陳曉峰 劉 念 張 亮
節(jié)制閘施工中,經(jīng)常遇到高度10m左右的閘墩、胸墻、排架、工作橋和交通橋。其腳手架、模板的穩(wěn)定性影響施工人員安全,應(yīng)進(jìn)行必要的驗(yàn)算。本文通過對(duì)江蘇省沭陽縣友誼河節(jié)制閘高支模專項(xiàng)施工方案的研究,對(duì)類似工程在高支模專項(xiàng)方案編制、審核起到一定的借鑒作用。
沭陽縣友誼河節(jié)制閘為3孔節(jié)制閘。閘墩每孔凈寬5m,閘邊墩寬1.2m,中墩寬1.5m,高7.5m;底板厚度1m(▽0.0~1.0m);排架高程從▽8.5~15.7m總高7.2m。分三次澆筑,第一次從底板澆筑至▽0.0,第二次澆筑至▽1.0~8.5m,第三次澆筑至▽15.7m。采用落地式扣件腳手架,從▽0.0搭設(shè)至▽15.7m為高支模工程且承載重量大,為重大危險(xiǎn)源。
(1)基本參數(shù)
鋼管類型為Φ48×2.7mm。
按一孔工作橋最大荷載作為控制計(jì)算,每孔工作橋鋼筋混凝土重30t,腳手架步距1.5m,立桿縱距L1=0.6m,橫距L2=0. 6m,總高度14.7m,工作橋混凝土數(shù)量為7.5m3。
(2)荷載計(jì)算
①模板荷載:q1=0.35kN/m2
②鋼筋混凝土荷載: q2=25kN/m3×7.5m3/(4.2m×6.5m)=6.8kN/m2
③施工荷載:q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2
主要荷載為施工人員、施工設(shè)備荷載、振搗荷載和風(fēng)荷載。施工人員、料具及施工設(shè)備按1.0kPa計(jì)算,振搗混凝土產(chǎn)生的荷載按2.0kPa計(jì)算,考慮幾種荷載同時(shí)作用的概率很小,為此取2.5kN/m2進(jìn)行計(jì)算:Q=6.8+0.35+2.5=9.65kN/m2。合計(jì):P=9.65×4.2×6.5=263.45kN/m2。
(3)立桿穩(wěn)定性計(jì)算
鋼管位于內(nèi)、外鋼楞十字交叉處,每區(qū)格面積為0.6×0.6=0.36m2。
縱橫向間距均為60cm,計(jì)每孔為96根立柱,各立柱間布置雙向水平撐,上下共兩道,并在垂直方向設(shè)置連續(xù)剪刀撐。
按強(qiáng)度計(jì)算每根立桿承受荷載為 N=263.45/96=2.74kN。
使用Φ48×2.7mm鋼管,A=384mm2。
鋼管的回轉(zhuǎn)半徑為:15.9mm。
支柱的受壓應(yīng)力為:σ=N/A=2.74/384×1000=7.14N/mm2。
按穩(wěn)定性計(jì)算支柱的受壓應(yīng)力為:長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=1500/15.9=94.3。
查表得φ=0.634。
σ=N/φA=2.74×1000/(0.634×384)=11.25N/mm2<f=205N/mm2,滿足要求。
(4)橫桿的強(qiáng)度和鋼度驗(yàn)算
因?yàn)楣ぷ鳂蛴兴母髁海髁旱鬃饔迷跈M桿上,梁底有兩根檁條,視作承受集中荷載。每根梁荷載71.45×6.5=464.4kN,P=464.4/96=4.84。
橫桿最大應(yīng)力:
橫桿最大擾度:
(1)基本參數(shù)
按一孔胸墻最大荷載0.7m×3m×6.5m作為樣本進(jìn)行計(jì)算,每孔胸墻鋼筋混凝土重25.87t,腳手架步距1.5m,立桿縱距L1=0.5m,橫距L2=0.5m,總高度7.5m。
(2)荷載計(jì)算
①模板荷載:q1=0.35kN/m2
②鋼筋混凝土荷載:q2=25.87×10kN/m3/(1.3m×5.0m)=39.8kN/m2
③施工荷載:q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2
主要荷載為施工人員、施工設(shè)備荷載、振搗荷載和風(fēng)荷載。施工人員、料具及施工設(shè)備按1.0kPa計(jì)算,振搗混凝土產(chǎn)生的荷載按2.0kPa計(jì)算,考慮幾種荷載同時(shí)作用的概率很小,為此取2.5kN/m2進(jìn)行計(jì)算:q=39.8+0.35+2.5=42.65kN/m2。合計(jì):P=42.65×1.3×5.0=277.23 kN/m2。
(3)立桿穩(wěn)定性計(jì)算
縱向間距為40m,橫向間距為60cm.雙排鋼管共計(jì)44根。
每根立桿承受荷載為:277.23/44=6.3kN。
使用Φ48×2.7mm鋼管,A=384mm2管的回轉(zhuǎn)半徑為:15.9mm。
每孔采用44根,各立柱間布置雙向水平撐,上下共兩道,并在垂直方向設(shè)置連續(xù)剪刀撐。
按強(qiáng)度計(jì)算,支柱的受壓應(yīng)力為:σ=N/A=6.3/384×1000=16.40N/mm2。
按穩(wěn)定性計(jì)算支柱的受壓應(yīng)力為:長(zhǎng)細(xì)比λ=L/i=1500/15.9=94.3。
查表得φ=0.634。
σ=N/φA=6.3×1000/(0.634×384)=25.88N/mm2<f=205N/mm2,滿足要求。
(4)橫桿的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算
把胸墻視作為梁,胸墻底作用在橫桿上,墻底有兩根檁條,視作承受集中荷載。每個(gè)胸墻荷載:P=277.23/44=6.3kN。
橫桿最大應(yīng)力:
橫桿最大擾度:
墩墻施工其高度均為7.5m?;炷翆?duì)模板產(chǎn)生的側(cè)向壓力及相關(guān)數(shù)值是否滿足要求,進(jìn)行以下設(shè)計(jì)計(jì)算。
(1)混凝土對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)向壓力位置
采用江正榮編著的《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》中混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力計(jì)算。采用內(nèi)部振搗器時(shí),新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力,可按下列兩式計(jì)算,并取兩式中的最小值:
式中:
F—新澆筑混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力(kN/m2);
γc—混凝土的重力密度(kN/m3);
to—新澆混凝土的初凝時(shí)間(h),可按實(shí)測(cè)確定。當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí),可采用計(jì)算;
T—混凝土的溫度(°);
V—混凝土的澆灌速度(m/h);
β1—外加劑影響修正系數(shù),不摻外加劑時(shí)取1.0,摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2;
β2—混凝土塌落度影響修正系數(shù),當(dāng)塌落度小于30mm時(shí)取0.85,坍落度50~90mm時(shí)取1.0,坍落度110~150mm時(shí)取1.15(見圖1)。
(2)墩墻模板受混凝土側(cè)向壓力值計(jì)算
①側(cè)向壓力值計(jì)算
β1=1.0,β2=0.85,T=10,H=7.5
F=0.22γctoβ1β2V0.5=0.22×25×1.58=59.09 kN/m2
F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2
按取最小值,故最大側(cè)壓力為59.09kN/m2。
有效壓頭高度h=F/γc=59.09/25=2.36m。
②拉桿選用
拉桿承受的拉力:設(shè)橫向間距0.5m,縱向間距0.7m。
P=59.09×1000×0.5×0.7=20681N。
查表8-10得P=21000N。
查表8-11選用M16,其容許拉力為24500N>20681N。
③排架計(jì)算(H=7.2m)
F=59.09kN/m2
F=γcH=25×7.2=180kN/m2
根據(jù)以上公式計(jì)算,最大側(cè)壓力為59.09kN/m2,有效壓頭高度h=59.09/25=2.36m,因此,排架拉桿同于墩墻,選用M16。
(3)墩墻模板強(qiáng)度、剛度校核計(jì)算
1)木模厚度和內(nèi)模截面、間距
F=59.09kN/m2
F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2及F=γcH=25×7.2=180kN/m2
取二者中較小值F=59.09kN/m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值,并考慮傾倒混凝土產(chǎn)生水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值4kN/m2,分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2、1.4,則作用于模板的總荷載:
q=59.09×1.2+4×1.4=70.91+5.6=76.51 kN/m2
2)木模計(jì)算
①?gòu)?qiáng)度計(jì)算
設(shè)木模板的厚度為13mm
W=1000×132/6=2.82×104N3/mm
M=l/10·ql2= l/10×64.68×0.22=0.26kN·m(l為內(nèi)模計(jì)算跨距,l=0.2m)
模板截面強(qiáng)度δ=M/W=0.26×106/2.82×104=9.2<13N3/mm。
故滿足強(qiáng)度要求。
②剛度驗(yàn)算
剛度驗(yàn)算采用標(biāo)準(zhǔn)荷載,同時(shí)不考慮振動(dòng)荷載作用,則:
q2=59.09×1=59.09kN/m2
I=l/12bh3=l/12×8×43=4.27×105
W=59.09×2004/(150×9×103×4.27×105)=0.16<[W]=L/400=400/ 400=1.0
故,剛度滿足要求。
(4)內(nèi)模計(jì)算
設(shè)內(nèi)模截面50mm×100mm,W=8.33×104,I=4.27×105,外間距200mm。
①M(fèi)=l/10·ql2=l/10×59.09×0.22=0.236kN·m
δ=M/W=0.236×106/8.33×104=2.83<13kN/m2
②剛度驗(yàn)算
內(nèi)木模撓度由式得:
W=59.09×2004/(150×9×103×4.27×105)=0.16<[W]=L/400=400/400=1.0
剛度滿足要求。
圖1 混凝土對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)向壓力示意圖
表1 各部位鋼管腳手及模板核算成果匯總表
通過以上對(duì)工作橋、胸墻、墩墻腳手架及模板整體穩(wěn)定性的計(jì)算,從中選取了相關(guān)材料的型號(hào)、尺寸,從而避免發(fā)生跑模、炸模和失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生,確保整體施工安全,有效保證工程質(zhì)量的合同目標(biāo)。另外,要注重以下幾點(diǎn): (1)腳手架縱橫距離要嚴(yán)格按方案進(jìn)行布設(shè),其間距不得大于方案所明確的數(shù)據(jù),同時(shí)在滿堂腳手架搭設(shè)的高度上,按三層進(jìn)行布設(shè)的,因此,剪力撐布設(shè)嚴(yán)格按不小于三層進(jìn)行布設(shè),防止產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。(2)木制的內(nèi)外模距離、尺寸必須按方案實(shí)施,防止產(chǎn)生剛度不夠而出現(xiàn)跑、炸模的問題。(3)方案所涉及的其他數(shù)據(jù)尺寸,在施工中一定不小于方案明確的布設(shè)數(shù)據(jù)。(4)成果匯總表,見表1■