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        城市高架橋滿堂支架設(shè)計計算

        2014-04-07 13:14:20劉繼九
        山西建筑 2014年3期
        關(guān)鍵詞:單根立桿桿件

        劉繼九

        (青海春雷鐵道工程有限公司,青海西寧 810006)

        1 工程概況

        濟南二環(huán)東路高架橋主線箱梁最大聯(lián)為(36+45+36)m。橋梁結(jié)構(gòu)為箱梁,箱梁結(jié)構(gòu)為翼緣板式現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,主線橋標準段主梁采用單箱三室斷面,梁高2.3 m,等高度梁。箱梁頂板寬度24.8m,底板寬度15.5m,懸臂長度3.65m,懸臂根部厚65 cm,端部20 cm,箱梁內(nèi)頂板厚度25 cm,底板厚度23 cm,腹板厚度42 cm~90 cm。

        2 支架布置方案

        該方案按照箱梁標準段設(shè)計,排架采用φ48 mm碗扣式腳手架。具體設(shè)計如下:

        1)箱腹支架。橫向排架立桿間距縱梁底為60 cm,空箱處為90 cm,箱梁縱向立桿間距均為90 cm,箱梁支撐處實腹橫梁下立桿間距為60 cm×60 cm滿堂布置,架水平桿步高120 cm。

        2)翼板支架。沿橋向間距一律取 90 cm,橫向一般按120 cm考慮,橫向排架與腋梁的橫向排架取直并聯(lián)為一體。上部傾斜板底采用棒接桿處理,不設(shè)頂托,以保證模板方楞直接擱置于縱向水平桿上。該部分支架步高亦為1.2 m。

        3)剪刀撐設(shè)置。沿橋向每隔5 m設(shè)剪刀撐一副,縱向?qū)?yīng)腹板處每隔5 m設(shè)剪刀撐,其撐桿與水平線的夾角不小于45°。

        3 計算依據(jù)

        《高架橋工程設(shè)計施工圖》《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《路橋施工計算手冊》《施工結(jié)構(gòu)計算方法與設(shè)計手冊》《扣件式鋼管腳手架計算手冊》《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。

        4 計算中所采用的數(shù)據(jù)

        4.1 碗扣式腳手架鋼管材料特性

        外徑 φ(d)=48mm,壁厚 t=3.5 mm。截面積 A=489.303 mm2。每米重:3.841 kg/m=37.63 N/m。慣性矩I=12.19 ×104mm4,截面模量 W=5.08×103mm3,回轉(zhuǎn)半徑 i=15.78 mm。彈性模量E=2.06 ×105MPa。

        4.2 腳手板方木幾何參數(shù)

        截面積A=100×100=10 000 mm2。慣性矩 I=8.3×106mm4。截面模量W=1.67×105mm3?;剞D(zhuǎn)半徑i=28.87 mm。彈性模量E=1 000 MPa。

        4.3 設(shè)計參數(shù)

        1)桿件設(shè)計參數(shù):a.立桿(Q235鋼)抗拉、壓、抗彎強度設(shè)計值 f=205 MPa。b.對接立桿容許軸力[P]=33.1 kN。c.立桿容許長細比:[λ]=210。d.橫向斜撐、剪刀撐中的壓桿容許長細比:[λ]=250。e.拉桿容許長細比:[λ]=350。

        2)扣件、底座的承載力設(shè)計值:a.對接扣件(抗滑):3.2 kN。b.直角扣件、旋轉(zhuǎn)扣件(抗滑):8.0 kN。c.底座(抗壓):40.0 kN。

        3)腳手板、縱、橫向水平桿容許撓度:[υ]=1/150與10 mm(取小值)。

        4)方木設(shè)計參數(shù):a.抗彎強度設(shè)計值fm=17 MPa。b.順紋抗壓及承壓強度設(shè)計值fc=16 MPa。c.順紋抗拉強度設(shè)計值ft=10 MPa。d.順紋抗剪強度設(shè)計值 fv=1.7 MPa。

        5 荷載

        新澆混凝土容重:26 kN/m3(含鋼材);施工機具、人員、堆載物荷載:2 kPa;傾倒混凝土時產(chǎn)生的沖擊荷載:2 kPa;振搗混凝土時產(chǎn)生的水平荷載:2 kPa;振搗混凝土時產(chǎn)生的豎直荷載:4 kPa;模板單位重:0.62 kPa;濟南30年一遇基本風壓:ω0=0.40 kPa。

        6 分部位計算

        6.1 中橫梁處

        1)按前述腳手架布置方案,橫梁計算斷面及腳手架立桿根數(shù)如下:a.立桿縱橫向間距:60 cm;b.橫梁計算支撐寬度:480 cm;c.橫梁計算支撐長度:28×60+90=1 770 cm;d.支撐范圍內(nèi)立桿根數(shù):n=8×31=248;e.腳手架立桿高度按12 m(偏安全)計算。

        2)水平荷載(風荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值):MW=Kn×ω0×μs×la=0.14 ×0.4 ×(1.3 ×0.163)×0.6=0.007 1 kN·m。

        3)豎向荷載:a.NG混凝土=17.70×4.80×2.3×26=5 080.6 kN。b.NG模板=17.7 ×4.8 ×0.62=52.7 kN。c.NQ施工=2 ×17.7 ×4.8+4 ×17.7 ×4.8=509.7 kN。d.單根中間立桿底部承受桿件自重:NG桿件=0.037 6×12+0.037 6 ×20×0.6=0.9 kN。e.Nz=NG混凝土+NG模板+NQ施工=5 080.6+52.7+509.7=5 643 kN。f.單根立桿豎向力:N=1.1 ×[(Nz/n)+NG桿件]=1.1 ×[5 643/248+0.9]=26.1 kN < 底座承載力40 kN。

        4)立桿穩(wěn)定性計算:a.支架步距1.2 m,立桿兩端按鉸接計算,μ =1.0,立桿計算長度:l0=μ ×h=1.0 ×1.2=1.2 m。b.立桿長細比:λ =l0/i=1 200/15.78=76.1≤[λ]=210。c.穩(wěn)定系數(shù)φ=0.744。d.穩(wěn)定性計算:N/(φ × A)+MW/W=27 730/(0.744 ×489.3)+7.1/5.08=77.6 MPa <f=205 MPa。支架穩(wěn)定性安全。

        5)立桿頂部方木強度計算:a.按三跨連續(xù)梁計算,跨徑0.6 m。b.q=0.6 ×2.3 × 26+0.037+12 × 0.6+4 × 0.6=45.51 kN/m。c.Mmax=0.1 × q × l× l=1.63 kN·m。d.σ =Mmax/W=1.63/0.167=9.8 kPa <ft=10 MPa。e.υmax=0.677 × q × l40/(100 × E ×I)=0.677 ×45.51 ×103×0.64/(100×1 000×106×8.3×10-2)<[υ]=4 mm。方木穩(wěn)定性安全。

        6)立桿地基承載力驗算:本滿堂支架搭設(shè)于原二環(huán)東路路面結(jié)構(gòu)層上,故地基承載力可取[σ]=120 kPa,腳手架下鋪設(shè)承壓板:σ =N/A=26.1/(0.6 ×0.6)=72.5 kPa<[σ]=120 kPa。地基承載力滿足要求。

        6.2 連續(xù)梁腹板處

        1)按前述腳手架布置方案,橫梁計算斷面及腳手架立桿根數(shù)如下:a.立桿橫向間距:60 cm,縱向間距90 cm。b.單根立桿計算支撐寬度:60 cm。c.單根立桿計算支撐長度:90 cm。d.腳手架立桿高度按12 m(偏安全)計算。

        2)水平荷載(風荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值):MW=Kn×ω0×μs×la=0.14 ×0.4 ×(1.3 ×0.163)×0.9=0.010 kN·m。

        3)豎向荷載:a.NG混凝土=0.6 ×0.9 ×2.3 ×26=28.6 kN。b.NG模板=0.6 ×0.9 ×0.62=0.33 kN。c.NQ施工=2 ×0.6 ×0.9+4×0.6×0.9=3.24 kN。d.單根中間立桿底部承受桿件自重:NG桿件=0.037 6 ×12+0.037 6 ×20 ×0.75=1.1 kN。e.單根立桿豎向力:N=NG混凝土+NG模板+NQ施工+NG桿件=28.6+0.33+3.24+1.1=33.27 kN<底座承載力40 kN。

        4)立桿穩(wěn)定性計算:a.支架步距1.2 m,立桿兩端按鉸接計算,μ =1.0,立桿計算長度:l0=μ ×h=1.0 ×1.2=1.2 m。b.立桿長細比:λ =l0/i=1 200/15.78=76.1≤[λ]=210。c.穩(wěn)定系數(shù)φ =0.744。d.穩(wěn)定性計算:N/(φ ×A)+MW/W=33 270/(0.744 ×489.3)+10/5.08=93.36 MPa < f=205 MPa。支架穩(wěn)定性安全。

        5)立桿頂部方木強度計算:a.按三跨連續(xù)梁計算,跨徑0.9 m。b.q=0.9 ×2.3 ×26+0.037+2 ×0.9+4 ×0.9=59.3 kN/m。c.Mmax=0.1 ×q×l× l=4.8 kN·m。d.σ =Mmax/W=4.8/0.167=28.7 kPa<ft=10 MPa。e.υmax=0.677 ×q×l40/(100 ×E ×I)=0.677 ×59.3 ×103×0.94/(100 ×1 000 ×106×8.3 ×10-2)<[υ]=4.5 mm。方木穩(wěn)定性安全。

        6)立桿地基承載力驗算:本滿堂支架搭設(shè)于原二環(huán)東路路面結(jié)構(gòu)層上,故地基承載力可取[σ]=120 kPa,腳手架下鋪設(shè)承壓板:σ =N/A=33.27/(0.6 ×0.9)=61.6 kPa<[σ]=120 kPa。地基承載力滿足要求。

        6.3 連續(xù)梁空箱處

        1)按前述腳手架布置方案,橫梁計算斷面及腳手架立桿根數(shù)如下:a.立桿橫向間距:90 cm,縱向間距90 cm。b.單根立桿計算支撐寬度:90 cm。c.單根立桿計算支撐長度:90 cm。d.腳手架立桿高度按12 m(偏安全)計算。

        2)水平荷載(風荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值):MW=Kn×ω0×μs×la=0.14 ×0.4 ×(1.3 ×0.163)×0.9=0.010 kN·m。

        3)豎向荷載:a.NG混凝土=0.9 ×0.9 ×0.5 ×26=10.53 kN。b.NG模板=0.9 ×0.9 ×0.62=0.5 kN。c.NQ施工=2 ×0.9 ×0.9+4 ×0.9×0.9=4.86 kN。d.單根中間立桿底部承受桿件自重:NG桿件=0.037 6×12+0.037 6 ×20 ×0.9=1.2 kN。e.單根立桿豎向力:N=NG混凝土+NG模板+NQ施工+NG桿件=10.53+0.5+4.86+1.2=17.1 kN < 底座承載力40 kN。

        4)立桿穩(wěn)定性計算:a.支架步距1.2 m,立桿兩端按鉸接計算,μ =1.0。立桿計算長度:l0=μ ×h=1.0 ×1.2=1.2 m。b.立桿長細比:λ =l0/i=1 200/15.78=76.1≤[λ]=210。c.穩(wěn)定系數(shù)φ=0.744。d.穩(wěn)定性計算:N/(φ ×A)+MW/W=17 100/(0.744 ×489.3)+10/5.08=48.9 MPa<f=205 MPa。支架穩(wěn)定性安全。

        5)立桿頂部方木強度計算:a.按三跨連續(xù)梁計算,跨徑0.9 m。b.q=0.9 ×0.5 ×26+0.037+2 ×0.9+4 ×0.9=17.1 kN/m。c.Mmax=0.1 ×q×l× l=1.34 kN·m。d.σ =Mmax/W=1.34/0.167=8.3 kPa< ft=10 MPa。e.υmax=0.677 ×q×l40/(100 × E × I)=0.677 ×17.1×103×0.94/(100×1 000×106×8.3 ×10-2)<[υ]=4.5 mm。方木穩(wěn)定性安全。

        6)立桿地基承載力驗算:本滿堂支架搭設(shè)于原二環(huán)東路路面結(jié)構(gòu)層上,故地基承載力可?。郐遥?120 kPa,腳手架下鋪設(shè)承壓板:σ =N/A=17.1/(0.9 ×0.9)=21.2 kPa <[σ]=120 kPa。地基承載力滿足要求。

        7 結(jié)語

        高架橋施工中支架的安全尤為重要,由于對支架方案進行了設(shè)計計算,施工中又嚴格的進行了地基處理,支撐墊木,加設(shè)剪刀撐,保證了施工安全順利的完成。

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