满堂支架计算材料.doc
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新建武汉至咸宁城际铁路二标连续梁满堂支架
临时结构检算资料
中国铁建
中铁十一局集团武咸城际铁路二标项目经理部
二〇一一年十一月
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目录
一、项目概况......................................................1
二、临时结构方案..................................................3
三、支架布置图......................................................6
四、支架计算书......................................................9
五、相片资料......................................................23
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一、项目概况
1.概况
武咸城际铁路位于湖北省南部，北连"九省通衢"武汉，南接鄂南著名的生态城市咸宁，自武汉枢纽武昌站引出，途经东湖新技术开发区、庙山经济开发区，江夏区纸纺镇、于贺站进入咸宁市境内。
全线运营长度90.12km，新建正线长度77km，其中武汉市境内长51.6km，咸宁市境内长25.4km。
WXSG-2标段位于湖北省咸宁市境内，起点桩号为DK53+500，终点桩号为DK76+062，全长22.562公里。
十六潭特大桥位于湖北省咸宁市甘鲁村以及咸安区经济开发区境内，在DK69+960-DK70+000处采用（40+64+40）m连续梁跨越横温路，银泉大道行车道为双向4车道，正宽约24m，与线路夹角144°。
图1线路关系图
连续箱梁全长145.2m，计算跨径40+64+40m，为单箱单室、变高度、变截面结构。
中支点处梁高5.4m，跨中2m直线段及边跨7.6m直线段处梁高均为3.00m,梁底下缘按二次抛物线变化；箱梁顶宽12.2米，箱梁底宽为变截面，中支点处为6.91m，其余按5.54m～6.150m线性变化；顶板厚度除梁端附近外均为37cm；底板厚度44～72cm，按圆曲线线性变化；腹板厚度50～70cm,按折线变化。
全梁在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有过人门洞，供检查人员通过。
箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系。
主桥箱梁共分7个节段，其中2A0#块长27m、2A1#块长17.5m、2A2#块长27.1m、中跨合拢段2m。
图2主梁立面图
图3主梁横断面图
2.方案选择
支架现浇梁施工可采用多种支架法，如墩梁固结支架、满堂支架或组合支架等。
本梁选择碗扣式满堂支架施工依据以下几点：
2.1搭设高度：
整体搭设高度小于8m（依据公司文件，大于8m时不得采用满堂支架，宜采用墩梁固结形式）
2.2地质情况：
旱地，表层为素填土，层厚在0.5-2.2m之间，其次为粉质粘土层，地基承载力为180kPa。
挖除换填后即可满足满堂支架地基基础要求。
2.3梁体线型：
梁体底部曲线为二次抛物线，利用满堂支架可调顶撑便于梁体线型控制。
二、临时结构方案
1.概述
十六潭特大桥跨横温路（40+64+40）m连续梁采用满堂支架现浇施工方法。
墩身施工完成后,对支架搭设位置进行地基处理，然后搭设满堂支架。
图1支架立面布置图
2.地基处理
地表层为素填土，在搭设支架前对其挖除换填（支架搭设宽度14.4m，地基处理范围超出每边1m，即需要换填处理的地基范围宽16.4m）。
先测量现有地面高程，确定支架搭设高度及基础顶面高程，再下挖至粉质黏土层，而后回填AB组填料，用振动碾分层碾压密实，处理后测试地基承载力不得小于计算值（计算地基承载力126.26kPa，考虑保险系数后本文计算取180kPa）。
经检验合格后，在上面浇筑10-15cm厚C15混凝土封闭层。
基础顶面设置人字形排水坡，基础四周设置梯形排水沟（砂浆抹面）。
因地势起伏变化，所以在99#墩位置设置挡墙，形成台阶，通过台阶来调节两侧支架高低过渡。
3.支架搭设
采用Φ48×3.5型碗扣式满堂支架，按横向60cm、纵向60cm、步距60cm进行搭设，同时对腹板下部支架进行加密，调整横向立杆间距为30cm。
顶托上横桥向铺设10×15cm枕木，其上沿纵桥向分布6×10cm方木，梁体底板下间距为30cm，腹板下满铺；再在上面铺1.8cm厚竹胶板作为梁底模，宽度不等。
3.1扫地杆
支架立杆底部通过可调底座支撑于硬化混凝土面上，并设置纵、横扫地杆，其高度距地面小于或等于35cm。
支架顶部加顶撑可进行标高调整，可调顶撑伸出距离距最上层水平杆间距不得大于70cm。
3.2剪刀撑
为了确保满堂支架的整体强度、刚度和稳定性，依据规范要求在支架纵、横方向由底至顶连续设置竖向剪刀撑，其间距应小于或等于4.5m；同时当支架高度大于4.8m时在支架顶部与底部设置水平剪刀撑，中间水平剪刀撑设置间距小于或等4.8m。
3.3支架搭设要求
按施工方案弹线定位，放置可调底座后分别按先立杆后横杆再斜杆的搭设顺序进行。
立杆要求每根竖直，立竖杆后及时加纵、横向平面钢管固定，各根钢管的纵横向间距应严格按设计要求布置，确保满堂支架具有足够的强度、刚度、稳定性。
满堂支架搭设完毕后，测量放样，确定每根顶托的高度（每根顶托的标高按其位置处梁底标高减构造模板厚度和纵、横向方木厚度计算,取25cm），保证整个支架的高度一致并满足设计要求。
为了施工方便和安全，在中墩的外侧搭设人行工作梯，工作梯采用碗扣式脚手架搭设而成。
3.4支架验收与检查
3.4.1进入现场的碗扣架构配件应具备以下证明资料：
⑴主要构配件应有产品标识及产品质量合格证；
⑵供应商应配套提供管材、零件、铸件、冲压件等材质、产品性能检验报告。
3.4.2构配件进场质量检查的重点：
⑴钢管管壁厚度；焊接质量；外观质量；
⑵可调底座和可调托撑丝杆直径、与螺母配合间隙及材质。
3.4.3脚手架搭设质量应按阶段进行检验：
⑴首段以高度为6m进行第一阶段的检查与验收；
⑵架体应随施工进度定期进行检查；达到设计高度后进行全面的检查与验收；
⑶遇6级以上大风、大雨、大雪后特殊情况的检查；
⑷停工超过一个月恢复使用前。
3.4.4对整体脚手架应重点检查以下内容：
⑴保证架体几何不变形的纵、横竖向剪刀撑及水平剪刀撑等设置是否完善；
⑵基础是否有不均匀沉降，立杆底座与基础面的接触有无松动或悬空情况；
⑶立杆上碗扣是否可靠锁紧；
⑷立杆连接销是否安装、斜杆扣接点是否符合要求、扣件拧紧程度；采用扭力扳手检查，不合格重新拧紧到合格为止。
3.5预拱度设置
在支架上浇筑连续箱梁时，随着混凝土的增加，支架发现一定的下沉，而梁体在支架拆除后也会发生一定的下挠。
为保证梁体在支架拆除后能达到设计要求的外形，在支架搭设时设置合适的预拱度（初设1.8cm），通过预压消除支架非弹性变形，获得弹性变形值后再通过调整底托重新设定标高。
4.支架预压
4.1预压荷载
为了检查支架的承载力，减少和清除支架的非弹性变形及地基的沉降量。
在铺设完箱梁底模方木后，对全桥支架进行预压，预压荷载按箱梁自重荷载的1.2倍考虑。
4.2预压方法：
预压采用砂袋，用吊车吊装逐级加载，砂袋装好后任意挑选五袋对其承重，取其平均重量（按每袋1m3按1.5T计算）。
预压重量按计算荷载的40%→80%→120%分三次逐级加载。
即砂袋分层布设，先铺设第一层，全部完成后再铺第二层，最后是第三层。
加载前检测沙含水量，加载后在做好防雨措施，遇雨天时应用防雨布覆盖。
4.3预压观测
每6小时对观测点观测1次，若24小时的沉降量小于2mm，则可以确认为沉降稳定，并计算总沉降量。
在预压前、后和预压过程中，用仪器随时观测跨中、1/4梁跨位置的变形，并检查支架各扣件的受力情况，验证、校核施工预拱度设置值的可靠性和确定支架预拱度设置的合理值。
4.4卸载
当观测到24小时的沉降量小于2mm后，不再观测开始卸载。
卸载也采用吊车逐个将砂袋卸下。
卸载完成后，观测支架的弹性变形。
4.5支架调整及预拱度设置
在支架预压完成后，重新标定桥梁中心轴线，对箱梁的底模板平面位置进行放样。
预压后通过调承托或木楔精确调整底模板标高。
4.6调整底模板
支架预压完成后，根据预压所得数据通过调整顶托来重新调整预拱度，对因预压造成底模变形、破损的需及时更换。
5.支架拆除
张拉压浆结束后可拆除支架。
支架拆除方向均应由跨中向支点平衡对称进行，尽量减少作用于支架的水平力。
三、支架布置图
（附后）
29
四、支架计算书
1.设计规范
《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
《铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）
《铁路桥涵地基与基础设计规范》（TB10002.5-2005）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）
2.材料
2.1钢材采用Q235-B钢材，并应符合《碳素结构钢》（GB/T700）的规定。
2.2Q235钢材允许应力
抗拉、抗压和抗弯[б]=140MPa
抗剪[τ]=80MPa
2.3木材允许应力（红松）
抗拉、抗压和抗弯[б]=12MPa
抗剪[τ]=1.9MPa
2.4钢材容重：
78kN/m³
2.5混凝土自重：
26kN/m³
2.6木材自重：
9kN/m³
3.计算荷载
①选取中心梁高为4.858处断面检算支架稳定，腹板厚度90cm，底板厚度73cm，顶板厚度37cm。
腹板处断面尺寸为0.9m×4.858m，面积4.37m2，长度按1m取，折算成每平米均布荷载：
26KN/m³×4.37㎡×1m/（0.9m×1.0m）=126.24KN/m2；
底板荷载为底板自重加上上部顶板自重，其断面面积为2.34+3.04=5.38m2，底板宽度取3.898m，长度按1m取，则每平米均布荷载为26KN/m³×5.38㎡×1m/（3.898m×1.0m）=35.89KN/m2；
翼缘板荷载则为26KN/m³×1.22㎡×1m/（3.25m×1.0m）=9.76KN/m2。
图5梁体断面图
图6断面荷载分部图
②倾倒砼时产生的冲击荷载:
2.0KN/m2
③振捣砼时产生的荷载：
2.0KN/m2
④竹胶板自重产生的荷载：
0.018m×1m×1m×9KN/m³/1m2=0.16KN/m2
⑤纵梁（6×10cm方木）自重9kN/m³，则每米重为0.054kN/m，满铺时0.9kN/m2，间距0.6m时0.09kN/m2；间距0.3m时0.18kN/m2。
⑥横梁（10×15cm方木）自重9kN/m³，则每米重为0.135N/m按0.6m间距布置时0.225kN/㎡
⑦支架自重产生的荷载：
4KN/m2
⑧人及机具活载：
1.0KN/m2
4.底模板计算
面板及方木计算参考《路桥施工计算手册》，立杆计算参考《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》
底模与纵梁受均布荷载，计算可按多跨连续梁检算其强度和挠度，也可采用近似公式计算，本文采用以下近似公式计算。
弯曲强度：
σ=M/W
=ql²/10W≤［σ]
抗弯刚度：
f=ql4/150EI≤［f]
横梁受力为集中荷载，查询《路桥施工计算手册》，按多跨连续梁计算。
弯曲强度：
σ=M/W
=kPl/W≤［σ]
抗弯刚度：
f=kPl3/100EI≤［f]
M——最大弯矩值
W——抗弯截面系数（矩形截面W=bh2/6）
I——惯性矩（矩形截面I=bh3/12）
E——弹性模量
［σ]——杆件强度极限值
［f]——容许挠度值（［f]=l/400）
b——构件计算截面宽度
h——构件计算基面高度
l——构件计算跨度
q——构件均布荷载
P——构件集中荷载
k——集中力作用下的静力计算系数（查询静力计算用表）
4.1腹板底模板
腹板底模板下满铺6×10cm方木，所以不对底板竹胶板进行检算。
4.2底板底模板
底模采用双面镜面胶合板，板厚为1.8cm，胶合板尺寸为122×244×1.8cm
底模支承在纵梁上，纵梁中心间距为30cm，纵梁尺寸6cm×10cm。
图7底模布置图
模板承受的组合荷载：
q＝［1.2×（①+④）+1.4×（②+③+⑧）］×1.22
=［1.2×（35.89+0.16）+1.4×（2.0+2.0+1.0）］×1.22
=50.26×1.22
=61.32KN/m
查询《路桥施工计算手册》表8-13，考虑模板的连续梁
则：
跨中弯矩为：
M=ql2/10
=61.32×0.32/10
=0.55KN.m
抗弯截面系数：
W=bh2/6
=1.22×0.0182/6
=0.66×10-4m3
最大应力：
σ＝M/W=8.36MPa＜［σ］＝12Mpa
弹性模量：
E=9.0×106KN/m2
惯性矩：
I=bh3/12
=1.22×0.0183/12
=0.59×10-6m4
最大挠度值：
f=ql4/128EI=0.66mm＜［f］＝L/400=0.75mm
∴底模满足要求。
5.纵梁计算
5.1腹板纵梁
纵梁为6cm×10cm方木，长度3m,跨度为0.6m，间距为0.06m满铺布置，则：
图8模型图
则沿纵梁方向承受的组合荷载：
q＝［1.2×（①+④+⑤）+1.4×（②+③+⑧）］×0.06
=［1.2×（126.24+0.16+0.9）+1.4×（2.0+2.0+1.0）］×0.06
=159.76×0.06
=9.59KN/m
M=ql²/10
=9.59×0.6×0.6/10
=0.345kN·m
图9弯矩图
抗弯截面系数：
W=bh2/6
=0.06×0.12/6
=1×10-4m3
最大应力：
σ=M/W
=3.45MPa＜［σ］＝12MPa
弹性模量：
E=9.0×106KN/m2
惯性矩：
I=bh3/12=0.06×0.13/12=5×10-6m4
图10变形图
最大挠度：
f=ql4/150EI
=0.18mm＜［f］＝L/400=1.5mm
∴纵梁截面尺寸符合要求。
5.2底板纵梁
底板采用1.8cm厚竹胶板，铺设于底6×10cm纵梁底上部。
纵梁采用6×10cm方木，间距按0.3m布置，最大跨度0.6m，则：
图11模型图
q＝［1.2×（①+④+⑤）+1.4×（②+③+⑧）］×0.3
=［1.2×（35.89+0.16+0.9）+1.4×（2.0+2.0+1.0）］×0.3
=51.34×0.30
=15.40KN/m
M=ql²/10
=15.40×0.6×0.6/10
=0.554kN·m
图12弯矩图
则最大弯矩为：
M=0.554kN·m
抗弯截面系数：
W=bh2/6
=0.06×0.12/6
=1×10-4m3
最大应力：
σ=M/W
=5.54MPa＜［σ］＝12MPa
弹性模量：
E=9.0×106KN/m2
惯性矩：
I=bh3/12=0.06×0.13/12=5×10-6m4
图13变形图
最大挠度：
f=ql4/150EI
=0.29mm＜［f］＝L/400=1.5mm
∴底模纵梁截面尺寸符合要求。
6.横梁计算
横梁采用10×15cm方木长度2.4m，铺设于支架立杆顶撑上，间距0.6m，跨度0.6m，所受荷载为上部纵梁传递的集中荷载，间距按0.3m布置，其荷载值大小为P=1.143ql=1.143×15.46×0.6=10.60kN/m。
计算按四跨连续梁计算。
图14模型图
抗弯截面系数：
W=bh2/6
=0.1×0.152/6
=3.75×10-4m3
弹性模量：
E=9.0×106KN/m2
惯性矩：
I=bh3/12=0.1×0.153/12=28.13×10-6m4
M=-0.286Pl
=-0.286×10.60×0.6
=-1.82kN·m
图15弯矩图
即最大应力为σ=M/W
=4.85MPa＜［σ］＝12MPa
图16变形图
最大挠度：
f=1.764Pl3/100EI
=0.16mm＜［f］＝L/400=1.5mm
∴横梁截面尺寸符合要求。
7.立杆计算
N----立杆的轴心压力设计值（kN）；
φ----轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到；
i----计算立杆的截面回转半径（cm）：
i=1.58cm；
A----立杆净截面面积（cm2）：
A=4.89cm2；
W----立杆净截面模量（抵抗矩）（cm3）：
W=5.08cm3；
σ----钢管立杆最大应力计算值（N/mm2）；
[σ]----钢管立杆抗压强度设计值：
[σ]=205.000N/mm2；
l0----计算长度（m）；
7.1腹板下立杆计算
腹板下立杆间距纵向0.6m，横向0.3m。
每根立杆承受的轴心压力设计值：
N=［1.2×（①+④+⑤+⑥+⑦）+1.4×（②+③+⑧）］×0.3×0.6
=［1.2×（126.24+0.16+0.9+4）+1.4×（2.0+2.0+1.0）］×0.3×0.6
=164.56×0.3×0.6
=29.62KN
立杆步距为0.6m,碗扣脚手架立杆Φ＝48mm,壁厚为3.5mm
参照《扣件式规范》，按下式计算
l0=h+2a
h----步距，h=600mm；
a----立杆上端顶托伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.300m；
则立杆计算长度
l0=h+2a
=600+600
=1200mm
则立杆受压长细比：
l0/i=1200/15.8
=75.95
查《扣件试规范》附表得轴心受压立杆的稳定系数：
φ=0.744
则钢管立杆的最大应力计算值：
σ=N/φA
=29.65/（0.744×4.89×102）
=81.5N/mm2
σ＜[σ]=205N/mm2
∴立杆满足设计要求。
7.2底板下立杆计算
底板下立杆间距纵向0.6m，横向0.6m。
每根立杆承受的轴心压力设计值：
N=［1.2×（①+④+⑤+⑦）+1.4×（②+③+⑧）］×0.6×0.6
=［1.2×（35.89+0.16+0.9+4）+1.4×（2.0+2.0+1.0）］×0.6×0.6
=56.14×0.6×0.6
=20.21KN
立杆步距为0.6m,碗扣脚手架立杆Φ＝48mm,壁厚为3.5mm
参照《扣件式规范》，按下式计算
l0=h+2a
h----步距，h=600mm；
a----立杆上端顶托伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.300m；
计算立杆长度
l0=h+2a
=600+600
=1200mm
则立杆受压长细比为：
l0/i=1200/15.8
=75.95
查《扣件式规范》附表得轴心受压立杆的稳定系数：
φ=0.744
则钢管立杆的最大应力计算值：
σ=N/φA
=20.27/（0.744×4.89×102）
=55.71N/mm2
σ＜[σ]=205N/mm2
∴立杆满足设计要求。
注：
立杆计算也可直接依据立杆纵横间距a×b范围内荷载小于不同步距下立杆的设计荷载来判断立杆是否满足。
图18计算图示
腹板、底板下立杆轴向压力值为29.62kN、20.21kN均小于步距为0.6m是立杆设计荷载40kN，所以立杆满足要求！
8.地基承载力计算
地基承载力检算：
按最不利位置（梁高5.23m位置）截面，取单位长度1m进行检算。
∮=N/A＜[∮]
∮——计算地基承载力
A——基础底面积
N——轴心压力值
[∮]——允许地基承载力（天然土以地质勘测报告为准，换填后以实际检测为准）
混凝土截面面积为：
20.5m²，梁底宽为5.54m，作用于底部5.54m范围基础上每平米荷载为：
20.5×26/（5.54×1）=96.21kN/m²。
支架重4kN/m²；单位长度混凝土地坪截面面积为：
5.54×0.2=1.11m2，即每平米为0.855×1×25/（5.54×1）=5kN/m²
荷载组合：
G=1.2×（单位面积钢筋混凝土重+支架重+混凝土地坪重）
=1.2×（96.21+4+5）=126.255kN/m²
∮=N/A
=126.255/1
=126.255Kpa
地基处理后保证承载力不小与126.25kpa；为保证安全处理后地基承载检测不小于180kpa即可。
9.抗倾覆计算
计算取边墩位置支架最高处计算，支架高度为11.5m，梁体翼缘板至梁底高度为3m，总高度14.5m。
依据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》第4.3条规定：
WK—风荷载标准值（KN/m2）
μs—风荷载体型系数；
μz—风压高度变化系数
W0—基本风压力（KN/m2）
地面粗糙程度为B级，查风压高度系数表得：
（高度H=14.5m）
基本风压：
《建筑结构荷载规范》附表D.4，参考武汉、嘉鱼取（未列咸宁）地区50年风压。
脚手架挡风系考虑架外满挂密目安全网，
取，
风荷载体形系数：
则：
计算取0.6m宽度支架,0.6m宽度内横杆与立杆总长22.3m，则支架迎风面面积为0.048×22.3=1.07m2。
支架高度11.5m，即支架所受均布荷载q1=1.07×0.235/11.5=0.022kN/m；上部梁体高度3m，则模板迎风面均布荷载为q2=0.235×0.6×3/3=0.14kN/m。
支架自重：
G=14×0.6×4=33.6kN
计算模型如下:
图17模型图
风荷载产生的弯矩：
M1=q1×11.5×11.5/2+q2×3×（11.5+3/2）
=0.022×11.5×11.5/2+0.14×3×13
=6.9kN.m
支架及模板产生自重弯矩
M2=G×14/2
=33.6×7
=235.2kN.m
取安全系数1.5，
M1=6.9＜[M]=M2/1.5=235.2/1.5=156.8kN/m；
满足抗倾覆要求。
五、相片资料
现场勘察
素填土挖除
回填AB料
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