计算书高架桥箱梁模板及支撑体系安全专项施工方案.docx
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计算书高架桥箱梁模板及支撑体系安全专项施工方案
武咸公路改造工程（三环线~红霞村）
高架桥箱梁模板及支撑体系计算书
计算：
复核：
编制单位：
中建三局集团有限公司
武咸公路（三环线~红霞村）项目部
编制日期：
二〇一五年六月五日
1工程概况
武咸公路改造工程（三环线~红霞村）施工起点为三环线（桩号为K8+000），施工止点为红霞村（青郑高速落地点，桩号K11+571.254），主线为城市快速路。
其中主线高架桥1.97km，上部结构为单箱三室混凝土箱梁，梁宽25.8m，顶板横桥向设1.5%双向横坡，底板与顶板平行。
箱梁采用C50砼，支架现浇施工，桥跨布置有4×30、3×29、30+40+30三种形式，其中桥跨为4×30、3×29的梁高2.0m，桥跨为30+40+30的梁高为2.4m。
梁底至现有地面净空最大12.3m，最小1.2m。
主线桥施工区域位于现有白沙洲大道主干道上，施工期间不能中断交通，在考虑施工技术、施工进度、交通组织、梁下净空等因素后决定第1~2联、第17~18联采用满堂支架；第3~17联采用钢管贝雷梁支架与满堂支架相结合的方式，支架由可调标高的碗扣式（或承插型盘扣式）钢管支架、贝雷梁、分配梁、钢管桩、条形基础共同组成。
联号
墩号
跨径、长度（m）
桥宽（m）
最大墩高（m）
梁高（m）
备注
第1联
Z00-Z03
3×29=87
26
4.7
2.0
第2联
Z03-Z07
4×30=120
26
7.2
2.0
第3联
Z07-Z10
30+40+30=100
26
7.7
2.4
道口处
第4联
Z10-Z14
4×30=120
26
8.3
2.0
第5联
Z14-Z18
4×30=120
26
9.2
2.0
第6联
Z18-Z22
4×30=120
26
10.5
2.0
第7联
Z22-Z26
4×30=120
26
11.5
2.0
第8联
Z26-Z30
4×30=120
26
11.8
2.0
第9联
Z30-Z33
30+40+30=100
26
11.8
2.4
第10联
Z33-Z37
4×30=120
26
12.3
2.0
第11联
Z37-Z41
4×30=120
26
11.9
2.0
第12联
Z41-Z45
4×30=120
26
10.5
2.0
第13联
Z45-Z49
4×30=120
26
9.3
2.0
第14联
Z49-Z52
3×29=87
26
8.8
2.0
第15联
Z52-Z55
3×29=87
26
8.7
2.0
第16联
Z55-Z58
30+40+30=100
26
8.4
2.4
道口处
第17联
Z58-Z62
4×30=120
26
8.3
2.0
第18联
Z62-Z65
3×29=87
26
5.0
2.0
2编制依据
《武咸公路（三环线~红霞村）主线高架桥施工图》；
《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）；
《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）；
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）；
《路桥施工计算手册》；
《危险性较大的分部分项工程管理办法》（建质[2009]87号）。
《建筑施工临时支撑结构技术规范》（JGJ300-2013）
《321型贝雷片钢桥使用手册》
《木结构设计规范》（GB50005-2003）
《建筑结构荷载规范》（50009-2012）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
3箱梁支架结构
综合考虑现有道路交通，周边环境以及施工期间交通疏解，箱梁支架第1、2、17、18联采用落地式满堂支架，第3~16联采用门式贝雷梁支架结合满堂支架的形式。
3.1满堂碗扣钢管支架结构形式
底板采用15mm厚清水木模板，边腹板和翼缘板采用定型钢托架、方木和10mm特制竹胶板，内模采用15mm木模板。
横梁下立杆间距：
900mm（横）×300mm（顺）；
腹板下立杆间距：
300mm（横）×900mm（顺）；
腹板加厚处：
600mm×900mm；
空箱处：
900mm（横）×900mm（顺）；
步距均为1200mm。
立杆底部设可调底托，顶部设可调顶托。
顶托上横桥向铺双拼[8槽钢，其上铺设次龙骨，次龙骨采用10cm×10cm方木，间距为30cm。
箱梁内膜采用扣件钢管支架和木方组合形式进行支撑。
满堂支架纵向、横向、水平方向按照规范设置剪刀撑。
第1、2、17、18联支架标准断面见下图：
图3.1-1满堂支架横断面图
图3.1-2满堂支架纵断面图
3.2门式贝雷梁结合满堂支架结构形式
贝雷梁门式支架下行车空间满足城市双车道通行需要，净宽7.5m，净高不小于4.5m。
钢管桩下设条形基础，采用C30混凝土浇筑，布设必要的构造钢筋和吊点；条形基础上纵向布置Φ609mm×16mm钢管，钢管间距为3m，横隔梁处加密间距为2m，钢管桩高度3.5~6.5m；纵梁一般部位采用双拼I40b工字钢，过街通道处采用双拼H588工字钢，纵梁上铺设横梁；横向贝雷梁采用单层双排间距为45cm贝雷梁组，组纵向间距横隔梁处为65cm，其他处为90cm。
在贝雷架上挂设一道水平兜网，水平兜网上铺设12mm竹胶板作为安全防护设施，防止上方坠落物体砸伤通行车辆，再在木模板上沿桥纵向铺设I12.6工字钢，用于安放满堂架底托。
为加强I12.6工字钢稳定性，在工字钢之间横向点焊Φ16钢筋（每隔4.5m一道）。
两侧贝雷梁通道宽度为9m，中间满堂碗扣支架宽度为10.9m，满堂架结构形式与第1~2联、第17~18联相同。
考虑到施工工期影响，尽可能减少满堂盘扣支架的搭设高度，但考虑到贝雷梁拆除过程时吊机所需要的工作空间，贝雷梁上支架搭设高度按3m左右考虑。
第3~16联支架标准断面见下图：
图3.2-1贝雷梁支架横断面图
图3.2-2贝雷梁支架纵断面图
4荷载组合及控制标准
4.1荷载组合
4.2变形控制
根据《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008规定，验算模板及支架刚度是，其最大变形值不得超过下列容许值：
（1）对表面外露的模板，为模板构件计算跨度的1/400；
（2）支架的压缩变形或弹性挠度，为相应的结构计算跨度的1/1000
5满堂支架结构验算
5.1荷载取值
根据本桥现浇箱梁的结构特点，在施工过程中将涉及到以下荷载形式：
⑴箱梁实体结构砼自重
。
根据混凝土箱梁结构箱式，可将箱梁分成六个截面进行荷载计算，
⑵内膜采用1.5cm原木模板，顺桥向等距300布置100×100mm方木。
横桥向等距1200布置100×100mm方木，立杆间距1200（顺）×600（横），步距1.2m，采用φ48×3.0钢管。
根据《木结构设计规范》木模板取
木方取
换算成面荷载
⑶底模系统包含15mm厚清水木模板和100×100mm木方，换算成面荷载按照均布荷载取值
⑷顶托上纵向小梁双拼[8，取值
⑸碗扣支架采用Ø48×3.0mm标准钢管，自重取值
；立杆可调底座采用KTZ-60（单重7.12Kg），立杆可调顶托采用KTC-60（单重8.31Kg）
⑹底托下I12.6型钢，自重按照线荷载取值
⑺施工人员及设备荷载，按均布荷载取值
，当计算模板及其下肋条时取
；当计算肋条下的梁时取
；当计算支架立柱及替他承载构件时取
⑻振捣荷载，对底模取值
，对侧模取值
5.2面板验算
箱梁梁高分为2.0m和2.4m两种，外膜面板下木方顺桥向铺设，腹板下间距为20cm，其他位置间距为300cm。
通过对比分析可知，梁高2.4m处横梁下面板受力最大，取此处面板进行验算。
根据受力图可知高2.4m处横梁下面板受力最大
横梁处混凝土自重：
底模面板自重
荷载组合：
模板下木方采用100×100mm，等间距300mm布置，则模板净跨为200mm。
模板按照三跨连续梁建立受力模型。
查《砼模板用胶合板》ZBBF006-88：
E=4.0×103σ摩=30N/mm2
模板变形：
经上述计算，应力和变形满足要求。
5.3次龙骨验算
次龙骨采用100mm×100mm木方，腹板下顺桥向等间距200mm放置，其他位置等间距300mm放置。
次龙骨下为横桥向铺设的双拼[8槽钢，槽钢放置在支架可调顶托上，槽钢横向间距分为300mm，600mm，900mm三种。
根据支架图分析可知，高度为2.4m箱梁腹板下次龙骨受力最大，将木方按照三跨连续梁建模进行计算，可建立如下模型：
木方间距200mm，木方上线荷载：
10×10木方截面特性计算：
查《木结构设计规范》松木：
抗弯
，顺纹抗剪
，弹性模量
①抗弯强度验算
②抗剪验算
查《木结构设计规范》木材顺纹抗剪按照如下公式验算：
根据规范5.2.3荷载作用在梁的顶面，计算受弯构件的剪力V值时，可不考虑在距离支座等于梁截面高度的范围内的所有荷载作用则方木所受剪力为：
③挠度验算
经上验算可知，次龙骨满足要求。
5.4主龙骨验算
主龙骨采用双拼[8槽钢，横桥向放置在支架顶托上，根据支架结构形式，选取高为2.4m箱梁腹板和横梁下的主龙骨进行验算。
（1）横梁下主龙骨验算
梁高2.4米，主龙骨间距为0.3m，选取顺桥向0.3米作为计算单元。
建立如下模型：
主龙骨工双拼[8槽钢上线荷载：
双拼[8型钢截面特性：
查《建筑施工临时支撑结构设计规范》4.1.5钢材（Q235）设计值：
抗弯
，抗剪
，弹性模量
①抗弯强度验算
②抗剪验算
③挠度验算
经上验算可知，横梁下主龙骨满足要求。
（2）腹板下主龙骨验算
梁高2.4米，主龙骨间距为0.9m，选取顺桥向0.9米作为计算单元。
建立如下模型：
利用Midas建模计算：
反力
应力
变形
结论
最大应力
，
最大变形0.216<900/400=2.25mm，满足要求。
5.5支架立杆稳定性验算
搭设满堂支架梁段桥下净空位置最高为8.238m（58#墩处），扣除底模系统后支架高为8.043m。
根据支架结构图，选取以下三个部位立杆进行稳定性验算：
A、梁高为2.4米的横梁和腹板下方支架立柱
B、箱梁顶底板加厚处支架立柱
C、空心箱室下支架立柱
（1）碗扣支架性能参数
支架所采用碗扣钢管规格重量见下表：
名称
型号
规格mm
理论重量ｋｇ
立杆
LG-20
Ø48×3.0×200
1.35
LG-30
Ø48×3.0×300
2.46
LG-60
Ø48×3.0×600
4.06
LG-90
Ø48×3.0×900
5.60
LG-120
Ø48×3.0×1200
7.41
LG-150
Ø48×3.0×1500
8.91
LG-180
Ø48×3.0×1800
10.67
LG-240
Ø48×3.0×2400
14.02
LG-300
Ø48×3.0×3000
17.31
横杆
HG-30
Ø48×3.0×300
1.67
HG-60
Ø48×3.0×600
2.82
HG-90
Ø48×3.0×900
3.97
HG-120
Ø48×3.0×1200
5.6
可调底座
KTZ-60
Ø38×600
7.12
可调顶托
KTG-60
Ø38×600
8.31
钢管采用φ48×3.0规格参数:
计算长度
查得
=0.357
则单根钢管承载力为：
（2）梁高为2.4m横梁和腹板下立杆
横梁和腹板下立柱受力面积0.9×0.3=0.27㎡
碗扣支架自重:
立杆所受力为顶托上的纵横梁、底模系统、梁体混凝土自重、支架自重及施工荷载：
满足要求。
（3）箱梁顶底板加厚处支架立杆计算
箱梁顶底板加厚处立柱受力面积0.9×0.6=0.54㎡
立杆所受力为顶托上的总横梁、底模系统、内膜系统、梁体混凝土自重、支架自重及施工荷载。
碗扣支架自重:
立柱受力：
满足要求。
（4）空心箱室下支架立柱计算
箱梁顶底板加厚处立柱受力面积0.9×0.9=0.81㎡
5.6地基承载力验算
K调整系数，混凝土基础系数为1.0。
箱梁支架搭设在现有道路上，道路结构从上到下依次为沥青面层+水稳层+碎石垫层+粘土层，路面结构计算荷载BZZ-100，交通荷载等级属“特重”等级。
承台施工时，破除承台周边现有路面，施工完成后进行硬化恢复。
承台回填及表面硬化处理采取：
粘土分层回填（压实度≥90%）+10cm厚级配碎石+20cm厚C30混凝土，要求回填处理后地基承载力>125KPa。
原有路面设计等级较高，不做验算，仅对承台周边回填部分承载力进行验算。
立杆底托下铺设[14型钢，与混凝土接触面积按照14cm×14cm=196cm2
立杆地基承载力验算：
≤K·
k
式中：
N——为脚手架立杆传至基础顶面轴心力设计值；
Ad——为立杆底座面积；
按照最不利荷载考虑，立杆底拖下砼基础承载力：
底拖下砼基础承载力满足要求。
[14下为混凝土基础，基底受力面积为：
按照最不利荷载考虑：
经过计算，基底整平压实后采用标准贯入试验检测地基承载力。
确认地基承载力符合设计要求后，才能开始放样，摆放脚手架，在其上开始搭设脚手架。
5.7支架整体倾覆稳定性验算
《建筑施工临时支撑结构技术规范》JGJ300-2013中4.5.2规定，支撑结构高度（H）小雨或等于支撑结构横向宽度（B）的3倍时，可不进行支架结构的抗倾覆验算。
满堂支架搭设宽度为28m，支架最高处位于58#墩，高度为8.33米，H>3B，因此本支架必须进行整体倾覆稳定性验算。
6门式贝雷梁结构验算
门式贝雷梁支架上方设置的满堂支架，支架形式与第1~2联、第17~18联相同。
碗扣支架底托下顺桥向布设工12.6型钢，型钢与贝雷梁之间铺设安全防护系统（12mm竹胶板+安全网）。
6.1支架立杆底托下工12型钢验算
根据支架结构图可知，箱梁腹板下工12型钢受力最大。
立杆纵向间距0.9米，横向间距0.3m，贝雷梁间距0.45m，碗扣支架高度3.0m，自重不计。
则工12型钢上顶托受力：
建立如下计算模型：
利用Midas建模计算，结果如下：
支反力：
变形
（mm）：
应力：
结论:
变形0.081mm<450/400=1.125mm，
应力27.2N/mm²<215N/mm²满足要求。
6.2贝雷梁验算
贝雷梁计算时，贝雷梁上方所有结构均换算成面荷载进行计算。
①箱梁实体结构砼自重
。
②内膜
③底模
④顶托上工双拼[8型钢，
⑤碗扣支架，
⑥底托下工12.6型钢，
⑦贝雷梁，两片一组，
⑧施工人员及设备荷载
⑨振捣荷载
查阅《装配式公路钢桥多用途使用手册》，贝雷梁几何特性及容许内力见下表：
贝雷梁几何特性表
W（cm3）
J（cm4）
单排单层
标准型
3578
250497
加强型
7699
577434
双排双层
标准型
7157
500994
加强型
15398
1154868
三排单层
标准型
10735
751491
加强型
23097
1732303
构件容许应力表
构件
材质
σ
τ
弦杆
16Mn
273
208
竖杆
30CrMnT
1105
585
桁架结构容许内力表
结构型式
标准结构型
加强结构型
单排
单层
双排
单层
三排
单层
双排
双层
三排
双层
单排
单层
双排
单层
三排
单层
双排
双层
三排
双层
SS
DS
TS
DD
TD
SSR
DSR
TSR
DDR
TDR
弯矩
（kN-m）
788
1576
2246
3265
4653
1687
3375
4809
6750
9618
剪力
（kN）
245
490
698
490
698
245
490
698
490
698
（1）横梁下贝雷梁计算
横梁位置贝雷梁断面图如下：
贝雷梁A长度为9m，由双排单层间距为45cm贝雷片组成。
受力宽度为65cm，将所有荷载换算成线荷载进行计算，建立荷载图如下：
利用Midas建模计算（单排贝雷梁）：
支反力（KN）：
变形（mm）：
应力（N/mm²）
支反力F1=93.2KN<245KN
F2=40.4KN<245KN
最大应力σ=128N/mm²<273N/mm²
最大变形3.72mm<9m/1000=9mm
结论：
横梁下贝雷梁满足要求。
（2）跨中贝雷梁验算
跨中贝雷梁断面图：
贝雷梁长度为9m，由间距为90cm双排单层（45cm）贝雷片组成。
贝雷梁B受力宽度为900mm，将所有荷载换算成线荷载进行计算，建立荷载图如下：
利用Midas建模计算（单排贝雷梁）：
支反力（KN）：
变形（mm）：
应力（N/mm²）
支反力F1=61.2KN<245KN
F2=42.8KN<245KN
最大应力σ=84.0N/mm²<273N/mm²
最大变形3.53mm<9m/1000=9mm
结论：
横梁下贝雷梁满足要求。
6.3钢管桩顶分配梁验算
桩顶分配梁采用双拼H588和工40b两种，双拼H588用在门洞上方，工40b用在其他位置，分配梁长度采用6m、7.5m、9m、12m不等，根据桥跨不同进行调整组合。
T字形交叉路口分配梁、贝雷梁支架布置图：
根据布置图，选取具有代表性的分配梁L1、L2、L3、L5进行验算。
分配梁参数表
梁编号
L1
L2
L3
L4
L5
规格
双拼工40b
双拼H588
双拼工40b
双拼工40b
双拼H588
（1）分配梁L1验算
根据支架结构，建立如下受力模型：
利用Midas建模进行计算，结果如下：
支反力：
P1=375.5KN
P2=612.9KN
P3=375.5KN
变形：
弯矩：
应力：
结论：
应力变形均满足要求。
（2）分配梁L2验算
根据支架结构，建立如下受力模型：
利用Midas建模进行计算，结果如下：
支反力：
P1=437KN
P2=437KN
变形：
<4.5m/1000=4.5mm
弯矩：
应力：
结论：
应力满足要求。
（3）分配梁L3计算
根据支架结构，建立如下受力模型：
利用Midas建模进行计算，结果如下：
支反力：
P1=P4=166.7KN
P2=P3=467.3KN
变形：
<3mm
应力：
结论：
应力、变形均满足要求。
（4）分配梁L5验算
根据支架结构，建立如下受力模型：
利用Midas建模进行计算，结果如下：
支反力：
P1=353.2KN
P2=353.2KN
变形：
<6.3m/1000=6.3mm
弯矩：
应力：
结论：
应力、变形均满足要求。
6.4钢管桩立柱验算
钢管柱拟采用609×16mm，
，每延米重233.98Kg。
根据支架图，钢管桩最大长度为6.45m。
根据以上计算，钢管柱受力最大为612KN。
查《钢结构设计规范》
=0.985
6.5条形基础及地基承载力验算
钢管桩下沿桥梁轴线走向设置混凝土条形基础，条形基础宽1.0，高0.8m，配备必要构造钢筋和吊点。
钢管桩底部混凝土承压取面积为A=2922.476cm²
桩底混凝土受压
，满足要求。
混凝土条形基础一部分位于现有道路上，从下至上结构层为粘土+50cm水稳+16cm沥青混凝土+混凝土条基（如图1）；承台周边的条形基础位于承台开挖回填后恢复的混凝土路面上，从下至善结构层依次为分层回填粘土+20cm厚C30混凝土+条形基础（如图2）
图1
图2
（1）原有道路基地承载力验算
基底有效受力面积：
a=0.8+（0.16+0.5）×2=2.1m
b=0.61+（0.6+0.15+0.5）×2=3.11>3，取b=3m
A=a×b=2.1×3=6.3m²
基地承载力
查询地质报告，粘土6-1层，地基承载力为205Kpa，满足要求。
（2）承台回填区地基承载力验算
基底有效受力面积：
a=0.8+0.2×2=1.2m
b=0.61+0.6×2+0.2×2=2.21m
A=a×b=1.2×2.21=2.652m²
基地承载力σ=N/A=612KN/2.652m²=230Kpa
为确保安全，承台回填时，必须分层碾压密实，每层夯实后利用轻型动力触探仪对土体进行承载力检测，承载力不低于250Kpa。
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