现浇箱梁碗扣式脚手架满堂支架设计计算

.现浇箱梁碗扣式脚手架满堂支架设计计算摘 要：以西安地铁三号线一期工程试验段三标高架段现浇预应力混凝土连续箱梁为例，详细论述碗扣式脚手架满堂支架现浇箱梁施工支架的设计及计算。关键词：碗扣式脚手架 满堂支架 现浇箱梁 设计 计算碗扣式脚手架运用于现浇桥梁已是相当成熟的施工技术，其施工工艺简单、操作方便，西安地铁三号线一期工程高架段桥梁施工中大量采用了该支架体系。1、工程概况西安地铁三号线试验段一期工程TJSG-3标高架区间现浇预应力混凝土连续箱梁共计5座，其中35+55+35m连续箱梁4座，35+61+35m连续箱梁1座。采用单箱单室变截面直腹板箱型截面，顶板宽度10m，底板宽的4.7m悬臂长度2.65m，箱梁腹板厚（3650cm），底板厚（3050cm）。现以35+61+35米现浇梁为例，对碗扣式满堂支架进行设计和计算。2、地基处理根据施工现场地质情况以及满堂支架对基地承载力的要求，对满堂支架地基做如下处理：场地清表整平后，采用20T振动式压路机进行压实，地基压实度不小于93%，然后用C25砼硬化20cm厚，并在每排支架底托下垫宽20cm，厚5cm木板。3、满堂支架设计3.1、立杆设计在现浇梁底板范围支架立杆布置为0.6m0.9m，在腹板和悬臂范围支架立杆布置为0.6m0.6m。根据现浇梁全宽为10m、全长131m，确定满堂支架搭设宽度为12m，长度为137m，两侧各预留1m工作平台，两端各预留3m张拉平台。3.2、横杆设计横杆步距为1.2米，在立杆顶部和底部均不小于三排加密为0.6米。3.3、一般跨模底方木设计横桥向采用大方木，大方木规格为0.10.15m，跨度为L2=0.6m、0.9m两种，间距为L1=0.6米；纵桥向采用小方木，小方木规格为0.10.1m，跨度为L2=0.9米，间距为L1=0.9米。3.4、剪刀撑为了加强支架整体稳定性，在碗扣支架搭设后，采用扣件式钢管架设置剪刀撑，其中顺桥向左右两侧各设置一道，横桥向每5排设置一道。剪刀撑沿支架高度连续设置，随立杆、横杆同步进行，在墩台前后适当加密，剪刀撑保证与地面夹角为4560。剪刀撑扣件间距不大于2米。3.5、为了保证人员施工安全，在支架两侧设置宽度为1米的操作平台，平台外侧设置高度1.2米的防护栏杆，并且挂设密目网。在支架侧面搭设宽度1.2m的上下引人通道，通道踏步宽30cm，高25cm,踏步采用模板铺设。4、受力计算为确保支架整体的稳定性，应对各杆件进行受力分析，确保各项受力构件受力满足施工要求，对基础及支架受力进行计算：4.1荷载计算箱梁荷载：箱梁钢筋混凝土自重：G=1039m326KN/m3=27014KN，偏安全考虑，取安全系数r=1.2，以全部重量作用于底板上计算单位面积压力：q1=GrS=270141.2（4.7131）=52.65KN/m2根据路桥施工计算手册查得：施工荷载：取q2=2.5KN/m2振捣混凝土产生荷载：取q3=2.0KN/m2箱梁内膜：取q4=1.5KN/m2竹胶板：取q5=0.1KN/m2方木：取q6=7.5KN/m24.2 底模强度计算箱梁底模采用高强度竹胶板，板厚t=15mm，竹胶板方木背肋间距为200mm，所以验算模板强度采用宽b=200mm平面竹胶板。4.2.1根据路桥施工计算手册查得模板力学性能（1） 弹性模量E=0.1108MPa（2） 截面惯性矩：I=bh3/12=201.53/12=5.625cm4（3） 截面抵抗矩：W=bh2/6=201.52/6=7.5cm3 （4） 截面积：A=bh=201.5=30cm24.2.2模板受力计算（1） 底模板均布荷载： q=q1+q2+q3+q4=52.65+2.5+2.0+1.5=58.65KN/m2 q=Fb=58.650.2=11.73KN/m （2） 跨中最大弯矩：M=ql2/8=11.730.22/8=0.059KNm （3） 弯拉应力：=M/W=0.059103/7.510-6=7.82MPa=11MPa竹胶板弯拉应力满足要求。（4）挠度：从竹胶板下方木背肋布置可知，竹胶板可看作为多跨等跨连续梁，按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算，计算公式为：f=0.667ql4/100EI =（0.67711.730.24）/（1000.11085.62510-8） =0.26mmL/400=0.5mm竹胶板挠度满足要求。综上，竹胶板受力满足要求。4.2.3横梁强度计算横梁为1010cm方木，跨径为90cm，中对中间距为30cm。截面抵抗矩：W=bh2/6=0.10.12/6=1.6710-4m3截面惯性矩：I=bh3/12=0.10.13/12=8.3310-6m4作用在横梁上的均布荷载为：Q=(q1+q2+q3+q4+q5)0.3=(58.65+0.1)0.3=17.625KN/m 跨中最大弯矩：M=ql2/8=17.6250.92/8=1.785KN/m根据路桥施工计算手册查得容许抗弯应力=14.5MPa，弹性模量E=11103MPa横梁弯拉应力：=M/W=1.785103/1.6710-4=10.686MPa=14.5MPa横梁弯拉应力满足要求。横梁挠度：f=5ql4/384EI =(517.6250.94)/(384111068.3310-6) =1.64mmL/400=2.25mm横梁弯拉应力满足要求。综上，横梁强度满足要求。4.2.4纵梁强度计算纵梁为1015cm方木，跨径为0.9m，间距为0.9m。截面抵抗矩：W=bh2/6=0.10.152/6=3.7510-4m3截面惯性矩：I=bh3/12=0.10.153/12=2.8110-5m40.9m长纵梁上承担3根横梁重量为：0.10.10.67.53=0.135KN横梁施加在纵梁上的均布荷载为：0.1350.9=0.15KN/m作用在纵梁上的均布荷载为：Q=(q1+q2+q3+q4+q5)0.9+0.15=58.750.9+0.15=53.025KN/m 跨中最大弯矩：M=ql2/8=53.0250.92/8=5.369KN/m根据路桥施工计算手册查得容许抗弯应力=14.5MPa，弹性模量E=11103MPa纵梁弯拉应力：=M/W=5.369103/3.7510-4=14.3MPa=14.5MPa纵梁弯拉应力满足要求。纵梁挠度：f=5ql4/384EI =(553.0250.94)/(384111062.8110-5) =1.47mmL/400=2.25mm纵梁弯拉应力满足要求。综上，纵梁强度满足要求。4.2.5支架受力计算支架采用碗扣脚手架，均为483.5mm的钢管，立杆间距根据荷载计算确定，横距0.9m，腹板下加密至0.6m；纵距均为0.9m，桥墩中心线两侧3m范围内加密至0.6m（顺桥向）。支架跨距选用0.9、0.6m两种规格，支架搭设在宽度方向两侧各1m宽度，以满足搭设模板的操作空间和安全考虑，在高度方面要测量下垫枕木到箱梁底的实际高度。由于箱梁纵向为变截面，梁端荷载最大，所以只计算梁端最不利部分。荷载及各标准值选取模板支撑架荷载标准值：Q1=0.5KN/m3新浇筑混凝土自重：Q2=26KN/m3钢材的强度设计值：f=205KN/m2支架截面面积：A=254mm2支架钢管截面模量W=5.08cm3立杆轴向承载力计算N=1.2Q1+1.4(2.5+2.0)0.60.9+1.2Q20.60.92=37.422KN立杆强度验算N/Af37422254=147.33MPaf=205MPaK=205/147.33=1.4安全系数k=1.4,立杆强度满足。支架稳定性验算长细比=h/i=601.58=37.97250，查表的：=0.893轴心受压杆件稳定系数，按细长比查表确定NAf37.422KN0.8932542051000=46.5KN故立杆满足结构稳定性要求。横杆两端铰接正常工作状态下水平推力为零，只在施工时承担部分施工荷载及自重力，此处以0.9m横向杆进行验算。q=q人+q自重=（100+3.97)10=1039.7N按横杆中间收集荷载这一最不利情况进行验算Mmax=ql/2=1039.70.92=0.468KN/m横杆的容许弯矩M=fW=2055.08=1.041KN/mMmaxM故横杆满足结构稳定性要求。综上。支架稳定性满足要求。5、地基承载力验算5.1碗扣支架重量计算碗扣支架采用483.5mm钢管，根据路桥施工计算手册查得，钢管每延米重G=38.4N/m碗扣支架在横截面布置17排，梁端腹板受力最大，计算时直接采用最不利部分进行验算，纵向长度按1.2m，宽度按4排立杆间距进行验算，立杆取平均高度9m，水平杆11排，则（1） 立杆：G1=38.4129=4.15KN（2） 横向水平杆：G2=38.40.63311=2.28KN（3） 纵向水平杆：G3=38.40.62411=2.03KN（4） 顶托、底托：G5=25342=0.6KN （25为顶托、底托单件重）碗扣支架总重：G=G1+G2+G3+G4+G5=4.15+2.28+2.03+0.6=9.06KN每平方米碗扣支架重：q1=9.06/(1.21.8)=4.19Kpa5.2地基承载力验算由于箱梁为变截面，梁端荷载最大，所以只计算梁端最不利部分。（1） 荷载分析梁端最不利部分：长1.2米的梁q2=26KN/m37.63m3=198.47KN q2=198.47/(1.21.8)=91.89Kpa人群机具：q3=1.5Kpa 倾倒：q4=4.