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1、滿堂式碗扣支架支架設(shè)計計算
鄭州市中州大道與鄭新快速通道立交工程鄭新主線橋起點樁號ZXK1+464.684~ZXK2+245.622,橋梁長780.938米,寬25.3米,橋孔布置:(2X35)+3X(3X35)+(32+2X49+32)+(2X35.984+2X35.985)+(3X30),上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,為單箱四室型斷面形式,標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)寬度25.3米,懸臂長2.4米,支點梁高2.0米,支座間距8米,頂板厚22CM,底板厚22CM,腹板厚45-75CM,雙向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),A類構(gòu)件設(shè)計。該區(qū)段連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計有兩種形式,除第五聯(lián)為變高段連續(xù)箱梁,其余為等高段箱梁。為此,依據(jù)設(shè)計圖
2、紙、鄭新主線橋施工依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范、水文、地質(zhì)情況,并充分結(jié)合現(xiàn)場的實際施工狀況,為便于該區(qū)段連續(xù)箱梁的施工,保證箱梁施工的質(zhì)量、進(jìn)度、安全,我部采用滿堂式碗扣支架組織該區(qū)段連續(xù)箱梁預(yù)應(yīng)力混凝土逐段現(xiàn)澆施工。
一、 滿堂式碗扣件支架方案介紹
滿堂式碗扣支架體系由支架基礎(chǔ)(厚50cm山皮石分兩層、10cm級配碎石面層,各層壓路機(jī)碾壓密實,原中州大道行車道寬14米范圍采用原地面作基礎(chǔ)即可),沿線路中心向兩側(cè)留2%的橫坡,避免支架范圍內(nèi)地面積水,Φ483mm碗扣立桿、橫桿、斜撐桿、可調(diào)節(jié)頂托、10cm15cm底墊木、10cm15cm或10cm10cm木方做橫向分配梁、10cm10cm木方縱向分配
3、梁;模板系統(tǒng)由側(cè)模、底模、芯模、端模等組成。10cm15cm木方分配梁沿橫橋向布置,直接鋪設(shè)在支架頂部的可調(diào)節(jié)頂托上,箱梁底模板采用定型大塊竹膠模板,后背10cm10cm木方,然后直接鋪裝在10cm15cm、10cm10cm木方分配梁上進(jìn)行連接固定;側(cè)模、翼緣板模板為整體定型鋼模板。(主線橋35m跨等高連續(xù)梁一孔滿堂支架結(jié)構(gòu)示意圖見附圖XL-1、2、3所示)。
根據(jù)箱梁施工技術(shù)要求、荷載重量、荷載分布狀況、地基承載力情況等技術(shù)指標(biāo),通過計算確定,每孔支架立桿布置:縱橋向為:3*60cm+35*90cm +3*60cm,共計41排。橫橋向立桿間距為:【120cm+3*90cm+3*60cm +
4、3*90cm +3*60cm +4*90 cm+(3*60)/2cm】X2,即腹板區(qū)為60cm,兩側(cè)翼緣板(外側(cè))為120cm,其余為90cm,共39排;支架立桿步距為120cm,在橫梁和腹板部位的支架立桿步距加密為60cm,支架在橋縱向每360cm間距設(shè)置剪刀撐;支架兩端的縱、橫桿系通過墊木牢固支撐在橋墩上;立桿頂部安裝可調(diào)節(jié)頂托,立桿底部支立在底托上,底托安置在支架基礎(chǔ)上的10cm15cm木墊板上。以確保地基均衡受力。
二、 支架計算與基礎(chǔ)驗算
(一) 資料
(1)WJ碗扣為Φ483.5 mm鋼管;
(2)立桿、橫桿承載性能:
立 桿
橫 桿
步距(m)
允
5、許載荷(KN)
橫桿長度(m)
允許集中荷載(KN))
允許均布荷載(KN)
0.6
40
0.9
4.5
12
1.2
30
1.2
3.5
7
1.8
25
1.5
2.5
4.5
2.4
20
1.8
2.0
3.0
(3)根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》,本橋位處地基容許承載力在80Kpa以上。
(二) 荷載分析計算
(1)箱梁實體荷載:
a、縱橋向根據(jù)箱梁斷面變化,按分段均布荷載考慮,其布置情況如下:
縱橋向荷載分布圖
b、 橋向各斷面荷載分布如下:
橫橋向荷載分布圖
(2)模板荷載q2:
a、內(nèi)模(包括支撐架):取q2-1
6、=1.2KN/m2;
b、外模(包括側(cè)模支撐架):取q2-2=1.2KN/m2;
c、底模(包括背木):取q2-3=0.8KN/ m2 ;
(3)施工荷載:
因施工時面積分布廣,需要人員及機(jī)械設(shè)備不多,取q3=2.0KN/m2(施工中要嚴(yán)格控制其荷載量)。
(4)碗扣腳手架及分配梁荷載:
按支架搭設(shè)高度≤10米計算:q4=1.5(鋼管)+0.85(分配梁)=2.35KN/m2。
(5)水平模板的砼振搗荷載,取q5=2 KN/m2。
(三)、碗扣立桿受力計算
(1) 在跨中斷面腹板位置,最大分布荷載:
q=q1-6+q2-1+q2-3+q3+q4+q5
=41.3+1.2+
7、0.8+2+2.35+2=49.65KN/m2
碗扣立桿分布60cm90cm,橫桿層距(即立桿步距)60cm,則
單根立桿受力為:N=0.60.949.65=26.8KN<[N]=40 KN
(2)在跨中斷面底板位置,最大分布荷載
q=q1-3+q2-1+q2-3+q3+q4+q5
=19.7+1.2+0.8+2+2.35+2=28.05 KN/m2
碗扣立桿分布90cm90cm,橫桿層距(即立桿步距)120cm,則
單根立桿受力為:N=0.90.928.05=22.7KN<[N]=30 KN
(3)跨中翼緣板位置立桿計算:
q=q1-1+q2-2+q3+q4+q5
=9
8、.12+1.2+2+2.35+2=16.67 KN/m2
碗扣立桿分布為外側(cè) 90cm120 cm,其它為90 cm90 cm,橫桿層距(即立桿步距)120 cm,單根立桿最大受力為:
N=0.9(1.2/2+0.9/2)16.67=15.8KN<[N]=30 KN
(4)邊支點翼緣板位置立桿計算:
q=q1-10+q2-2+q3+q4+q5
=20.3+1.2+2+2.35+2=27.85 KN/m2
碗扣立桿分布為外側(cè)60cm120cm,其它為60 cm90cm,橫桿層距(即立桿步距)120 cm,由單根立桿最大受力為:N=0.6(1.2/2+0.9/2)27.85=17.6K
9、N<[N]=30 KN
(5)在橫梁底板位置:
q=q1-8+q2-3+q3+q4+q5
=47.2+0.8+2+2.35+2=54.35KN/m2
碗扣立桿分布為0.6 cm0.9cm,橫桿層距(即立桿步距)60cm,則
單根立桿受力為:0.60.954.35=29.4 KN/m2<[N]=40 KN
經(jīng)以上計算,立桿均滿足受力要求。由于我部采用碗扣式滿堂支架,經(jīng)試驗證明,碗扣式滿堂支架是扣件式滿堂支架穩(wěn)定性的1.15倍(<<砼模板與支架技術(shù)>>) 。
(四) 、地基受力計算
由工程地質(zhì)勘察報告,設(shè)計提供的地質(zhì)勘探資料表明,地表土質(zhì)為壓粘土、亞砂土、砂土,地基的承載力最
10、小為80kpa,無軟弱下臥層。各部位地基受力如下表:
箱梁部位
荷載(KN)
受力面積(m2)
地基受力(Kpa)
跨中腹板
26.8
0.6*0.9
49.63
跨中底板
22.7
0.9*0.9
28.1
跨中翼緣板
15.8
0.9*(1.2/2+0.9/2)
15
邊支點翼緣板
17.6
0.6*(1.2/2+0.9/2)
11.1
邊支點底板
29.4
0.6*0.9
54.5
(五) 、支架立桿穩(wěn)定性驗算
碗扣式滿堂支架是組裝構(gòu)件,一般單根碗扣在承載允許范圍內(nèi)就不會失穩(wěn),為此以軸心受壓的單根立桿進(jìn)行驗算:
公式:N≤[N]=
11、 ΦA(chǔ)[]
碗扣件采用外徑48mm,壁厚3 .5mm,A=489mm2,A3鋼,I=10.78*104mm4則,回轉(zhuǎn)半徑λ=(I/A)1/2=1..58cm, 跨中底板位置:h=120cm,橫梁底板位置步距h=60cm。
跨中底板處長細(xì)比λ=L/λ=120/1.58=75.9<[λ]=150取λ=76;
橫梁底板處長細(xì)比λ=L/λ=60/1.58=37.9<[λ]=150取λ=38;
此類鋼管為b類,軸心受壓桿件,查表
Φ=0.744(跨中底板處),Φ=0.893(橫梁底板處)
[]=205MPa
跨中底板處:[N]=0.744489205=74582.28N=74.6KN
橫
12、梁底板處:[N]=0.893489205=89518N=89.6KN
支架立桿步距120cm中受最大荷載的立桿位于跨中底板處,其N=22.7KN;立桿步距60cm中受最大荷載的立桿位于橫梁底板處,其N=29.4KN(見前碗扣件受力驗算)
由上可知:跨中底板處:26.8KN=N≤[N]=74.6KN
橫梁底板處:29.4KN=N≤[N]=89.6KN
跨中底板處:n=n=[N]/N=74.6/22.7=3.3>2
跨中底板處:n=n=[N]/N=89.6/29.4=3.1>2
結(jié)論:支架立桿的穩(wěn)定承載力滿足穩(wěn)定要求。
(六) 地基沉降量估算
(1)假設(shè)條件:E0在整個地層中變化不
13、大,計算地層按一層進(jìn)行考慮。
(2)按照彈性理論方法計算沉降量:
S=
S——地基土最終沉降量;
p——基礎(chǔ)頂面的平均壓力;按最大取值P=55Kpa
b——矩形基礎(chǔ)的寬度;0.6m
μ、E0——分布為土的泊松比和變形模量;μ=0.2
ω——沉降影響系數(shù),取1.12
E0=[1-2μ2/(1-μ)]Es
Es=10.05Mpa
E0=9.045
最終沉降量S=5510-30.61.12(1-0.22)/9.045
=4mm
(七) 分配梁受力計算
(1)10cm15cm木方
1015cm方木采用木材材料為A-3~A-1類,其容許應(yīng)力,彈性模量按A-3類計,即:[σw
14、]=12Mpa,E=9103,10cm15cm方木的截面特性:
W=10152/6=375cm3
I=10153/12=2812.54cm4
a. 在腹板部位:10cm15cm縱向分配梁驗算:
腹板部位的砼荷載q=41.3KN/m2,立桿縱向間距為90cm,橫向間距為60cm.
a)、P計算:
1010cm橫向分配梁間距為30cm,其分配情況如上圖:
p=ql橫0.3=41.30.60.3=7.44KN
b)強(qiáng)度計算:
因為p在跨中,數(shù)量n為3,n為奇數(shù),l=900mm,
所以Mmax=(n2+1)npl/8
=(32+1)7.440.9/(83)=2.79KN/m=
15、2.79106N/mm
σw=Mmax/w=2.79106/375103=7.44MPa<[σw]=12MPa 滿足要求
c)撓度計算:根據(jù)n=3,n為奇數(shù),l=900mm
Wmax=(5n4+2n2+1)pl/384n3EI
=(534+232+1)7.441039003/3843391032812.5104
=0.87mm
16、如下圖:
p=ql縱0.3=47.20.90.3=12.75KN
b)強(qiáng)度計算:
因為p在跨中,數(shù)量n為2,n為偶數(shù),l=600mm,
所以Mmax=npl/8
=212.750.6/8=1.91KN/m=1.91106N/mm
σw=Mmax/w=1.91106/375103=5.1MPa<[σw]=12MPa 滿足要求
c)撓度計算:根據(jù)n=2,n為偶數(shù),l=600mm
Wmax=(5n2+2)pl/384nEI
=(522+2)12.751036003/384291032812.5104
=0.31mm
17、010cm木方分配梁受力計算
1010cm方木采用木材材料為A-3~A-1類,其容許應(yīng)力,彈性模量按A-3類計,即:[σw]=12MPa,E=9103。10cm10cm方木的截面特性:
W=10102/6=167cm3
I=10103/12=833.34cm4
在底板部位:10cm10cm縱向分配梁驗算:
底板部位的砼荷載q=19.7KN/m2,立桿縱向間距為90cm,橫向間距為90cm.
a)P計算:
1010cm橫向分配梁間距為30cm,其分布情況如上圖:
p=ql橫0.3=19.70.90.3=5.32KN
b)強(qiáng)度計算:
因為p在跨中,數(shù)量n為3,n為奇數(shù),l=
18、900mm,
所以Mmax=(n2+1)npl/8
=(32+1)5.320.9/(83)=2KN/m=2106N/mm
σw=Mmax/w=2106/375103=5.4MPa<[σw]=12MPa 滿足要求
c)撓度計算:根據(jù)n=3,n為奇數(shù),l=900mm
Wmax=(5n4+2n2+1)pl/384n3EI
=(534+232+1)5.41039003/384339103833.34104
=0..98mm
19、3KN/m2
(2)計算模式:竹膠模板面板寬122cm,其肋(背木)間距為30cm,因此,面板按四跨連續(xù)梁進(jìn)行計算。
(3)面板驗算
面板規(guī)格: 2440mm1220mm12mm
a強(qiáng)度驗算
竹膠面板的靜曲強(qiáng)度:[σ]縱向≥70Mpa,[σ]橫向≥50Mpa
∵跨度/板厚=300/12=25<100 ∴屬小撓度連續(xù)板。
查“荷載與結(jié)構(gòu)靜力計算表”得四跨連續(xù)梁彎距系數(shù)Km=-0.107
∴Mmax=KmqL2=0.1070.041(300)2=395N.mm
面板截面抵抗矩:
W=bh2/6=1122/6=24mm3
σ=M/W=395/24=16.5N
20、/mm2<[σ]橫向=50Mpa,滿足要求。
b剛度驗算
竹膠面板的彈性模量:[E]縱向≥6103Mpa,[E]橫向≥4103Mpa
考慮竹膠面板的背帶為10cm10cm木方,面板的實際凈跨徑為200mm,故
ω=KωqL4/(100EI)=0.6320.041(200)4/(100410311003/12)
=1.3 mm<[ω]=1.5mm,滿足要求。
(4)背帶10cm10cm木方計算
a荷載:橫梁處最大荷載進(jìn)行計算,
q1=47.2KN/m2
計算模式:因分配梁為橫橋向布置,跨徑為90cm的連續(xù)梁,簡化為90cm簡支梁進(jìn)行計算:
b強(qiáng)度驗算
彎矩M和應(yīng)
21、力σ:
A-A斷面:M=qL2/8=14.10.92/8=1.43KN.m
σ=M/W=1.43103/(0.10.12/6)
=8.5MPa<[σ]=12MPa 滿足受力要求
c剛度驗算
A-A斷面:
ωmax=5qL4/(384EI )=514.11030.94/[3848.5109(0.10.13/12)]
=1.7mm<L/500=0.9/500=1.8mm 滿足受力要求
d抗剪驗算
[τ]=1.7Mpa
A-A斷面:τ= qL/A=14.11030.9/(0.100.1)=1.3Mpa < [τ]=1.7Mpa
滿足受力要求。
以上數(shù)據(jù)均滿足受力要求,但剛度與允許值接近,為了減少模板變形,在腹板和橫梁位置方1010cm橫向分配梁加密到20~25cm。