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)

1 CK3 875 田东右江大桥现浇异形板钢管支架施工与受力计算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 2 异形板主要工程数量一览表异形板主要工程数量一览表 钢束 kg 锚具 套 钢筋 kg s15 20 7 60mmSBG 塑料波纹管 m OVMZK15 A 7 OVMZK15 P 7 10 12 25 28 C40 砼 M3 16793 72126 64727210466 1116465 4675512466 9848 4合 计16793 72126 647272146153 4848 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 2 5 6 7 地形断面图 二 地基处理及钢管支撑位置放样二 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 3 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 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 6m314 2 5 45 2 5 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 图 3 6 墩护坡立面 图 4 32 14 5 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 图 4 5 墩侧异形板施工预埋件施工图 5 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 图 5 分区分仓水箱预压示意图 6 检查支架的安全性 确保施工安全 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 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 立杆 48 3 5 钢管 斜杆 48 3 5 钢管 水箱 彩条布 横杆 48 3 5 钢管 工字钢 主梁 说明 1 图中尺寸 单位均为cm 2 立杆 横 杆 斜杆及主梁 之间联结点均采用 焊接连接 焊缝 要饱满平顺 且 其厚度不得小于8mm 3 围水护栏 立杆布置与主梁 对应 挡板 木板 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 i h0 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 i h1 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 i h2 图 6 分区预压水箱围水护栏断面图示意图 7 24 小时后所测数据变化很小时 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 9 砼浇注时振捣荷载 P4 200kg m2 2kN m2 P 9 1 2 2 5 2 15 6 kN 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 max Mmax W 0 44 1000 144 10 6 3 06MPa 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 99 kN8 0 2 2 0 2 8 03 0 22 qq max 3Qmax 2A 3 3 99 103 2 6 12 10 4 0 83MPa 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 图 8 10 0 34 mm 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 06mmN 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 65 kN 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 15 kN 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 12 W bh2 6 6 122 6 144cm3 由梁正应力计算公式得 max Mmax W 0 88 1000 144 10 6 6 11MPa 10MPa 参考 一般松木质 最大剪力在支点处 max 3Qmax 2A 3 7 05 103 1 2 6 12 10 4 1 47MPa 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 73 kN m2 模板荷载 P2 200kg m2 2kN m2 设备及人工荷载 P3 250kg m2 2 5kN m2 13 砼浇注时振捣荷载 P4 200kg m2 2kN m2 P 15 73 2 2 5 2 22 23 kN 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 max Mmax Wx 2 25 103 102 10 6 22 05MPa 215MPa 最大剪力在支点处 Q 22 23 0 9 2 10 0kN max 3Qmax 2A 3 10 0 103 2 21 5 10 4 6 98 MPa 125 MPa 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 13mmN 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 图 10 15 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 max Mmax W 0 594 103 144 10 6 4 13MPa 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 96 kN max 3Qmax 2A 3 3 96 103 2 6 12 10 4 0 83MPa 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 图 11 16 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 7 KN m2 取荷载不均匀系数 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 max Mmax Wx 2 75 106 102 103 26 96MPa 170 MPa 则主梁强度满足施工要求 主梁挠度验算 E 2 1 105 MPa 17 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 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 实心板区砼荷载 q1 1 2 26 31 2kN m2 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 模板荷载 q3 0 2kN m2 施工荷载 q4 0 25kN m2 冲击荷载 q5