一、计算依据
《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》上海市工程建设规范《钢管扣件水平模板的支撑系统安全技术规程》
二、支架设计方案
番禺11号公路跨线桥,桥面全宽34.5m,分左右幅,半幅桥宽16.75m,箱梁与桥面同宽,共分为3联:(30m×4)+(35m×8)+(40m×2+25m),第一联、第三联设计为现浇预应力连续箱梁,第二联设计为预制安装组合箱梁,第一联梁高1.7m,第二联梁高1.8m,第三联梁高2.0m。第一联、第三联现浇箱梁设计为半幅单箱双室,箱梁底宽12m,连续箱梁现浇支架拟采用Ф48×3.5mm 扣件式钢管支架,支架高度为5~9m。
第三联 12~15号敦,在13、14号中墩两侧各2m 长度范围按照50×30cm 布置立杆,在两个中墩两侧各2m~7m 长度范围内按照60×30cm(纵向×横向)布置立杆,其余范围按照60×60cm 布置立杆。12、15号墩是现浇梁端部,靠近墩的位置按13、14号中墩一侧的尺寸布置立杆。
水平横杆按照120cm 步距布置,中间纵横向每5m 在横断面设连续剪刀撑,两侧面及端面分别设置剪刀撑,每4.5m 高设置一道水平剪刀撑。竖向调节钢管扣件全部采用3 个扣件扣住。为了保证扣件的受力满足设计及规范要求,均需在方木下添加一根纵向钢管。具体详见“番禺11号公路跨线桥现浇箱梁支架布置示意图”。
三、支架力学验算
(一)、最不利荷载位置计算
综合考虑该跨连续梁的结构形式,在中墩的位置最重,按箱梁底宽计算,该断面面积为12×2.0=24㎡,该位置长度为2.0 m。对该位置进行支架检算: 1、支架布置以50×30cm 布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3 计
每延米重量为:24×1×26=624 (KN) 则单位面积承重为:q1=624KN/(12×1)=52 (KN/㎡) 由于钢管布置为50cm×30cm,则
单根承载力为:52 KN/㎡×0.5×0.3=7.8 (KN/根) 2、底模及内模构造荷载 取 q2=5KN/ ㎡
1
3、扣件式钢管支架自重(按9m 高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm 钢管单位重量为3.84kg/m) q31=0.0384KN/m×9m=0.313 (KN/根) b、可调托座
q32=0.045KN/m×1 个=0.045 (KN/根)
c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×0.8=0.246 (KN/根) d、扣件自重
直角扣件: q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251 (KN/根) 对接扣件: q35=0.0184KN/m×1 个=0.0184 (KN/根) 所以扣件式钢管支架自重: q3= q31+ q32+ q33+ q34+ q35
=0.313+0.045+0.246+0.251+0.184 =1.039 (KN/根)
4、施工活荷载(参照规范4.2.2 表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/ ㎡计,基于安全考虑,取5KN/ ㎡)
q4=5KN/ ㎡
5、单根钢管设计轴向力
荷载组合:
施工恒载:NGK=(q1+ q2)×0.5×0.3+ q3
=( 52+5)×0.5×0.3+1.039 =9.5 (KN/根)
活荷载: NQK= q4×0.5×0.3=5×0.5×0.3=0.75 (KN/根)
轴向力:N=1.2 NGK+1.4NQK
=1.2×9.5+1.4×0.75 =12.557 (KN/根)
6、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(由于是旧管,按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数):A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:i=1.58cm 由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127 查得φ=0.412
2
N/(φ×A)= 12557 /(0.412×318) =95.84 MPa≤1Mpa
(其中,Q235 钢管容许应力为205Mpa×80%=1 Mpa,80%为旧管疲劳折减系数)
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数1/95.84=1.7,其中未计算剪刀撑重量。 7、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算: 从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:12.557KN/根 单个扣件受力为:12.557/3=4.2 KN/个
根据<<扣件式规范〉〉表5.1.7 中知:直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:8/4.2=1.9 。
(二)次不利荷载位置计算
距墩轴线1米为次不利荷载位置,该位置渐变长度为5.3m,与跨中截面相接,
按最大荷载对该位置进行支架检算,仍按箱梁底宽计算,该断面面积为:
12×2.0-(2.0-0.50-0.75)×(12-0.8×2-1.0) =16.95 ㎡
1、支架布置以60×30cm 布置考虑,钢筋砼重量以26KN/ m3 计
每延米重量为:16.95×26×1=440.7 KN
则单位面积承重为:q1=440.7 (KN /m)/12m=36.725KN/㎡ 由于钢管布置为60cm×30cm,则
单根承载力为: 36.725KN/㎡×0.6×0.3=6.611KN/根
2、底模及内模构造荷载 q2=5KN/ m2
3、扣件式钢管支架自重(按9m 高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm 钢管单位重量为3.84kg/m) q31=0.0384KN/m×9m=0.3132KN/根 b、可调托座
3
q32=0.045KN/m×1 个=0.045KN/根 c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×(0.6+0.3)=0.276 KN/根 d、扣件自重
直角扣件: q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251 KN/根 对接扣件: q35=0.0184KN/m×1 个=0.0184KN/根 所以扣件式钢管支架自重: q3= q31+ q32+ q33+ q34+ q35
=0.313+0.045+0.276+0.251+0.184 =1.069 KN/根
4、施工活荷载(参照规范4.2.2 表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/ ㎡ 计,基于安全考虑,取5KN/ ㎡) q4=5KN/ ㎡ 5、荷载组合
施工恒载:NGK=(q1+ q2)×0.6×0.6+ q3
=( 36.725+5)×0.6×0.3+1.069 =8.58KN/根
活荷载:NQK= q4×0.6×0.3=5×0.6×0.3=0.9 KN/根 荷载组合: N=1.2 NGK+1.4NQK
=1.2×8.58+1.4×0.9 =11.556KN/根
6、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数): A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:i=1.58cm 由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127 查得φ=0.412
N/(φ×A)= 11556 /(0.412×318)
=88.2 MPa≤1Mpa (Q235 钢管容许应力205Mpa×80%,80%
为旧管疲劳折减系数)
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数1/88.2=1.8,其中
4
未计算剪刀撑重量、风力和混凝土倾倒冲击力的影响。
7、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算:
从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:11.556 KN/根 单个扣件受力为:11.556/3=3.9 KN/个
根据<<扣件式规范〉〉表5.1.7 中知:直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:8/3.9=2.0 。
(三)、一般不利荷载位置计算
中跨中部为一般不利位置仍按箱梁底宽计算,该断面面积为:
12×2.0-(2.0-0.47)×(12-0.45×3)+(0.8×0.25×2)+(0.25×0.25
×2)
=8.23 ㎡,该位置长度为22.8m。 对该位置进行支架检算:
1、支架布置以60×60cm 布置考虑,钢筋砼重量以26KN/ m3 计
每延米重量为:8.23×26×1=213.98KN
则单位面积承重为:q1=213.98 (KN /m)/12m=17.832KN/㎡ 由于钢管布置为60cm×60cm,则
单根承载力为: 17.832KN/㎡×0.6×0.6=6.419KN/根
2、底模及内模构造荷载 q2=5KN/ m2
3、扣件式钢管支架自重(按9m 高度计算)
a、立杆自重(采用Ф48×3.5mm 钢管单位重量为3.84kg/m) q31=0.0384KN/m×9m=0.3132KN/根 b、可调托座
q32=0.045KN/m×1 个=0.045KN/根 c、横杆自重
q33=0.0384KN/m×8×(0.6+0.6)=0.369 KN/根 d、扣件自重
5
直角扣件: q34=0.0132KN/m×(8×2+3)个=0.251 KN/根 对接扣件: q35=0.0184KN/m×1 个=0.0184KN/根 所以扣件式钢管支架自重: q3= q31+ q32+ q33+ q34+ q35
=0.313+0.045+0.369+0.251+0.184 =1.162 KN/根
4、施工活荷载(参照规范4.2.2 表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以3KN/ ㎡ 计,基于安全考虑,取5KN/ ㎡) q4=5KN/ ㎡ 5、荷载组合
施工恒载:NGK=(q1+ q2)×0.6×0.6+ q3
=( 17.832+5)×0.6×0.6+1.162 =9.382KN/根
活荷载:NQK= q4×0.6×0.6=5×0.6×0.6=1.8 KN/根 荷载组合: N=1.2 NGK+1.4NQK
=1.2×9.382+1.4×1.8 =13.778 KN/根
6、钢管支架的稳定性检算
单根钢管截面面积(按壁厚3mm计,另外乘以0.75折减系数): A=423.9×0.75=318mm2;回转半径:i=1.58cm 由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×40)/1.58=127 查得φ=0.412
N/(φ×A)= 13778 /(0.412×318)
=105.2 MPa≤1Mpa(Q235 钢管容许应力205Mpa×80%,80%
为旧管疲劳折减系数)
根据以上计算可知,钢管立杆的稳定性符合要求,安全系数1/105.2=1.5,其中未计算剪刀撑重量、风力和混凝土倾倒冲击力的影响。
7、扣件受力分析
对于底板及腹板位置钢管均采用搭接控制标高,主要依靠扣件进行受力,现我部施工的搭接全部采用三扣件搭接,现对扣件抗滑力进行验算:
6
从整体验算结果可知:
单根钢管承载力为:13.778 KN/根 单个扣件受力为:13.778/3=4.6 KN/个
根据<<扣件式规范〉〉表5.1.7 中知:直角扣件、旋转扣件(抗滑)承载力设计值为8.0KN,所以扣件抗滑符合要求,安全系数为:8/4.6=1.7 。
四、纵横木楞力学验算
纵横向木楞采用10×10cm方木,材质为松木,按较低强度等级TC13取职,抗弯允许应力fm=13(N/m㎡), 顺纹抗剪fv=1.4(N/m㎡),横纹局部承压fc90=2.9(N/m㎡),弹性模量E=10000(N/m㎡),露天折减系数为0.9,在生产性高温影响下,木材表面温度达40~50℃折减系数为0.8。A=100cm,I=833cm,Wa =167cm 。
(一)最不利荷载位置计算 1、箱梁混凝土荷载:
支架布置以50×30cm 布置考虑,钢筋砼重量以26KN/m3 计 每延米重量为:24×1×26=624 (KN) 则单位面积承重为:q1= 624KN/(12×1)=52 (KN/㎡) 2、施工荷载
a、底模及内模构造荷载 取 q2=5KN/ m2
b、其他活荷载 取 q4=5KN/ ㎡
3、荷载组合,由于钢管布置为50cm×30cm,则
q=q1+q2+q4=(52+5+5)×0.3=18.6 (KN/m) 即 q=18.6×1000 =1.86×10 (N/m) 4、木楞跨中弯矩
Mmax=ql2/8=1.86×10×0.52/8=581.3 (N·m) 5、弯应力
σm=M/Wa=581.3/(167/1000000)=3.48×10 (N/㎡)
7
6
44
2
4
3
即 σm =3.48×10/1000000
=3.48(N/m㎡)﹤fm=9.36(N/m㎡) 其中: fm=13×0.9×0.8=9.36 安全系数为:9.36/3.48=2.68 6、局部承压力
荷载: q×0.5/2=1.86×10×0.5/2=4650 (N)
成压应力:4650/(100×100)=0.465(N/mm2)﹤ fc90=2.088(N/mm2) 其中:fc90=2.9×0.8×0.9=2.088(N/mm2) 安全系数:2.088/0.465=4.4 7、剪应力验算 荷载:4650 (N)
剪应力:4650/(100×100)=0.465 (N/ mm2)﹤ fv=1.008 (N/m㎡)
其中:fv=1.4×0.8×0.9=1.008 (N/m㎡) 安全系数:1.008/0.465=2.1 (二)次不利荷载位置计算
1、支架布置以60×30cm 布置考虑,钢筋砼重量以26KN/ m3 计
每延米重量为:16.95×26×1=440.7 KN
则单位面积承重为:q1=440.7 (KN /m)/12m=36.725 KN/㎡
2、施工荷载
a、底模及内模构造荷载 取 q2=5KN/ m2
b、其他活荷载 取 q4=5KN/ ㎡
3、荷载组合,由于钢管布置为60cm×30cm,则
q=q1+q2+q4=(36.725+5+5)×0.3=14.02 (KN/m) 即 q=14.02×1000 =1.402×10 (N/m)
8
4
4
6
4、木楞跨中弯矩
Mmax=ql2/8=1.402×10×0.62/8=630.9 (N·m) 5、弯应力
σm=M/Wa=630.9/(167/1000000)=3.778×10 (N/㎡) 即 σm =3.778×10/1000000
=3.778(N/m㎡)﹤fm=9.36(N/m㎡) 其中: fm=13×0.9×0.8=9.36 安全系数为:9.36/3.778=2.4 6、局部承压力
荷载: q×0.6/2=1.402×10×0.6/2=4206 (N)
成压应力:4206/(100×100)=0.421(N/mm2)﹤ fc90=2.088(N/mm2) 其中:fc90=2.9×0.8×0.9=2.088(N/mm2) 安全系数:2.088/0.421=4.9 7、剪应力验算 荷载:4206 (N)
剪应力:4206/(100×100)=0.421 (N/ mm2)﹤ fv=1.008 (N/m㎡)
其中:fv=1.4×0.8×0.9=1.008 (N/m㎡) 安全系数:1.008/0.421=2.3 (三)一般不利荷载位置计算
1、支架布置以50×60cm 布置考虑,钢筋砼重量以26KN/ m3 计
每延米重量为:8.23×26×1=215.8 KN
则单位面积承重为:q1=215.8 (KN /m)/12m=17.98 KN/㎡
2、施工荷载
a、底模及内模构造荷载 取 q2=5KN/ m2
b、其他活荷载
4
6
6
4
9
取 q4=5KN/ ㎡
3、荷载组合,由于钢管布置为60cm×60cm,则
q=q1+q2+q4=(17.98+5+5)×0.6=16.788 (KN/m) 即 q=16.788×1000 =1.788×10 (N/m) 4、木楞跨中弯矩
Mmax=ql2/8=1.788×10×0.62/8=804.6 (N·m) 5、弯应力
σm=M/Wa=804.6/(167/1000000)=4.818×10 (N/㎡) 即 σm =4.818×10/1000000
=4.818(N/m㎡)﹤fm=9.36(N/m㎡) 其中: fm=13×0.9×0.8=9.36 安全系数为:9.36/4.818=1.9 6、局部承压力
荷载: q×0.6/2=1.788×10×0.6/2=53 (N)
成压应力:53/(100×100)=0.536(N/mm2)﹤ fc90=2.088(N/mm2) 其中:fc90=2.9×0.8×0.9=2.088(N/mm2) 安全系数:2.088/0.536=3.8 7、剪应力验算 荷载:53 (N)
剪应力:53/(100×100)=0.53 (N/ mm2)﹤ fv=1.008 (N/m㎡)
其中:fv=1.4×0.8×0.9=1.008 (N/m㎡) 安全系数:1.008/0.4740=2.0
五、地基承载力计算
按最不利位置计算荷载组合,单根钢管轴向力为:
10
4
6
6
44
荷载组合:N=1.2 NGK+1.4NQK
=1.2×9.5+1.4×0.75 =12.557 KN/根 (KN/根)
由于钢管以50×30cm 布置,单位面积荷载为:
12.557/(0.5×0.3)=83.7 (KN/㎡) 即为:83.7×1000/(1000×1000)=0.084 (N/m㎡) 或: 83.7×1000/(9.8×100×100)=0.85 (kg/cm2)
通过处理地基,承载力可以满足要求。 六、跨公路门架计算
第三联第14跨跨番禺11号公路,路面净宽12m ,与桥轴线左交角65o,路面纵坡约2% ,桥两边缘范围内高差0.8m ,半幅0.4m 。门架设计初步拟定:大梁用9m长45号工字钢,跨度按8m设计,立柱用∮400mm直缝焊接钢管,壁厚8mm,高度4,5m ,立柱上横梁用32号槽钢2根扣面焊接成矩形截面。门架立柱地梁初步拟定80cm×80cm 截面C25混凝土梁,基础120cm×40cm截面C20混凝土基础。
(一)、最不利荷载位置计算
综合考虑该跨连续梁的结构形式,在梁肋板的位置最重,梁高为2.0m。对梁肋下工字钢进行检算:
1、丛梁布置以支架对应30cm间距考虑,钢筋砼重量以26KN/m 计
每单位面积重量为: 2×1×26=52 (KN/㎡) 由于丛梁布置间距为30cm,则
则单根工字钢承重荷载为::q1=52 KN/㎡×0.3=15.6 (KN/m) 2、底模及内模构造荷载 取 q2=5KN/ ㎡
3、扣件式钢管支架重(支架布置60cm×30cm布置,高度1m,2层纵横水平杆,一个顶托)
a、一处立杆重(采用Ф48×3.5mm 钢管单位重量为3.84kg/m) q31=0.0384KN/m×1m=0.0384 (KN/1处) b、可调托座
11
3
q32=0.045KN/m×1 个=0.045 (KN/1处)
c、横杆重
q33=0.0384KN/m×2×0.9=0.69 (KN/1处) d、扣件重
直角扣件: q34=0.0132KN/个×2个=0.251 (KN/1处) 所以扣件式钢管支架重: q3= q31+ q32+ q33+ q34
=0.0384+0.045+0.069+0.251 =0.4034 (KN/根)
4、施工活荷载(参照规范4.2.2 表中结构脚手架施工均布活荷载标准值,以㎡计,基于安全考虑,取5KN/ ㎡)
q4=5KN/ ㎡ 5、工字钢自重 q5= 6、单根工字钢承受荷载:
荷载组合:
施工恒载:NGK=q1+ q2×0.6×0.3+ q3 /0.6+ q5
=52+5×0.5×0.3+0.4034/0.6+ =53.422 (KN/m)
活荷载: NQK= q4×0.6×0.3=5×0.6×0.3=0.9 (KN/m)
每米荷载:N=1.2 NGK+1.4NQK
=1.2×53.422+1.4×0.9 =65.366 (KN/m)
12
3KN/ 13
14
15
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