后张法预应力简支箱梁支架及基础设计方案

K0+720-K0+880段

后张法预应力简支箱梁

支架及基础设计方案

编制：审核：批准：山东天诚市政公路工程有限公司纵三路项目部目录

第一节工程概况------------------------------------------------------3第二节支架方案设计-----------------------------------------------3第三节碗扣支架及模板计算书---------------------------------------9

第四节跨路支架检算-------------------------------------------20第一节工程概况

一、工程概况及主要工程量

1．工程概况

工程概况：本工程为箱型预应力桥，中心里程为K0+732.149，止于K0+774.149，主桥上部结构由跨径32m预应力砼简支箱梁，直腹式单箱四室断面，箱梁顶板宽21.5m，底板宽16.15m，箱梁高1.7m，顶板厚25cm，底板厚20cm，腹板厚50cm。桥面设置-1.3%纵坡，平面线型为直线。支座采用GPZ（Ⅱ）型盆式橡胶支座，其中固定支座均设于梁的下坡端。箱梁上预留设置接触网支柱基础条件，预留接地体，梁部出水口应引至桥下适当位置，以避免其冲刷对环保和桥梁基础造成不利影响。

2．本桥桥址处的水文地址概况

本桥地下水不发育，仅见于谷地，为孔隙潜水，主要赋存第四系粘性土中，受大气降水和地表水的渗入补给，受季节影响较大。

山坡及谷地表层为粉质粘土，II类等级，承载力为150kpa，厚度为2～5m 左右，下层为砂质板岩，全风化，III级，承载力为200kpa，强风化，（2）2,Ⅳ类等级，承载力为300kpa，平均厚度约4～10m左右,再下层为砂质板岩，弱风化，Ⅴ级，承载力为500kpa。

3．箱梁设计概况

设计为3-32m曲线形后张法预应力砼单箱四室等高简支梁，梁长32m，梁体砼设计强度C50，封锚采用强度等级C50的无收缩混凝土。

第二节支架方案设计

一、支架总体布置

施工时由于本工程要横向跨越蔡家通往灯塔的公路，拟采用碗扣脚手架满布支架配合组合钢门梁形成通道，首先进行支架基础、支架结构的设计与施工，箱梁跨度为32米，横向宽度21.15m，左右两幅，总宽44m，拟沿所跨公路方向两侧作两排支撑墩，支撑墩基础为大放脚C25砼明挖基础，如基础下持力层软弱，可配置钢筋，视基础开挖情况定，基础设计形式见附图。支撑墩采用φ529*10钢管作立柱，间距3m，立柱顶部支承36c工字钢梁，梁跨度4m（即所跨公路宽度），梁上铺设25a号工字钢托梁和底模系统，其具体结构如后面附图所示，各支撑立柱间用12.6号槽钢作联系梁，加强支架梁的整体性。

二、立柱支架

1．支架基础

根据招标图纸及地质资料，结合现场自然地貌情况，选定层σ0=300kpa的砂质板岩层作为持力层，立柱基础施工是首先开挖基础，埋深1m，浇筑2*1*1.5m （长*宽*高）的C25砼，然后在顶面埋设预埋件以固定钢管桩，基础尺寸及平面布置见附图。

2、安装主次梁

1)梁运至现场后，利用吊车逐个排架安装。

2)然后再吊到支架上进行接长。

3)主梁安装完成后，由于箱梁有纵坡，在主梁与次梁连接处顺桥向

会形成间隙，应在下面塞满钢板，焊接固定，保证为面受力，而不是线受力。

4)主梁安装36c号工字钢，工字钢上铺25a号工字钢托梁，托梁与梁

间因箱梁有坡度，应在下面塞满钢板。焊接固定，保证为面受力，而不是线受力。

5)托梁上铺木楞（100*150）然后铺设底模系统。

6)底模系统包括面板、侧模槽钢加劲肋、可调千斤顶等结构。面板

采用1.8mm胶合板。

7)梁体底面至立柱顶面换算高度：6m

8)千斤顶与上下构件连接方式，上部与工字钢或槽钢采用螺栓连接，

螺栓为M16，在支撑顶板四角布设，下部与工字钢通过限位器连接。

3、支架预压

3.1支架安装完成后在箱梁施工前为确保支架施工使用安全需对支架进行压载试验，其目的如下：

为保证施工安全、提高现浇梁质量，在箱梁支架搭设完毕、箱梁底模铺好后，对支架进行预压。预压目的一是检验支架及基础承载力是否满足受力要求；二是是消除支架及地基的非弹性变形，三是得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据，同时测出地基沉降，为采用同类型的桥梁施工提供经验数据。

3.2支架预压方法

预压重量为设计荷载（箱梁自重、内外模板重量及施工荷载之和）的120%。加载时按照设计荷载的0、30%、60%、100%、120%、分四级加载，测出各测点加载前后的高程。持荷7d后，再分别按加载级别卸载，并分别测出每级荷载下各测点的高程值。

根据本桥现场特点，拟采用沙包堆载进行预压，详细预压方案如下：

为了保证在箱梁混凝土浇注卸架后满足设计的外形尺寸及拱度要求，检验支架的整体稳定性及支架的实际承载能力，以消除支架、支撑方木和模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响，同时取得支架弹性变形的实际数值，作为梁体立模的抛高预拱值数据设置的参考。在施工箱梁前需进行支架预压和地基压缩试验，避免箱梁砼因支架不均匀沉降而出现裂缝，在浇筑箱梁混凝土前前要进行支架的压载试验。

本桥支架体系采用梁式支架承力结构，结构简单，受力明确，在贝雷梁架好后，通过简化受力荷载，采用混凝土预制块代替预压荷载，加载如图。本方案对全桥每一跨支架进行预压试验，根据结果确定箱梁预压拱度尺寸，进行高度调整。测量等级按四等水准测量控制。

箱梁施工支架预压的工艺流程如下：

铺设箱梁底模

布置测量标高点并记录好每点的初始

标高值H1

吊装预制块及相关加固作业

加载

观测布载后各测量点标高值H2

观测卸载前各测量点标高值H3

卸载

观测卸载后各测量点标高值H4

根据计算结果调整底模标高

支架设计示意图桥台22a 工字钢

36c 工字钢

预埋焊接钢板

50a 工字钢φ529*10钢管

I I

L

C 25砼明挖基础

分配方木

托梁

箱梁

可调节上托跨路支架布置图

木方楞托梁

侧模支架

36c 号工字钢钢楔块

底模

φ529*10钢管

侧立面

二、工艺流程各步骤具体操作

1、铺设箱梁底模板

铺设好箱梁底模板，将底模板顶面标高尽量调整到箱梁底设计标高，同时加强对模板下各层支架的检查，确保支架底传递荷载的支架与支架之间、支架与贝雷之间、支架与模板之间各相邻面接触紧密，无明显缝隙。

2、布置测量标高点

为了解支架沉降情况，在加载预压之前测出各测量控制点标高，测量控制

3、加载荷重计算及加载方法

本工程箱梁为等截面，计划采用混凝土预制块加载的方法进行预压。

加载方式见附图

加载宜分4级进行，即加载30%、60%、100%、120%。上部加载所需的预制块，用汽车吊提升至梁底模上部。

4、对加载后各测量点标高值H2进行测量

布载结束后立即进行观测各测量点的标高值H2，并做好相应的记录。

5、测量卸载前各测量点标高值H3

维持布载72小时后、卸载前测量各测量点标高值H3。

6、卸载

卸载过程的操作基本与加载过程相反

7、观测卸载后各测量点标高H4

卸载后测量出各测量点标高值H4，此时就可以计算出各观测点的变形如下：非弹性变形f3=H1-H4。通过试压后，可认为支架、模板、方木等的非弹性变形已经消除。

弹性变形f2=H4-H3。根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求。

另外，根据H2和H3的差值，可以大体看出持续荷载对支架及贝雷梁变形的影响程度。

8、调整底模标高

根据设计技术交底，本桥梁的设计预拱度最大为16.11毫米，

9、调整底模标高及预拱度设置

对于已进行预压区段，根据如下调整底模标高：

三、注意事项

1、铺设底模板后测量H1前应加强对支架的全面检查，确保支架在荷载作用下无异常变形。

2、由于支架较高，加载重量较大，因此在加载及卸载过程中必须随时对支架情况进行观测，以免发生意外。

3、加载过程中应安排专人加强对支架及地基变形情况的观测，如有异常变形，应及时通知现场施工管理人员立即停止加载，在采取足够的加固措施后方可继续加载，以免出现重大安全事故。

4、加载及卸载过程应加强施工现场安全保卫工作，确保各方面的安全。

5、预压完成后，根据支架变形情况及地基沉降程度，采取必要的措施对薄弱环节进行加强，确保施工安全和工程质量。

第三节碗扣支架及模板计算书

高支撑架的计算依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》

（JGJ130-2001）、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)等规范编制。计算中还参考了《施工技术》2002（3）：《扣件式钢管模板高支撑架设计和使用安全》中的部分内容。

一、参数信息:

1.模板支架参数

横向间距或排距(m):1.20；纵距(m):0.60；步距(m):1.20；

立杆上端伸出至模板支撑点长度(m):1；模板支架搭设高度(m):6.00；

采用的钢管(mm):Φ48×3.5；

扣件连接方式:双扣件，考虑扣件的保养情况，扣件抗滑承载力系数:0.80；

板底支撑连接方式:方木支撑；

2.荷载参数

模板与木板自重(kN/m2):3.500；混凝土与钢筋自重(kN/m3):26.000；

施工均布荷载标准值(kN/m2):6.000；

4.材料参数

面板采用胶合面板，厚度为18mm。

面板弹性模量E(N/mm2):9500；面板抗弯强度设计值(N/mm2):13；

板底支撑采用方木；

木方弹性模量E(N/mm2):9500.000；木方抗弯强度设计值(N/mm2):13.000；

木方抗剪强度设计值(N/mm2):1.400；木方的间隔距离(mm):250.000；

木方的截面宽度(mm):100.00；木方的截面高度(mm):150.00；

托梁材料为：12.6号槽钢；

图2楼板支撑架荷载计算单元

二、模板面板计算:

面板为受弯构件,需要验算其抗弯强度和刚度，取单位宽度1m的面板作为计算单元面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：

W=100×1.82/6=54cm3；

I=100×1.83/12=48.6cm4；模板面板的按照三跨连续梁计算。

面板计算简图

1、荷载计算

(1)静荷载为钢筋混凝土楼板和模板面板的自重(kN/m)：

=26×1×1+3.5×1=29.5kN/m；

q

1

(2)活荷载为施工人员及设备荷载(kN)：

q

=6×1=6kN/m；

2

2、强度计算

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:

其中：q=1.2×29.5+1.4×6=43.8kN/m

最大弯矩M=0.1×43.8×0.252=0.274kN·m；

面板最大应力计算值σ=273750/54000=5.069N/mm2；

面板的抗弯强度设计值[f]=13N/mm2；

面板的最大应力计算值为5.069N/mm2小于面板的抗弯强度设计值13N/mm2,满足要求!

3、挠度计算

挠度计算公式为

其中q=29.5kN/m

面板最大挠度计算值v=0.677×29.5×2504/(100×9500×28125000)=0.003mm；

面板最大允许挠度[V]=250/250=1mm；面板的最大挠度计算值0.003mm小于面板的最大允许挠度1mm,满足要求!

三、模板支撑方木的计算:

方木按照简支梁计算，其惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W=10×15×15/6=375cm3；

I=10×15×15×15/12=2812.5cm4；

方木楞计算简图

1.荷载的计算：

(1)钢筋混凝土板自重(kN/m)：

=26×0.25×1=6.5kN/m；

q

1

(2)模板的自重线荷载(kN/m):

=3.5×0.25=0.875kN/m；

q

2

(3)活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载(kN)：

=(6+2)×0.6×0.25=1.2kN；

p

1

2.方木抗弯强度验算:

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和，计算公式如下:

均布荷载q= 1.2×(6.5+0.875)=8.85kN/m；

集中荷载p=1.4×1.2=1.68kN；

最大弯距M=Pl/4+ql2/8=1.68×0.6/4+8.85×0.62/8=0.65kN.m；

最大支座力N=P/2+ql/2=1.68/2+8.85×0.6/2=3.495kN；

方木的最大应力值σ=M/w=0.65×106/375×103=1.734N/mm2；

方木抗弯强度设计值[f]=13.0N/mm2；

方木的最大应力计算值为1.734N/mm2小于方木的抗弯强度设计值13.0N/mm2，满足要求!

3.方木抗剪验算：

最大剪力的计算公式如下:

Q=ql/2+P/2

截面抗剪强度必须满足:

T=3Q/2bh<[T]

其中最大剪力:V=0.6×8.85/2+1.68/2=3.495kN；

方木受剪应力计算值T=3×3495/(2×100×150)=0.349N/mm2；

方木抗剪强度设计值[T]=1.4N/mm2；

方木受剪应力计算值为0.349N/mm2小于方木的抗剪强度设计值1.4N/mm2，满足要求!

4.方木挠度验算:

最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和，计算公式如下:

均布荷载q=q

1+q

2

=6.5+0.875=7.375kN/m；

集中荷载p=1.2kN；

方木最大挠度计算值V=5×7.375×6004/(384×9500×28125000)+1200×6003 /(48×9500×28125000)=0.067mm；

方木最大允许挠度值[V]=600/250=2.4mm；

方木的最大挠度计算值0.067mm小于方木的最大允许挠度值2.4mm,满足要求!

四、托梁材料计算:

托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

托梁采用：12.6号槽钢；

W=62.137cm3；

I=391.466cm4；

托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P=8.85×0.6+1.68=6.99kN；

托梁计算简图

托梁计算弯矩图(kN.m)

托梁计算变形图(mm)

托梁计算剪力图(kN)

=4.117kN.m；

最大弯矩M

max

=0.499mm；

最大变形V

max最大支座力Q

max

=37.041kN；

托梁最大应力σ=4.117×106/62137=66.256N/mm2；

托梁抗压强度设计值[f]=205N/mm2；

托梁的计算最大应力计算值66.256N/mm2小于托梁的抗压强度设计值205N/mm2,满足要求!

托梁的最大挠度为0.499mm小于1200/150与10mm,满足要求!

五、模板支架立杆荷载标准值(轴力):

作用于模板支架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷载。

1.静荷载标准值包括以下内容：

(1)脚手架的自重(kN)：

N

G1

=0.158×6=0.949kN；

钢管的自重计算参照《扣件式规范》附录A。

(2)模板的自重(kN)：

N

G2

=3.5×1.2×0.6=2.52kN；

(3)钢筋混凝土楼板自重(kN)：

N

G3

=26×1×1.2×0.6=18.72kN；

经计算得到，静荷载标准值N

G =N

G1

+N

G2

+N

G3

=22.1kN；

2.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载。

经计算得到，活荷载标准值N

Q

=(6+2)×1.2×0.6=5.76kN；

3.不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值计算

N=1.2N

G +1.4N

Q

=34.69kN；

六、立杆的稳定性计算:

立杆的稳定性计算公式:

其中N----立杆的轴心压力设计值(kN)：N=34.69kN；

φ----轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到；

i----计算立杆的截面回转半径(cm)：i=1.58cm；

A----立杆净截面面积(cm2)：A=4.cm2；

W----立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=5.08cm3；σ--------钢管立杆最大应力计算值(N/mm2)；

[f]----钢管立杆抗压强度设计值：[f]=205N/mm2；

L

----计算长度(m)；

如果完全参照《扣件式规范》，按下式计算

l

=h+2a

k

1

----计算长度附加系数，取值为1.155；

u----计算长度系数，参照《扣件式规范》表5.3.3；u=1.7；

a----立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.1m；

上式的计算结果：

立杆计算长度L

=h+2a=1.2+0.1×2=1.4m；

L

/i=1400/15.8=；

由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.667；

钢管立杆的最大应力计算值；σ=34690.32/（0.667×4）=106.359N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值σ=106.359N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f] =205N/mm2，满足要求！

如果考虑到高支撑架的安全因素，适宜由下式计算

l 0=k

1

k

2

(h+2a)

k

1

--计算长度附加系数按照表1取值1.243；

k

2

--计算长度附加系数，h+2a=1.4按照表n2取值1.013；上式的计算结果：

立杆计算长度L

o =k

1

k

2

(h+2a)=1.243×1.013×(1.2+0.1×2)=1.763m；

L

o

/i=1762.823/15.8=112；

由长细比Lo/i的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.502；

钢管立杆的最大应力计算值；σ=34690.32/（0.502×4）=141.317N/mm2；

钢管立杆的最大应力计算值σ=141.317N/mm2小于钢管立杆的抗压强度设计值[f] =205N/mm2，满足要求！

七、立杆的地基承载力计算:

立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求

p≤f

g地基承载力设计值:

f g =f

gk

×k

c

=200kpa；

其中，地基承载力标准值：f

gk

=200kpa；

脚手架地基承载力调整系数：k

c

=1；

立杆基础底面的平均压力：p=N/A=138.761kpa；

其中，上部结构传至基础顶面的轴向力设计值：N=34.69kN；

基础底面面积：A=0.25m2。

p=138.761≤f

g

=200kpa。地基承载力满足要求！

八、梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求

除了要遵守《扣件架规范》的相关要求外，还要考虑以下内容

1.模板支架的构造要求：

a.梁板模板高支撑架可以根据设计荷载采用单立杆或双立杆；

b.立杆之间必须按步距满设双向水平杆，确保两方向足够的设计刚度；

c.梁和楼板荷载相差较大时，可以采用不同的立杆间距，但只宜在一个方向变距、而另一个方向不变。

2.立杆步距的设计：

a.当架体构造荷载在立杆不同高度轴力变化不大时，可以采用等步距设置；

b.当中部有加强层或支架很高，轴力沿高度分布变化较大，可采用下小上大的变步距设置，但变化不要过多；

c.高支撑架步距以0.9--1.5m为宜，不宜超过1.5m。

3.整体性构造层的设计：

a.当支撑架高度≥20m或横向高宽比≥6时，需要设置整体性单或双水平加强层；

b.单水平加强层可以每4--6米沿水平结构层设置水平斜杆或剪刀撑，且须与立杆连接，设置斜杆层数要大于水平框格总数的1/3；

c.双水平加强层在支撑架的顶部和中部每隔10--15m设置，四周和中部每10--15m设竖向斜杆，使其具有较大刚度和变形约束的空间结构层；

d.在任何情况下，高支撑架的顶部和底部（扫地杆的设置层）必须设水平加强层。

4.剪刀撑的设计：

a.沿支架四周外立面应满足立面满设剪刀撑；b.中部可根据需要并依构架框格的大小，每隔10--15m设置。

5.顶部支撑点的设计：

a.最好在立杆顶部设置支托板，其距离支架顶层横杆的高度不宜大于400mm；

b.顶部支撑点位于顶层横杆时，应靠近立杆，且不宜大于200mm；

c.支撑横杆与立杆的连接扣件应进行抗滑验算，当设计荷载N≤12kN时，可用双扣件；大于12kN时应用顶托方式。

6.支撑架搭设的要求：

a.严格按照设计尺寸搭设，立杆和水平杆的接头均应错开在不同的框格层中设置；

b.确保立杆的垂直偏差和横杆的水平偏差小于《扣件架规范》的要求；

c.确保每个扣件和钢管的质量是满足要求的，每个扣件的拧紧力矩都要控制在

45-60N.m，钢管不能选用已经长期使用发生变形的；

d.地基支座的设计要满足承载力的要求。

7.施工使用的要求：

a.精心设计混凝土浇筑方案，确保模板支架施工过程中均衡受载，最好采用由中部向两边扩展的浇筑方式；

b.严格控制实际施工荷载不超过设计荷载，对出现的超过最大荷载要有相应的控制措施，钢筋等材料不能在支架上方堆放；

c.浇筑过程中，派人检查支架和支承情况，发现下沉、松动和变形情况及时解决。

第四节跨路支架检算

箱梁标准截面：梁高1.7m，底板宽16m，顶板宽21m。施工时混凝土分两次浇筑，连续施工，在6小时内将箱梁一孔混凝土整体浇筑完成，假定箱梁纵向为均布载荷，箱梁标准断面如图：

16

m

21m 1.7m

箱梁标准断面图单位：米

一、模板、方木楞满布脚手架方式一致，是满足条件的。

二、托梁设置及检验

托梁材料计算:

托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

托梁采用：25a号工字钢；

W=401.88cm 3；

I=5023.54cm 4

；

托梁按照集中荷载作用下的三跨连续梁计算；

集中荷载P取纵向板底支撑传递力，P =8.85×0.6+1.68=6.99kN；托梁跨度为支柱间距3m。计算简图如下：

计算简图

P 3P P P P P P P P P P P 3P P P P P P P P P P P

3

P P P P P P P P P P

梁钢材的弹性模量E=2.1×105MPa,剪力模量G=8.1×104Mpa ，选用强度(拉应力)验算：

σl=M/W=45*1000/401.88=112Mpa ≤[σl]/1.3=170Mpa/1.3=130.77Mpa ，所以所选工字钢梁强度满足要求。

最大支座反力P=54KN 。

三、主梁设置及检验

梁跨度4m，其上支承托梁，梁处的集中荷载取以次梁上计算中的支座最大反力p=54KN ，加上托梁自重（27.93Kg/m ），取p=60KN 作为验算荷载，两侧翼板处按底板处的1/2考虑。计算简图如下：

计算简图 1.260KN 60KN 30KN 1.26060KN

1.20.2

0.296KN.m

弯矩图24KN.m 24KN.m

梁钢材的弹性模量E=2.1×105MPa,剪力模量G=8.1×104Mpa ，选用36c 号工

强度(拉应力)验算：σl=M/W=96*1000/962=99.8Mpa≤[σl]/1.3=170Mpa/1.3=130.77Mpa，所以所选工字钢梁强度满足要求。

最大支座反力P=120KN，加上梁自重（71.34Kg/m），取P=150KN。

四、立柱强度验算：

根据计算出的主梁支座处最大支撑反力为立柱顶部的竖向荷载，拟采用采用直径为529mm,壁厚10mm的Q235钢管，钢管柱最长按L=6米计，其自重为G=7.83KN，截面积A=16.3049cm2,极惯性矩I=1.0984×10-3m4,λ=6.37。钢管的最大轴向力为N=150KN，假设有8cm的偏心，偏心受压弯矩M＝11.94KN-m，钢管截面积A=16.3049cm2，钢管抗弯截面系数W=4.17469×103cm3。

算钢管的截面拉应力验算：σl=M/W=11.94*1000/417.469=28.6Mpa≤[σl]/1.5=200Mpa/1.5=133.33Mpa，完全能够满足强度要求。

算钢管的强度及稳定性验算：

σmax=（N+G）/ψA+M/μW=(150+7.83)*1000/（0.9×16.3049）*100+28.6=136.16Mpa≤[σ]/1.5=325Mpa/1.5=216.67Mpa，完全能够满足强度要求。