城市高架橋滿堂支架設(shè)計(jì)計(jì)算

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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)，排架采用φ48 mm碗扣式腳手架。具體設(shè)計(jì)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(shí)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?jī)A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(jì)算依據(jù)

《高架橋工程設(shè)計(jì)施工圖》《公路橋涵設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》《施工結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與設(shè)計(jì)手冊(cè)》《扣件式鋼管腳手架計(jì)算手冊(cè)》《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(jì)規(guī)范》。

4 計(jì)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(jì)參數(shù)

1)桿件設(shè)計(jì)參數(shù):a．立桿(Q235鋼)抗拉、壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=205 MPa。b．對(duì)接立桿容許軸力［P］=33．1 kN。c．立桿容許長(zhǎng)細(xì)比:［λ］=210。d．橫向斜撐、剪刀撐中的壓桿容許長(zhǎng)細(xì)比:［λ］=250。e．拉桿容許長(zhǎng)細(xì)比:［λ］=350。

2)扣件、底座的承載力設(shè)計(jì)值:a．對(duì)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(jì)參數(shù):a．抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fm=17 MPa。b．順紋抗壓及承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=16 MPa。c．順紋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft=10 MPa。d．順紋抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fv=1．7 MPa。

5 荷載

新澆混凝土容重:26 kN/m3(含鋼材);施工機(jī)具、人員、堆載物荷載:2 kPa;傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載:2 kPa;振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載:2 kPa;振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的豎直荷載:4 kPa;模板單位重:0．62 kPa;濟(jì)南30年一遇基本風(fēng)壓:ω0=0．40 kPa。

6 分部位計(jì)算

6．1 中橫梁處

1)按前述腳手架布置方案，橫梁計(jì)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(jì)算支撐寬度:480 cm;c．橫梁計(jì)算支撐長(zhǎng)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(jì)算。

2)水平荷載(風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)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(jì)算:a．支架步距1．2 m，立桿兩端按鉸接計(jì)算，μ =1．0，立桿計(jì)算長(zhǎng)度:l0=μ ×h=1．0 ×1．2=1．2 m。b．立桿長(zhǎng)細(xì)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(jì)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(qiáng)度計(jì)算:a．按三跨連續(xù)梁計(jì)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(yàn)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=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(jì)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(jì)算支撐寬度:60 cm。c．單根立桿計(jì)算支撐長(zhǎng)度:90 cm。d．腳手架立桿高度按12 m(偏安全)計(jì)算。

2)水平荷載(風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)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(jì)算:a．支架步距1．2 m，立桿兩端按鉸接計(jì)算，μ =1．0，立桿計(jì)算長(zhǎng)度:l0=μ ×h=1．0 ×1．2=1．2 m。b．立桿長(zhǎng)細(xì)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(jì)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(qiáng)度計(jì)算:a．按三跨連續(xù)梁計(jì)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(yàn)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(jì)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(jì)算支撐寬度:90 cm。c．單根立桿計(jì)算支撐長(zhǎng)度:90 cm。d．腳手架立桿高度按12 m(偏安全)計(jì)算。

2)水平荷載(風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)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(jì)算:a．支架步距1．2 m，立桿兩端按鉸接計(jì)算，μ =1．0。立桿計(jì)算長(zhǎng)度:l0=μ ×h=1．0 ×1．2=1．2 m。b．立桿長(zhǎng)細(xì)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(jì)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(qiáng)度計(jì)算:a．按三跨連續(xù)梁計(jì)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(yàn)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(yǔ)

高架橋施工中支架的安全尤為重要，由于對(duì)支架方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，施工中又嚴(yán)格的進(jìn)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。