箱梁桥满堂支架设计计算.doc

XXXX大桥 0#台-1#墩30m跨箱梁满堂支架施工计算书
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满堂支架设计计算（一）
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满堂支架设计计算（一）
（0#台—1#墩）
目录

一、设计依据……………………………………………………………………………1
二、地基容许承载力……………………………………………………………………1
三、箱梁砼自重荷载分布………………………………………………………………1
四、模板、支架、枕木等自重及施工荷载……………………………………………2
五、支架受力计算
1、立杆稳定计算…………………………………………………………………5
2、立杆扣件式钢管强度计算……………………………………………………6
3、纵横向水平钢管承载力………………………………………………………6
4、地基承载力的检算……………………………………………………………6
5、底模、分配梁计算……………………………………………………………7
6、预拱度计算……………………………………………………………………12

一、设计依据
1.《京承高速公路—陡子峪大桥工程施工图》
2.《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》JTJ023-85
3.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
4.《扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001
5.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86
6.《简明施工计算手册》
二、地基容许承载力
根据本桥实际施工地质柱状图，地表覆盖层主要以亚粘素填土为主，地基承载力较好。
为了保证地基承载力不小于12t/㎡，需要进行地基处理。地基表皮层进行土层换填，换填如下：开挖标高见图纸，底层填0.5m中砂，经过三次浇水、分层碾压（平板震动器）夯实,地基面应平整，夯实后铺设5cm石子，继续压实，并进行承载力检测。整平地基时应注意做好排水设施系统，防止雨水浸泡地基，导致地基承载力下降、基础发生沉降。钢管支架和模板铺设好后，按120％设计荷载进行预压，避免不均匀沉降。
三、箱梁砼自重荷载分布
根据设计图纸，箱梁单重为819t。
墩顶实心段砼由设于墩顶的底模直接传递给墩身，此部分不予检算。对于空心段箱梁，根据《0#台-1#墩出京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图》，综合考虑箱梁横截面面积和钢管支架立杆纵向间距，空心段箱梁腹板等厚段下方，纵桥向间距最大的立杆受力最不利。根据立杆纵桥向布置，受力最不利立杆纵向间距取为d=（0.9+1.2）/2=1.05m。本计算书主要检算该范围箱梁和支架受力。
钢管支架立杆纵向间距为30cm、60cm、90cm、120cm四种形式，横向间距为120cm+3×60cm+3×90cm+60cm+3×90cm+3×60cm+120cm。根据钢管支架立杆所处的位置分为四个受力区，详见《0#台-1#墩出京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图(二)》。
各受力区钢管支架立杆所承受钢筋砼自重荷载详见下表：
分区号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
钢管间距（cm）
120
60
90
60
截面面积（m2）
1.20
2.65
2.38
1.49
立杆钢管数（根）
4
4
6
2
单根钢管承重（t）
0.82
1.81
1.08
2.03

根据上表，位于中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受最大钢筋砼荷载为2.03t。
四、模板、支架、枕木等自重及施工荷载
本桥箱梁底模、外模均采用δ=12mm厚竹胶板，内模采用δ=30mm厚木板。底模通过纵横向带木支撑在钢管支架顶托上，支架采用Φ48mm×3.5mm钢管，通过顶托调整高度，支架底部通过垫块1或垫块2分配传力于地基。垫块1：45cm×45cm×7cm新制砼块。垫块2：当立杆纵桥向间距≤60cm时，在立杆下方纵桥向布设25cm宽方木；当立杆纵桥向间距≥90cm时，在立杆下方纵桥向布设20cm宽方木。采用方木垫块时，方木应沿纵桥向连续布设，方木断开位置应加设一层方木垫块，以保证立杆荷载均匀传至地基。
1、底模、外模面积共:15.16×30=454.80m2
共重：454.80×0.012×0.85=4.64t
2、内模面积共:13.4×25.2=337.68m2
共重：337.68×0.03×0.65=6.58t
3、模板底层横向带木采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）
共重：（30/0.3）×9.10×0.1×0.1×0.65=5.92t
4、模板底层纵向带木采用150mm×100mm方木
共重：30×20×0.15×0.1×0.65=5.85t
5、外模木肋采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）
共重：（30/0.3）×6.81×0.1×0.1×0.65=4.43t
6、内模木肋采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）
共重：（25.2/0.3）×13.4×0.1×0.1×0.65=7.32t
7、钢管支架
钢管支架采用Φ48mm×3.5mm规格，单重为3.841kg/m。
①立杆纵横向布置为16×33排，立杆长度有4m、5.5m、7m三种，数量分别为176根、192根、160根。
共重：（176×4+192×5.5+160×7）×3.841/1000=11.06t
②水平杆步距为2×1.5m+3×1.2m，共5步6层。
纵向水平杆：长度有27.9m、18.6m、7.2m三种，数量分别为72根、16根、16根。
共重：（72×27.9+16×18.6+16×7.2）×3.841/1000=9.30t
横向水平杆：长度有12.6m、1.7m两种，数量分别为164根、132根。
共重：（164×12.6+132×1.7）×3.841/1000=8.80t
③纵横向剪刀撑：按每4档布置一道，长度有5.5m、7.2m、9.0m三种，数量分别为54根、54根、44根。
共重：（54×5.5+54×7.2+44×9.0）×3.841/1000=4.16t
钢管支架共重：9.30+8.80+4.16=22.26t
8、施工荷载按0.25t/m2考虑
以上荷载共计：

五、支架受力计算

1、立杆稳定计算
根据各受力区钢管支架立杆所承受钢筋砼自重荷载表，位于箱梁中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受最大荷载为2.03t。单根钢管所承受的模板、支架自重以及施工荷载为0.40t/ m2，N2=1.05×0.6×0.40=0.252t。
单根钢管实际最大受力（考虑受力不均匀系数1.2）：
Nmax=（2.03+0.252）×1.2=2.74t
φ48×3.5mm钢管支架截面特性为：
A=4.89cm2，E=2.06×108KPa，i=1.58cm，μ=1，L=1.5m。
，查表得φ=0.552
故[N]=φA[σ]=0.552×4.89×10-4×215×102=5.80t
Nmax=2.74t<[N]=5.80t，满足立杆稳定要求。
2、立杆扣件式钢管强度计算
扣件式钢管立杆容许荷载，查《简明施工计算手册》表8-18（P440），当横杆间距（步距）为150cm时，φ48*3.5mm对接钢管容许荷载[N]=3.03t。
Nmax=2.74t<[N]=3.03t，满足钢管强度要求。
3、纵横向水平钢管承载力
根据施工技术规范，砼倾倒所产生的水平荷载按0.2 t/m2考虑
纵横向水平钢管由于立杆间距<1.05×2m，横向水平杆间距≤1m。满足不需计算的条件，故可不对纵向、横向水平杆进行抗弯强度、抗弯刚度及扣件抗滑移计算。
4、地基承载力的检算
（1）采用垫块1，即45cm×45cm×7cm新制砼块。
检算中腹板处地基承载力 (《0#台-1#墩出京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图(二)》中2--2截面Ⅳ区)
每个垫块支撑一根钢管，钢管传力为2.74t。
由于砼块的高宽比h/b=7/45=0.16<0.20，故其应力扩散角θ=0。
砼块与地面接触面积为：0.45×0.45=0.20m2
地基应力为：2.74/0.2=13.7t/m2>12t/m2,不满足要求。
将中腹板处垫块尺寸换为55cm×55cm×7cm，则
砼块与地面接触面积为：0.55×0.55=0.30m2
地基应力为：2.74/0.36=9.1t/m2<12t/m2,满足要求。
其它范围地基应力均满足要求。
（2）采用垫块2
①当立杆纵桥向间距≤60cm时，在立杆下方纵桥向布设25cm宽方木。
根据上表，位于中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受砼最大荷载为2.03t，N2=0.6×0.6×0.40=0.144t。
Nmax=（2.03+0.144）×1.2=2.61t
方木与地面接触面积为：0.6×0.25=0.15m2
地基顶面应力为：2.61/0.15=16.5t/m2>12t/m2,不满足要求。
将Ⅱ区、Ⅳ区钢管支架底方木宽度改为45cm，则
方木与地面接触面积为：0.6×0.45=0.27m2
地基顶面应力为：2.61/0.27=9.7t/m2<12t/m2,满足要求。
②当立杆纵桥向间距≥90cm时，在立杆下方纵桥向布设20cm宽方木。
Nmax=2.74t
方木与地面接触面积为：1.05×0.20=0.21m2
地基顶面应力为：2.74/0.21=13.0t/m2>12t/m2,不满足要求。
将Ⅱ区、Ⅳ区钢管支架底方木宽度改为30cm，则
方木与地面接触面积为：0.9×0.30=0.27m2
地基顶面应力为：2.74/0.27=10.1t/m2<12t/m2,满足要求。
其它范围地基应力均满足要求。
5、底模、分配梁计算
(1)面板计算
底模采用δ=12mm厚竹胶板,按单向板计算,箱梁横隔板处的模板受力最不利，按两跨等跨连续梁计算。
取板宽1cm进行计算，过程如下：
自重，上方模板、木肋，施工荷载为：

上方砼荷载为：q2=1.6×2.6=4.16t/m2
q=（q1+ q2）b=（0.29+4.16）×10×0.01=0.445kN/m。
其截面特性为：

受力简图如下，图中尺寸以mm计：

参照《简明施工计算手册》 江正荣编著 P54中表2-13“两跨等跨连续梁”
查表得KM=0.125，KV=0.625，Kf＝0.521
最大弯矩Mmax=KMql2=0.125×0.445×0.32=5.01×10-3 KN·m
最大剪力Vmax=KVql=0.625×0.445×0.3=0.083KN·m
最大挠度
，满足要求
，满足要求
变形满足要求。
(2)横桥向100mm×100mm带木计算
横桥向带木按间距0.3m布置，箱梁横隔板处带木受力最不利。
自重，上方模板、木肋，施工荷载共：
上方砼荷载为：q2=1.6×2.6=4.16t/m2
计算原理：取纵桥向1米范围箱梁内作为计算对象，q=（q1+ q2）l=（0.32+4.16）×10×1=44.8kN/m。砼梁的重量根据截面重度进行加载，荷载分布见下图，图中尺寸以cm计。计算采用sap2000软件。

电算结果为：
Mmax=3.21KN·m，Vmax=21.35KN，fmax/L=0.478mm/600mm=1/1255
按1m布置3根横向带木计算，其截面特性为：

，满足要求。
，满足要求。
，满足要求。
(3)纵桥向150mm×100mm带木计算
空心段箱梁腹板等厚段纵向带木受力最不利，对此段范围内纵木进行计算，其所受集中力为上方横向带木对应的支点反力。
先计算上方横向带木支点反力，取纵桥向1m箱梁进行计算。
自重，上方模板、带木，施工荷载共计：
，q=q1l=0.32×10×1=3.2kN/m。砼梁的重量根据截面重度进行加载，荷载分布见下图，图中尺寸以cm计。计算采用sap2000软件。

电算结果为：
F1=23.98KN F2=14.78KN F3=10.74KN
F4=13.94KN F5=13.31KN F6=22.63KN
由电算结果可知：边腹板下方的支反力最大，按纵桥向1m布置3根横向带木计算，故纵木所受最大集中力Fmax =23.98/3=7.99KN。纵木按三跨连续梁计算，荷载分布见下图，图中尺寸以cm计。计算采用sap2000软件。

电算结果为：
Mmax=3.32KN·m，Vmax=17.51KN，fmax/L=3.708mm/1200mm=1/324
纵桥向带木的截面特性为：

，满足要求。
，不满足要求。
，满足要求。
将边腹板处纵向带木换为150mm×100mm方木，则
电算结果为：
Mmax=3.32KN·m，Vmax=17.51KN，fmax/L=1.100mm/1200mm=1/1091
纵桥向带木的截面特性为：

，满足要求。
，满足要求。
，满足要求。
(4)内模和外模计算从略
6、预拱度计算
(1)预拱度设置考虑以下因素
a、卸架后上部构造本身及活载所产生的竖向挠度λ1
λ1=0.8cm(应由设计提供)
b、卵石垫层沉陷λ2
λ2=0.5cm
c、满堂支架接缝下沉λ3
λ3=1.2cm
d、美观预拱度λ4
λ4=1.0cm
合计 λ总=λ1+λ2+λ3+λ4=0.8+0.5+1.2+1.0=3.5cm
(2)预拱度设置
λ总为预拱度的最高值，应设置在梁的跨径中点，其它各点的预拱度应以中间点为最高值，以梁的两端为零，按二次抛物线进行分配。

x－离墩中心距离；
y－x点处的预拱度；
L－跨长。
(3)预拱度的实际设置
以上预拱度的设置为理论值，最终的设置以预压力的结构作为参照，结合理论值作适当的调整。

满堂支架设计计算（二）
（0#台—1#墩）进京线
一、设计依据
1.《京承高速公路陡子峪大桥工程施工图》
2.《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》JTJ023-85
3.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
4.《扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001
5.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86
6.《简明施工计算手册》
二、地基容许承载力：
根据本桥实际施工地质柱状图，根据本桥地质报告查得，处理后地基容许承载力为12t/m2。
为了提高地基承载力，应对松软土层进行换填。天然地基须由震动压路机碾压3～4次，铺垫5cm碎石垫层后再用震动压路机碾压2次。震动压路机碾压过程中，大量用水浇灌，以提高基础承载力。整平地基时应注意设置1.5％横向排水坡，两侧设排水沟。钢管支架和模板铺设好后，按120％设计荷载进行预压，避免不均匀沉降。
三、箱梁砼自重荷载分布：（均按单幅计）
根据设计图纸，箱梁单重为697.26t。
墩顶实心段砼由设于墩顶的底模直接传递给墩身，此部分不予检算。对于空心段箱梁，根据《0#台-1#墩进京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图》，综合考虑箱梁横截面面积和钢管支架立杆纵向间距，腹板厚度为680mm的箱梁空心段下方，纵桥向间距最大的立杆受力最不利。根据立杆纵桥向布置，受力最不利立杆纵向间距取为d=（0.9+1.2）/2=1.05m。本计算书主要检算该范围箱梁和支架受力。
钢管支架立杆纵向间距为30cm、60cm、90cm、120cm四种形式，横向间距为120cm+3×60cm+3×90cm+60cm+3×90cm+3×60cm+120cm。根据钢管支架立杆所处的位置分为四个受力区，详见《0#台-1#墩进京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图(二)》。
各受力区钢管支架立杆所承受钢筋砼自重荷载详见下表：

根据上表，位于中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受最大荷载为2.05t。
四、模板、支架、枕木等自重及施工荷载
本桥箱梁底模、外模均采用δ=12mm厚竹胶板，内模采用δ=30mm厚木板。底模通过纵横向带木支撑在钢管支架顶托上，支架采用φ48mm×3.5mm钢管，通过顶托调整高度，支架底部通过垫块1或垫块2分配传力于地基。垫块1：45cm×45cm×7cm新制砼块。垫块2：当立杆纵桥向间距≤60cm时，在立杆下方纵桥向布设25cm宽方木；当立杆纵桥向间距≥90cm时，在立杆下方纵桥向布设20cm宽方木。采用方木垫块时，方木应沿纵桥向连续布设，方木断开位置应加设一层方木垫块，以保证立杆荷载均匀传至地基。
1、 底模、外模面积共:15.5×30=465m2
共重：465×0.012×0.85=4.74t
2、 内模面积共:12.7×25.5=324m2
共重：324×0.03×0.65=6.32t
3、模板底层横向带木采用100mm×100mm方木，（间距按0.3m布置）
共重：（30/0.3）×9.10×0.1×0.1×0.65=5.92t
4、模板底层纵向带木采用150mm×100mm方木
共重：30×20×0.15×0.1×0.65=5.85t
5、外模木肋采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）
共重：（30/0.3）×6.81×0.1×0.1×0.65=4.43t
6、内模木肋采用100mm×100mm方木（间距按0.3m布置）
共重：（25.2/0.3）×12.7×0.1×0.1×0.65=6.95t
7、钢管支架
钢管支架采用φ48mm×3.5mm规格，单重为3.841kg/m。
①立杆纵横向布置为16×33排，立杆长度有1.1m、1.9m、2.65m三种，数量分别为176根、192根、160根。
共重：（176×1.1+192×1.9+160×2.65）×3.841/1000=3.8t
②水平杆步距为0.8m，共3步4层。
纵向水平杆：长度有28m、18.6m、7.2m三种，数量分别为40根、16根、16根。
共重：（40×28+16×18.6+16×7.2）×3.841/1000=5.89t
横向水平杆：长度有12.6m、1.7m两种，数量分别为98根、136根。
共重：（98×12.6+136×1.7）×3.841/1000=5.63t
③纵横向剪刀撑：按每4档布置一道，长度有2.5m、3m、4m、5m三种，数量分别为67根、36根、111根、15根。
共重：（67×2.5+36×3+111×4+15×5）×3.841/1000=3.05t
钢管支架共重：5.89+5.63+3.05=14.57t
8、施工荷载按0.25t/m2考虑
以上荷载共计

五、支架受力计算

1、 计算立杆扣件式钢管强度
扣件式钢管立杆容许荷载，查《简明施工计算手册》表8.18（P440），当横杆间距（步距）为150cm时，Φ48×3.5mm对接钢管容许荷载[N]=3.17t。
根据各受力区钢管支架立杆所承受钢筋砼自重荷载表，位于箱梁中腹板处间距60cm的立杆受力最大，单根钢管承受最大荷载为2.05t。单根钢管所承受的模板、支架自重以及施工荷载为0.38t/ m2，P2=1.05×0.6×0.38=0.24t。
单根钢管实际最大受力（考虑受力不均匀系数1.2）：
PMax=（2.05+0.24）×1.2=2.75t<[N]=3.17t
满足钢管强度要求。
2、 纵横向水平钢管承载力
根据施工技术规范，砼倾倒所产生的水平荷载按0.2 t/m2考虑,纵横向水平钢管由于立杆间距<1.05×2m，横向水平杆间距≤1m。满足不需计算的条件，故可不对纵向、横向水平杆进行抗弯强度、抗弯刚度及扣件抗滑移计算。
3、 立杆稳定（脚手架整体稳定）计算
A=4.89cm2，E=2.06×108KPa，i=1.58cm，μ=1，L=0.8m，安全系数k=2.0
，属细长压杆，可用欧拉公式计算，其临界应力为：

Pmax=2.75t< Pcr=9.5t，满足要求。
4、地基承载力的检算
检算腹板处地基承载力 (《0#台-1#墩进京线30米跨箱梁满堂支架施工总体布置图(二)》中2--2截面Ⅳ区)
(1)在腹板下,每个垫块支撑一根钢管，钢管最大传力为2.75t。
砼块与地面接触面积为：
地基应力为：
故需采取措施保证地基承载力的要求,满铺砼垫块后上面再铺200mm的方木,以扩大传载的面积:

地基应力为:
(2)在钢管传力不大于2.0t的翼缘板和空箱下面,可以只采用一中垫块。
5、 底模、分配梁计算
(1) 横桥向100×100木肋计算
空箱处最大跨距处横木计算,按实际受力加载简图如下：
q1=1.6×26×0.3+2.5×0.3=13.23kN/m
q2=0.45×26×0.3+2.5×0.3=4.26kN/m

最大弯矩

最大反力(中腹板处)
满足刚度要求。
(2)顺桥向100×150木肋计算
顺桥向100×150木肋为不均匀布置。位于箱梁中腹板下的木肋受力最不利,取最大跨距三跨连续梁模型进行受力计算。过程如下：

最大弯矩

强度满足要求。

满足刚度要求。
(4) 内模和外模计算从略
6、 预拱度计算
(1) 预拱度设置考虑以下因素
a 卸架后上部构造本身及活载所产生的竖向挠度λ1
λ1=0.8cm(应由设计提供)
b 卵石垫层沉陷λ2
λ2=0.5cm
c 满堂支架接缝下沉λ3
λ3=1.2cm
d 美观预拱度λ4
λ4=1.0cm
合计 λ总=λ1+λ2+λ3+λ4=0.8+0.5+1.2+1.0=3.5cm
(2) 预拱度设置
λ总为预拱度的最高值，应设置在梁的跨径中点，其它各点的预拱度应以中间点为最高值，以梁的两端为零，按二次抛物线进行分配。

x－离墩中心距离；
y－x点处的预拱度；
L－跨长。
(3) 预拱度的实际设置
以上预拱度的设置为理论值，最终的设置以预压力的结构作为参照，结合理论值作适当的调整。

满堂支架预压方案
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满堂支架设计计算（一）
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