个卡子与立杆连接，剪刀撑用单根钢管长度不够时，用钢管连接，每个连接处不得少于两个卡子。

1、支架：

中横梁两侧各6m范围内采用30*60*120㎝步距布置（即纵横向间距为30*60cm,竖向步距为120cm）;箱室及腹板底均采用60cm*60cm*120㎝步距布置；翼板处采用60cm*90cm*120cm步距布置。

2、纵向分布木：

10*15㎝，全桥通长布设；

3、横向分布木：

10*10㎝，中横梁两侧各6m范围内箱梁底板下间距采用25㎝布设，中横梁两侧各6m范围外箱梁底板下两侧翼板处采用30cm间距布设；

4、侧模：

横肋间距60㎝，竖肋间距30㎝，采用10*10㎝方木；在中横梁处竖肋间距适当加密为25cm。

5、竹胶板：

底模、侧模、翼板采用优质覆膜A类竹胶板，规格122*244*1.5㎝；

6、内模支架：

钢管支架采用60*60*60㎝；

7、支架底托下垫木：

10cm*15cm*4m的方木；

三、主桥支架、模板、地基受力验算

a、计算依据：

⑴设计图纸；

⑵箱梁砼浇注方法：

采用分两次浇注完成（荷载计算按一次浇注计算）。

⑶模板支架使用材料、规格及其力学性能。

b、检算内容

⑴底模、纵横向木枋的强度、挠度检算。

⑵立杆整体稳定性检算。

⑶地基承载力检算。

c、检算原则：

⑴方木按照市场上最普遍的红松考虑，弹性模量9*103Mpa,抗弯强度[12]Mpa；抗剪强度[1.9]MPa，容重取木材最大容重7.5kn/m3。

⑵检算要求所有方木的弯曲最大正应力均小于其容许应力[12]MPa。

⑶立柱杆件容许应力按[215]MPa进行计算。

⑷所有杆件的挠度变形量均小于[L/400]。

（一）荷载计算：

本桥箱梁为变截面箱梁，箱梁底至地面平均高度为7.5m，拟采用φ48*3.5mm钢管作为全桥支架的基本构件，横向木枋拟采用10*10cm松木单层布置，间距25cm-30cm，纵向木枋采用15*10cm松木单层布置，经初步设计的支架结构详见附图所示。

根据钢管支架设计图，支架顶部直观布置图见下图所示

1、荷载分析

（1）、钢筋混凝土自重

箱梁钢筋混凝土自重属均布荷载，直接作用于底模及侧模，根据设计图可得箱梁各部分最不利自重荷载为：

中横梁两侧6米段落内：

q1横梁=3.8*26=98.8KN/m2

中横梁两侧6米腹粱处：

q1腹板=2.16*26=56.16KN/m2

中横梁两侧6m处腹梁厚度：

h=2*X1.5/281.5+1.64=2*231.5/281.5+1.64=3.13m

底板厚度：

D=0.2*X1.5/281.5+0.3=0.2*231.5/281.5+0.3=0.45m

1m范围内腹板面积：

S=0.5*（3.13+0.16）+0.25*0.45*2+0.2*0.2*2+（0.39+0.45/2*0.25*2=2.16m2

端横梁处：

q1端梁=1.8*26=46.8KN/m2

翼板处：

q1翼板=1*0.7*1*26=18.2KN/m2

因中横梁两侧6m处腹梁荷载大于端粱处，两处支架布设相同，可只验算中横梁两侧6m腹梁处满足要求即可。

（2）、竹胶板底模（板厚δ=1.5cm容重γ=10.08KN/m3）

q2=1*1*0.015*10.08KN/m3=0.15KN/m2

（3）、横向木枋（10*10cm）

中横梁两侧6米内段落q3=1/0.25*0.1*0.1*7.5=0.3KN/m2

中横梁两侧6米外及翼板处q3=1/0.3*0.1*0.1*7.5=0.25KN/m2

（4）、纵向木枋（15*10cm）

中横梁两侧6米段落内q4横梁=1/0.6*0.1*0.15*7.5=0.19KN/m2

中横梁两侧6米腹板处q4腹板=1/0.6*0.1*0.15*7.5=0.19KN/m2

中横梁两侧6米外翼板处q4翼板=1/0.9*0.1*0.15*7.5=0.13KN/m2

（5）、支架体系自重

①、单根钢管自重

按7.5m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），￠48*3.5钢管单位重为3.84kg/m，加配件乘以系数2.0,则立杆自重平均分配到底层的荷载为:

g=7.5m*3.84kg/m*系数2*9.8N/1000

=0.56KN/根

②、钢管支架体系自重

根据支架设计图，中横梁两侧6米段落内平均每平方米布置了6.05根钢管，中横梁两侧6米腹板外箱室底板处平均每平方米布置了1.83根钢管，则支架体系自重为：

中横梁两侧6米段落内q5横梁=0.56*1/（0.6*0.3）=3.11KN/m2

中横梁两侧6米腹板外q5腹板=0.56*1/（0.6*0.6）=1.56KN/m2

翼板处q5翼板=0.56*1/（0.6*0.9）=1.04KN/m2

（6）、施工机具及人员荷载q6=1.5KN/m2

（7）、倾倒混凝土产生的荷载q7=2.0KN/m2

（8）、振捣砼产生的荷载q8=2.0KN/m2

（9）、风荷载：

支架高度为8.5m左右，风荷载按0.85KN/m2考虑

2、荷载组合

根据《路桥施工计算手册》P175表8-5要求，计算中静载系数取值1.2，动载系数取值1.4。

（1）、验算底模

①、中横梁两侧6米段落内底模

q=1.2（q1横梁+q2）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（98.8+0.15）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=126.44KN/m2

②、中横梁两侧6米腹板处底模

q=1.2（q1腹板+q2）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（56.16+0.15）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=75.27KN/m2

③翼板处

q=1.2（q1翼板+q2）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（18.2+0.15）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=29.72KN/m2

（2）、验算横向木枋

①、中横梁两侧6米段落内

q=1.2（q1横梁+q2+q3）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（98.8+0.15+0.3）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=126.80KN/m2

②、中横梁两侧6米腹板处

q=1.2（q1腹板+q2+q3）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（56.16+0.15+0.25）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=75.57KN/m2

③翼板处

q=1.2（q1翼板+q2+q3）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（18.2+0.15+0.25）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=30.02KN/m2

（3）、验算纵向木枋

①、中横梁两侧6米段落内

q=1.2（q1横梁+q2+q3+q4横梁）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（98.8+0.15+0.30+0.19）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=127.03KN/m2

②中横梁两侧6米腹板处

q=1.2（q1腹板+q2+q3+q4腹板）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（56.16+0.15+0.25+0.19）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=75.8KN/m2

③翼板处

q=1.2（q1翼板+q2+q3+q4翼板）+1.4（q6+q7+q8））

=1.2*（18.2+0.15+0.25+0.13）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=30.18KN/m2

（4）、验算立杆、地基

①、中横梁两侧6米段落内

q=1.2（q1横梁+q2+q3+q4横梁+q5横梁）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（98.8+0.15+0.3+0.19+3.11）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=130.76KN/m2

②、中横梁两侧6米腹板处

q=1.2（q1腹板+q2+q3+q4腹板+q5腹板）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（56.16+0.15+0.25+0.19+1.56）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=77.67KN/m2

③翼板处

q=1.2（q1翼板+q2+q3+q4翼板+q5翼板）+1.4（q6+q7+q8）

=1.2*（18.2+0.15+0.25+0.13+1.04）+1.4*（1.5+2.0+2.0）

=31.42KN/m2

（二）、结构验算

1、底模板验算

底模钉在横向木枋上，直接承受上部施工荷载,取承受最大荷载的腹板处（横梁与腹板处承受的荷载相同）进行验算,截取1m宽的竹胶板简化为相应跨径的三等跨连续梁来验算，1m宽*0.015m厚竹胶板截面特性：

I=100*1.53/12=28.13cm4=0.281*10-6m4

W=100*1.52/6=37.5cm3=3.75*10-5m3

[αw]=12MPa

E=9*103MPa=9*106KN/m2

（1）、中横梁两侧6米段落内底模板验算

该段落模板直接承受混凝土荷载，底部横向方木中心间距25cm,截取1m宽的竹胶板简化为相应25cm跨径的三等跨连续梁来验算,则q=126.44KN/m2*0.25m=31.61KN/m

计算简图如下：

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*31.61*0.252=0.20KN.m

αw=Mmax/W=0.20/（3.75*10-5）/1000

=5.33Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=31.61*0.254/（150*9*106*0.281*10-6）*100

=0.032cm<[f]=L/400=0.063cm满足要求

（2）中横梁两侧6米腹板处底模板验算

该段落模板直接承受混凝土荷载，底部横向方木中心间距30cm,截取1m宽的竹胶板简化为相应30cm跨径的三等跨连续梁来验算,则q=75.27KN/m2*0.30m=22.58KN/m

计算简图如下：

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*25.28*0.32=0.203KN.m

αw=Mmax/W=0.203/（3.75*10-5）/1000

=5.41Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=25.28*0.34/（150*9*106*0.281*10-6）*100

=0.054cm<[f]=L/400=0.075cm满足要求

（3）、翼板底模板验算

该段落模板直接承受混凝土荷载，底部横向方木中心间距30cm,截取1m宽的竹胶板简化为相应30cm跨径的三等跨连续梁来验算,则q=29.72KN/m2*0.3=8.92KN/m

按三等连续梁进行截面验算：

计算简图如下：

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*8.92*0.302=0.08KN.m

αw=Mmax/W=0.08/（3.75*10-5）/1000

=2.13Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=8.92*0.304/（150*9*106*0.281*10-6）*100

=0.019cm<[f]=L/400=0.075cm满足要求

2、横向木枋验算

横向木枋采用10*10cm松木单层布设，直接承受底模传递下来的荷载，中横梁两侧6米段落内采用跨径为0.6m的三等跨连续梁来计算，翼板用跨径为0.9m的三等跨连续梁来计算。

（1）、中横梁两侧6米段落内横向木枋验算

支点中心间距60cm，顺桥方向中心间距为25cm，则横向木枋的分布荷载为:

q=（0.6*0.25*126.8）/0.6=31.7KN/m，计算简图如下：

①、10*10cm松木枋截面特性

I=bh3/12=833cm4=8.33*10-6m4

W=bh2/6=167cm3=1.67*10-4m3

[αw]=12Mpa

E=9*103MPa=9*106kN/m2

②、截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*31.7*0.602=1.14KN.m

αw=Mmax/W=1.14/（1.67*10-4）/1000

=6.83Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=31.7*0.64/（150*9*106*8.33*10-6）*100

=0.037cm<[f]=L/400=0.15cm满足要求

（2）、中横梁两侧6米腹板处横向木枋验算

支点中心间距60cm，顺桥方向中心间距为30cm，则横向木枋的分布荷载为:

q=（0.6*0.3*75.57）/0.6=22.67KN/m，计算简图如下：

①、10*10cm松木枋截面特性

I=bh3/12=833cm4=8.33*10-6m4

W=bh2/6=167cm3=1.67*10-4m3

[αw]=12Mpa

E=9*103MPa=9*106kN/m2

②、截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*22.67*0.602=0.82KN.m

αw=Mmax/W=0.82/（1.67*10-4）/1000

=4.91Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=22.67*0.64/（150*9*106*8.33*10-6）*100

=0.026cm<[f]=L/400=0.15cm满足要求

（3）、翼板处横向木枋验算支点中心间距90cm，顺桥方向中心间距为30cm，则横向木枋的分布荷载为:

q=（0.9*0.3*30.02）/0.9=9.006KN/m，计算简图如下：

①、10*10cm松木枋截面特性

I=bh3/12=833cm4=8.33*10-6m4

W=bh2/6=167cm3=1.67*10-4m3

[αw]=12Mpa

E=9*103MPa=9*106kN/m2

②、截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*9.006*0.902=0.73KN.m

αw=Mmax/W=0.73/（1.67*10-4）/1000

=4.37Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=9.006*0.94/（150*9*106*8.33*10-6）*100

=0.053cm<[f]=L/400=0.15cm满足要求

3、纵向木枋验算

纵向木枋采用15*10cm松木枋单层布置，直接承受横向木枋传递下来的荷载。

中横梁两侧6米段落内及其外箱室底板处的纵向木枋按跨径为0.6m的三等跨连续梁来计算，翼板处为跨径为0.9m的三等跨连续梁。

（1）、中横梁两侧6米段落内纵向木枋验算

中横梁两侧6米段落内纵向木枋支点中心间距为60cm，横向间距30cm，则横向木枋的分布荷载为:

q=（0.6*0.3*127.03）/0.6=38.11KN/m，计算简图如下：

①、15*10cm松木枋截面特性

I=bh3/12=2813cm4=28.13*10-6m4

W=bh2/6=375cm3=3.75*10-4m3

[αw]=12Mpa

E=9*103MPa=9*106kN/m2

②、截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*38.11*0.62

=1.37KN.m

αw=Mmax/W=1.37/（3.75*10-4）/1000

=3.65Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=38.11*0.64/（150*9*106*28.13*10-6）*100

=0.013cm<[f]=L/400=0.15cm满足要求

（2）、中横梁两侧6米段落外箱梁底纵向木枋验算

中横梁两侧6米段落内纵向木枋支点中心间距为60cm，横向间距60cm，则横向木枋的分布荷载为:

q=（0.6*0.6*75.8）/0.6=45.48KN/m，计算简图如下：

①、15*10cm松木枋截面特性

I=bh3/12=2813cm4=28.13*10-6m4

W=bh2/6=375cm3=3.75*10-4m3

[αw]=12Mpa

E=9*103MPa=9*106kN/m2

②、截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*45.48*0.62

=1.64KN.m

αw=Mmax/W=1.64/（3.75*10-4）/1000

=4.37Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=45.48*0.64/（150*9*106*28.13*10-6）*100

=0.016cm<[f]=L/400=0.15cm满足要求

（3）、翼板底纵向木枋验算

翼板底纵向木枋支点中心间距为90cm，横向间距60cm，则横向木枋的分布荷载为:

q=（0.9*0.6*30.18）/0.9=18.11KN/m，计算简图如下：

①、15*10cm松木枋截面特性

I=bh3/12=2813cm4=28.13*10-6m4

W=bh2/6=375cm3=3.75*10-4m3

[αw]=12Mpa

E=9*103MPa=9*106kN/m2

②、截面验算

a、弯曲强度验算

Mmax=0.1q*L2=0.1*18.11*0.92

=1.47KN.m

αw=Mmax/W=1.47/（3.75*10-4）/1000

=3.91Mpa<[σw]=12Mpa满足要求

b、挠度验算

fmax=qL4/（150EI）

=18.11*0.94/（150*9*106*28.13*10-6）*100

=0.031cm<[f]=L/400=0.225cm满足要求

4、立杆验算

（1）、立杆轴向荷载计算

据《路桥施工计算手册》，采用￠48*3.5钢管作支架，当横杆步距为1.2时，对接立杆的容许荷载[N容]=33.1KN。

立杆底部承受竖向荷载为:

①中横梁两侧6米段落内箱室下:

N=0.3*0.6*130.76KN/m2=23.54KN＜[N容]=33.6KN。

（内插《路桥施工计算手册》P189表8-34）

②中横梁两侧6米段落外箱室下:

N=0.6*0.6*77.67KN/m2=27.96KN＜[N容]=33.6KN

③翼板下：

N=0.6*0.9*31.42KN/m2=16.97KN＜[N容]=33.6KN.

结论:

单根立杆承受荷载满足容许荷载要求。

（2）、立杆稳定性验算

立杆的计算长度L0L0=120cm

截面回转半径Ii=1.58cm

截面积AA=4.89cm2

截面模量WW=5.08cm3

钢材的抗压设计强度σ[σ容许]=215Mpa

长细比λλ=L0/i=120/1.58=76

轴心受压构件的稳定系数φ=0.715（查《路桥施工计算手册》P7903-26表）

则立杆的稳定性按下列公式计算（取中横梁两侧6米段落外箱室下最大值计算）:

N/（φ*A）=27.96*1000/（0.715*4.89*10-4）/106

=79.97Mpa＜[σ容许]=215Mpa

（3）考虑风荷载的稳定性验算：

由于本项目属内陆地区，各季的平均风速相差不大,且支架高度较低,考虑风荷载对满堂支架力杆的稳定性验算时，风荷载可取值0.85KN/m2。

①立杆底部承受竖向荷载计算：

（风荷载为动荷载，活载系数取ri=1.4）

中横梁两侧6米段落内箱室下:

N=0.3*0.6*（130.76+1.4*0.85）KN/m2=23.75KN＜[N容]=33.6KN。

（内插《路桥施工计算手册》P189表8-34）

中横梁两侧6米段落外箱室下:

N=0.6*0.6*（77.67+1.4*0.85）KN/m2=28.39KN＜[N容]=33.6KN。

翼板下：

N=0.6*0.9*（31.42+1.4*0.85）KN/m2=17.61KN＜[N容]=33.6KN.

②取中横梁两侧6米段落外箱室下最大值进行立杆稳定性验算：

N/（φ*A）=28.39*1000/（0.715*4.89*10-4）/106

=81.20Mpa＜[σ容许]=215Mpa

结论：

支架立杆的稳定性满足要求。

（三）、地基验算

地基处理:

搭设支架前先清除表土，并进行填前碾压，而后分层填筑50cm建筑碎料并碾压密实，最后铺筑20cm石灰土，碾压后密实度不小于96%。

填筑宽度较支架两侧各加宽0.5m,高程较原地面高出0.5m。

期间要注意石灰土的养生，并用触探仪检测地基实际承载力。

地基处理完毕后，按支架搭设要求放样布设10cm*15cm*4m的方木作为支架底托下垫木，据《路桥施工计算手册》p360表11-17