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橋梁支架設計及驗算,好好看好好學!

來源:橋梁施工技術

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1、支架、模板方案

5.1.1模板

箱梁底模、側(cè)模和內(nèi)模均采用δ=15 mm的竹膠板。竹膠板容許應力[σ0]=14.5MPa,彈性模量E=6×103MPa。

5.1.2縱、橫向方木

縱向方木采用A-1東北落葉松,順紋彎矩應力為14.5MPa,截面尺寸為8×13.5cm。截面參數(shù)和材料力學性能指標:

W= bh2/6=80×1352/6=2.43×105mm3

I= bh3/12=80×1353/12=1.64×107mm3

橫向方木采用A-1東北落葉松,順紋彎矩應力為14.5 MPa,截面尺寸為8×8cm。截面參數(shù)和材料力學性能指標:

W= bh2/6=80×802/6=85333mm3

I= bh3/12=80×803/12=3.41×106mm3

考慮到現(xiàn)場材料不同批,為安全起見,方木的力學性能指標按濕材乘0.9的折減系數(shù)取值,則[σ0]=14.5×0.9=13.05MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa,容重6KN/m3。

縱橫向方木布置:縱向方木或[10槽鋼(I10工鋼)布置間距等同于支架橫向間距,橫向方木間距一般為30cm,在腹板和端、中橫隔梁下為20cm。

5.1.3支架

采用碗扣支架,碗扣支架鋼管為φ48、t=2.6mm,材質(zhì)為Q235A級鋼,軸向容許應力[σ0]=140 MPa。詳細數(shù)據(jù)可查表5.01。

碗扣支架鋼管截面特性 表5.01

外徑

d(mm)

壁厚

t(mm)

截面積

A(mm2)

慣性矩

I(mm4)

抵抗矩

W(mm3)

回轉(zhuǎn)半徑

i(mm)

每米長自重

(N)

48

2.6

3.708×102

9.585×104

4.0×103

16.52

29.1N/m

碗扣支架立、橫桿布置:立桿縱、橫向間距一般為90×90cm,在端、中橫隔梁下為60×60cm、30×60cm,腹板下30×90cm、60×90cm。橫桿除頂端及底端步距為60cm外,其余橫桿步距為120cm。連接支桿和豎向剪刀撐見圖。

2、荷載取值及荷載組合

5.2.1荷載取值

(1)模板、支架自重:

竹膠板自重取0.15KN/m2。

8*8方木每米自重6*0.08*0.08*1=0.04 KN/m。按照間距20cm考慮,則每平米重量為0.04*5=0.2 KN。

8*13.5方木每米自重6*0.08*0.135*1=0.0648 KN/m。按照間距30cm考慮,則每平米重量為0.0648*3.33=0.22 KN。

查五金手冊可知,[10槽鋼每米自重10.0Kg,則為0.1 KN/m,I10工鋼每米自重11.2Kg,則為0.112 KN/m,均小于8*13.5方木自重,偏安全考慮計算模板自重時全部按照8*13.5方木的自重計算。

計算支架時,模板及縱橫向方木按照均布荷載計算,荷載大小為0.15+0.2+0.22=0.57 KN/m2,取1KN/m2進行計算。

內(nèi)模板(含內(nèi)支架)均布荷載取2KN/m2

(2)新澆筑鋼筋砼自重

參照《路橋施工計算手冊》第172頁,按配筋率,則鋼筋砼自重取值26KN/m3。

(3)施工人員和施工料具運輸、堆放荷載

①計算模板及直接支撐模板的小楞時,均布荷載取2.5kN/m2,另以集中荷載2.5KN進行驗算;

②計算直接支撐小楞的梁或拱架時,均布荷載可取1.5 kN/m2;

③計算支架立柱及支撐拱架的其它結(jié)構構件時,均布荷載可取1.0 kN/m2。

(4)振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載:取2 kN/m2。

5.2.2荷載分項系數(shù)

計算腳手架及模板支撐架構件強度時的荷載設計值,取其標準值乘以下列相應的分項系數(shù):

(1)永久荷載的分項系數(shù),取1.2;計算結(jié)構傾覆穩(wěn)定時,取0.9。

(2)可變荷載的分項系數(shù),取1.4。

計算構件變形(撓度)時的荷載設計值,各類荷載分項系數(shù),均取1.0。

5.2.3荷載組合

計算底模板及支架強度時,荷載組合為:(1)+(2)+(3)+(4);

驗算底模板及支架剛度時,荷載組合為:(1)+(2);

5.3模板及支架計算

5.3.1支架布置

(1)橫、順橋向布置詳見附圖3-01、3-02

(2)橫桿豎向步距均按1.2m布設置

5.3.2立桿承載力計算

(1)荷載的計算

單肢立桿軸向力計算公式根據(jù)《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》5.6.2如下式5-1所示。

N = [1.2(Q1+ Q2 )+ 1.4 (Q3+Q4)]×Lx×Ly  (5-1)

式中:

Lx、Ly——單肢立桿縱向及橫向間距(m);

Q1——支撐架模板自重標準值;

Q2—— 新澆砼及鋼筋自重標準值;

Q3—— 施工人員及設備荷載標準值;

Q4—— 振搗砼產(chǎn)生的荷載。

由于碗扣支架的縱、橫向間距不一樣,并且承受的荷載也不一樣,因此分區(qū)域進行計算:

1)翼緣板根部區(qū)域:取最大支架間距驗算(橫向0.6m×縱向0.9m):

N1=[1.2×(1+26×0.55)+

1.4×(2.5+2)] ×0.6×0.9=13.32kN

2)翼緣板端部區(qū)域:取最大支架間距驗算(橫向0.9m×縱向0.9m):

N2=[1.2×(1+26×0.22)+

1.4×(2.5+2)] ×0.9×0.9=11.63kN

3)腹板區(qū)域:橫向0.6m×縱向0.9m,區(qū)域內(nèi)按照2根立桿承受荷載考慮,區(qū)域內(nèi)荷載為整個腹板的重量+相鄰的頂?shù)装搴奢d,如下圖陰影部分所示:

N3={[1.2×1+1.4×(1+2)]

 ×1.35×0.9+1.2×26×2.23×0.6}/2=24.15kN

4)箱室區(qū)域:橫向0.9m×縱向0.9m,該區(qū)域頂、底板最厚處為60cm:

N4=[1.2×(1+26×0.6)+

1.4×(2.5+2)] ×0.9×0.9=21.24kN

通過以上計算可知,鋼管最大承載力為24.15KN。根據(jù)WDJ碗扣支架設計使用說明書知:步距為120cm時,單根鋼管可承擔的承載力為30KN,所以以上支架布設滿足承載力要求。

4、跨XX路門洞驗算

1、荷載取值

模板木帶荷載:1.5kN/m2 (重量取0.15噸/m2,查《路橋施工手冊》)

內(nèi)模板、鋼管扣件自重:2 kN/m2    箱梁鋼筋砼自重為26KN/m3,

活載大小為:

人員、機械自重取1.0 kN/m2

振搗產(chǎn)生的荷載:2.0 kN/m2

(1)箱梁混凝土自重

在貝雷梁支架區(qū)域,箱梁底板寬度、厚度及梁高均為變值,為簡化計算,取箱梁砼斷面最大時進行計算,底板寬度方向為3291cm,箱梁高度取最大值232cm,斷面面積為35.01m2,底板厚度為27cm。

貝雷梁區(qū)域梁體自重g1=35.01*26=910.26 KN/m

(2)模板重量g2=1.5×42.5=63.75KN/m(順橋向每米重量)

(3)貝雷鋼架主梁重量:g3=24×58×2.7/3=1252.8KN(縱橋向貝雷梁共計58道,每道24米,單片貝雷梁長為3米)

(4)支架重量:g4= 

(55*24/0.9*6+42.5*5*24/0.9+55*24*5)*5.94 =1251.36KN

(碗口支架每米重量5.94Kg/m,支架總高度按12米計算,扣去門洞高度總計6米,則上方支架均高按6.0米計算。)

(5)活載:g5=4.5KN/㎡×42.5m=191.25KN/m

荷載分項系數(shù),恒載按1.2,活載按1.4

2、貝雷梁上方雙拼10#工字鋼受力檢算

僅對最不利荷載下工字鋼受力進行計算:

(1)翼緣板下貝雷梁90cm間距內(nèi)跨中受力(按簡支梁保守計算)

M=P*L/4=13.32*0.9/4=2.997KN*m

(2)腹板下貝雷梁75cm間距內(nèi)跨中受力(按簡支梁保守計算)

M= P*L/4=24.15*0.75/4=4.53KN*m

(3)箱室下貝雷梁90cm間距內(nèi)跨中受力(按簡支梁保守計算)

 M= P*L/4=21.24*0.9/4=4.78KN*m

取最大值M=4.78KN*m進行檢算

10#工字鋼力學特性如下:

[σw]=205Mpa,E=2.05×105Mpa

W=49cm3=49000mm3

I=245cm4=2450000mm4

EI=2.05×105Mpa×245cm4=502250N.m2

σ=M/W=4.78*106/2/49000=48.78Mpa<[σw]=205Mpa

滿足要求

3、貝雷梁受力檢算

根據(jù)貝雷梁布置形式,選取中腹板及箱室區(qū)域?qū)ω惱琢簭澗?、剪力、撓度進行檢算,根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》,貝雷梁容許內(nèi)力為:

橋型

容許內(nèi)力

不加強橋梁

單排單層

雙排單層

三排單層

雙排雙層

三排雙層

彎矩(kN.m)

788.2

1576.4

2246.4

3265.4

4653.2

剪力(kN)

245.2

490.5

698.9

490.5

698.9

橋型

容許內(nèi)力

加強橋梁

單排單層

雙排單層

三排單層

雙排雙層

三排雙層

彎矩(kN.m)

1687.5

3375

4809.4

6750

9618.8

剪力(kN)

245.2

490.5

698.9

490.5

698.9

容許撓度取L/400

a、取腹板區(qū)域貝雷鋼架主梁進行驗算,腹板寬60cm,取斷面最高處梁高2.32米,貝雷鋼架主梁間距75cm, 按偏安全考慮,腹板砼全部支承于一組貝雷鋼架主梁上,為簡化計算并偏于安全考慮,按簡支梁計算,將貝雷鋼架主梁上方承受荷載簡化為線荷載計算:

每米腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的砼重量為:2.32×0.6×26=36.19KN/m

每米腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的模板重量為:1.5KN/㎡×0.6m2/m=0.9KN/m

每米腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的支架重量取為:1KN/m

單組雙排單層貝雷梁自重:(2.7*2+0.21*2)/3=1.94KN/m,取2KN/m;

每米腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的活載為:3*0.6=1.8KN/m

則腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁每米承受的線荷載為:

q=1.2*(36.19+0.9+1+2)+1.4*1.8=50.62KN/m

貝雷鋼架主梁計算跨徑為9.0米

Mmax=ql2/8=50.62×9.02/8=512.53kN.m<1576.4kN.m,滿足要求(具體參數(shù)查貝雷梁容許內(nèi)力)

一組貝雷鋼架主梁承受的總荷載為:50.62KN/m*9.0m=455.58KN

則一組貝雷鋼架主梁承受的最大剪力為455.58/2=227.79KN<490.5KN滿足要求(具體參數(shù)查貝雷梁容許內(nèi)力表)。

貝雷鋼架主梁撓度:

fmax=5ql4/(384EI)

=5×50.62×9.04/(384×206000×0.0577434)

=0.36mm <[f]=9000/400=22.5mm   所以腹板區(qū)域貝雷鋼架主梁滿足要求。   

b、取箱式區(qū)域貝雷鋼架主梁進行驗算,箱式區(qū)寬度取90cm,混凝土上下橋面厚按0.6米,貝雷鋼架主梁間距90cm, 按偏安全考慮,箱式區(qū)砼全部支承于一組貝雷鋼架主梁上,為簡化計算并偏于安全考慮,按簡支梁計算,將貝雷鋼架主梁上方承受荷載簡化為線荷載計算:

每米箱式區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的砼重量為:0.9×0.6×26=14.0KN/m

每米箱式區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的模板重量為:1.5KN/㎡×0.9m2/m=1.35KN/m

每米腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的支架重量取為:2KN/m

單組雙排單層貝雷梁自重:(2.7*2+0.21*2)/3=1.94KN/m,取2KN/m;

每米腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁承受的活載為:3*0.9=2.7KN/m

則腹板區(qū)域一組貝雷鋼架主梁每米承受的線荷載為:

q=1.2*(14.0+1.35+2+1.8)+1.4*2.7=26.52KN/m

貝雷鋼架主梁計算跨徑為9.0米

Mmax=ql2/8=26.52×9.02/8=268.5kN.m<1576.4kN.m,滿足要求(具體參數(shù)查貝雷梁容許內(nèi)力)

一組貝雷鋼架主梁承受的總荷載為:26.52KN/m*9.0m=238.68KN

則一組貝雷鋼架主梁承受的最大剪力為238.68/2=119.34KN<490.5KN滿足要求(具體參數(shù)查貝雷梁容許內(nèi)力表)。

貝雷鋼架主梁撓度:

fmax=5ql4/(384EI)

=5×26.52×9.04/(384×206000×0.0577434)

=0.19mm <[f]=9000/400=22.5mm         所以腹板區(qū)域貝雷鋼架主梁滿足要求。

考慮到砼澆注時自連續(xù)梁一端推進到另一端,在砼初澆筑至貝雷梁端頭時,存在貝雷梁懸挑的不利工況,為增加貝雷梁支架的安全性,在貝雷梁兩端端頭處增設三排間距為0.3m的碗扣支架作為附加支撐,碗扣支架自成體系,縱橫向設置剪刀撐,下部設置掃地桿,上部用10#工字鋼作為分配梁,詳見附圖。

4、貝雷梁下分配梁受力檢算

3根45a工字鋼,力學特性如下:

[σw]=205Mpa,

[fv]=125 Mpa

E=2.05×105Mpa

W=3×1430cm3=4290*103mm3

I=3*32240cm4=96720*108mm4

Ix/Sx=38.6cm

tw=11.5mm*3=34.5mm

①取腹板處對45a工字鋼進行驗算,其中腹板處集中荷載由前面計算知207.5KN,具體計算模型見下方附圖:

M1=1.5P×2/2-P×0.45=1.05P=217.875MPa

σ1=M1 /W=217.875×106/(3×1430×103)=50.8MPa< [σ]=140MPa  強度滿足要求。

為簡化計算,根據(jù)撓度疊加原理可知:

F1=3×PL/48EI=3×207.5×103×2000/(48×2.05×105×3×32240)

 =1.3mm<2000/400=5mm   剛度滿足要求。

②取箱室處對45a工字鋼進行驗算,其中箱室處集中荷載由前面計算知108.7KN,具體計算模型見下方附圖:

M2=1.5P×2.5/2-P×0.9=0.975P=105.98MPa

σ2=M2 /W=105.98×106/(3×1430×103)=24.7MPa< [σ]=140MPa  強度滿足要求。

為簡化計算,根據(jù)撓度疊加原理可知:

F2=3×PL/48EI=3×108.7×103×2500/(48×2.05×105×3×32240)

             =0.86mm<2500/400=6.25mm   剛度滿足要求。

③取翼緣板處對45a工字鋼進行驗算,其中翼緣板處集中荷載可取箱室處集中荷載108.7KN,具體計算模型見下方附圖:

Mmax=1.5P×2.5/2-P×0.9=0.975P=105.98MPa

σ2=M2 /W=105.98×106/(3×1430×103)=24.8MPa< [σ]=140MPa  強度滿足要求。

為簡化計算,根據(jù)撓度疊加原理可知:

F2=3×PL/48EI=3×108.7×103×2500/(48×2.05×105×3×32240)

=0.86mm<2500/400=6.25mm   剛度滿足要求。

5、鋼管柱受力檢算

鋼管立柱采用φ529mm鋼管,鋼管壁厚8mm,鋼管高度4.0m。

其截面特性如下:

截面回轉(zhuǎn)半徑: i=18.422cm  截面凈面積: A=130.941cm2

Q235鋼材抗壓強度: 205N/mm2

門式支架最大支點反力N=

910.26*12+63.75*12+1252.8/2+1251.36/2)

*1.2+191.25*12*1.4=18741.25KN

腹板下方鋼管墩間距為2.0米,箱室下方鋼管墩間距為2.5米,翼緣板處鋼管墩間距為2.0米,為簡化計算,同時偏于安全考慮,除去兩側(cè)翼緣板4根鋼管立柱,假設跨中共只設16根鋼管立柱均勻承擔全部荷載。

故單根鋼管立柱頂最大荷載=18741.25/16=1171.33KN。

鋼管高度4.0m,

則長細比λ=μl/i(μ=1)=1*400/18.422=21.71

查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術規(guī)范》附錄E:φ=0.941

則[N]

=φA f=0.941×13094.1×205=2525.9kN>Rmax=1171.33KN,滿足要求。

6、砼基礎計算

采用C30砼基礎,寬1.2m,高度0.5m,下層配φ20@300鋼筋骨架,增強整體受力。鋼管底座采用0.8m*0.8m方形鋼板(或鋼管柱自帶圓形法蘭厚2cm),鋼板厚10mm, 考慮整體受力,對砼基礎計算:

F=1372.14/(0.6*0.6)=3.811Mpa<30Mpa(C30砼抗壓強度設計值),滿足要求。

砼基礎落在水穩(wěn)層上,豎向力按照45°發(fā)散角計算,對水穩(wěn)層受力計算:

F=1372.14/(1.2*1.2)=0.9Mpa<4Mpa(水穩(wěn)層設計7d無側(cè)限抗壓強度為4Mpa),滿足要求。

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