变截面现浇支架设计方案

变截面现浇箱梁支架设计

一、编制依据

JTG B01-2003  公路工程技术标准；

JTG D60-2004  公路桥涵设计通用规范；

JTJ 025-86  公路桥涵钢结构及木结构设计规范；JTJ 041-2000  公路桥涵施工技术规范；

JTG F80/1-2004  公路工程质量检验评定标准（第一册土建工程）；

JGJ 166-2008  建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范。

浙江省交通规划设计院《温州绕城高速公路北线第1合同段  两阶段施工图第四册》。

二、工程概况

温州绕城高速公路北线第一合同段仰义枢纽位于浙江省温州市鹿城区仰义乡前京村。该枢纽桥梁单幅8次上跨金温跨线，6次上跨金丽温高速公路；5次上跨104国道。上跨结构全部采用逐段浇筑的变截面箱梁形式通过。具体涉及到逐段支架悬臂浇筑的部位有：B匝道桥第4、9联，C匝道桥第5联，D匝道桥第6联，E匝道桥第6联，G匝道桥第1、7联，主线桥第5联。其中主线桥宽11.75m、E匝道桥桥梁宽度8m，其它匝道桥桥面宽度10m，梁体高度自0#块向合拢段逐渐减小。具体见结构图。

三、支架搭设

在垫层砼上搭设碗扣式支架，支架底设有调平底托，底托下垫工5*25*400cm方木。支架纵横间距为60*60cm（适用于0#、1#块）、60*90cm（适用于0、1#块外的其它块段）,层距为1.2m。为保证架体稳定在纵、横两个方向设置剪刀撑，剪刀撑的跨距见架体结构图。支架立杆顶设置顶托，顶托上沿桥梁横向铺设一层10*15cm方木，然后再沿桥梁纵向铺设一层10*10cm方木，间距为25cm,作为箱梁底模加劲肋。

在支架一侧设上下楼梯一个，楼梯宽1.2m，步高0.3m、排距1.2m，按45度坡搭设。支架顶面两侧各设置1米宽人行通道，采用竹胶板铺底，两侧设置高1.5m护栏，并用安全网整体防护。

四、受力验算

对于两种支架结构，经过对所有变截面桥梁的截面高度、各结构尺寸和重量进行计算，各桥梁中在相同的长度和宽度下， D匝道桥第6联0#块段和2#块段重量最大，所以取D匝道桥6联0#块和2#块段对支架进行受力验算。主要验算内容有：荷载计算、立杆受压稳定性验算；横杆刚度及挠度验算；基础强度验算。

（一）、匝道桥6联0＃梁段支架系统荷载计算

计算过程中，钢筋砼单位重、施工荷载、振动荷载，材料挠度、强度、承载力容许值及所有计算公式匀从桥梁施工手册中查出。

D匝道桥6联0＃梁段荷载计算：节段长度8米，设计宽度10米，腹板宽度6米。

1、荷载计算

A、箱梁自重N1：0＃梁段节段混凝土体积103.1m3，混凝土密度按照规范取2600㎏/m3，箱梁自重：

N1=103.1m3×2600㎏/m3*9.8N/kg/1000=2627.0KN；

B、杆系和模板自重N2：模板自重按照20kg/m2计算，模板自重=20kg/m2*32m2/m*8m*9.8N/kg/1000=50.2KN；杆系自重=232.077KN

N2=232.077+50.2=282.28KN

C、施工荷载N3：其它荷载根据根据参考文献[2]取用：

1、施工人员、施工料具运输、堆放荷载：1.0 kN/m2

2、倾倒混凝土时产生的冲击荷载：      2.0 kN/m2

3、振捣混凝土产生的荷载：            2.0kN/ m2

N3=5.0KN/㎡*80ｍ2＝400KN；

D、风荷载N4：作用于脚手架上的水平风荷载标准值，按下式计算：

式中：

——风压高度变化系数； 

——脚手架风荷载体型系数；

——基本风压；

根据《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)，桥位处地面粗糙程度为B类，风压高度变化系数取值如表3.1所示：

表1.1 风压高度变化系数

离地面高度	5	10	15	20	30	40	50	60
风压高度变化系数	1.00	1.00	1.14	1.25	1.42	1.56	1.67	1.77

为脚手架风荷载体型系数，根据规范，敞开式脚手架的风载体型系数，值是将脚手架视为桁架，按照《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)表6.3.1第32项和第36项的规定计算的。单榀桁架的体型系数，对于圆形截面杆件，，为挡风系数：

为桁架构件和节点挡风的净投影面积，为桁架构件和节点迎风的净投影面积：

，，

所以挡风系数：

，

所以单榀桁架的体型系数：

脚手架横桥向有8/0.6+1=14排，所以：

为基本风压，查《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)中全国基本风压分布，温州地区10年一遇基本风压，50年一遇基本风压，100年一遇基本风压，最终作用在脚手架上的水平风荷载标准值如表3.2所示：

表1.2 水平风荷载标准值

离地面高度(m)	5	10	15	20	30	40	50	60
水平风荷载(10年一遇)(kN/m2)	0.8	0.8	0.985	1.080	1.227	1.348	1.443	1.530
水平风荷载(50年一遇) (kN/m2)	1.482	1.482	1.6	1.852	2.104	2.312	2.475	2.623
水平风荷载(100年一遇) (kN/m2)	1.729	1.729	1.971	2.161	2.455	2.697	2.887	3.060

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）5.3.4规定，由风荷载设计值产生的立杆段弯矩为：

式中：

——风荷载标准值产生的弯矩；

——风荷载标准值；

——立杆纵距；

——立杆布距；

由风荷载设计值(100年一遇)产生的立杆段弯矩：

E、荷载组合：根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）4.3.1规定，设计脚手架的承重构件时，应根据使用过程中可能出现的荷载取其最不利组合进行计算，荷载效应组合按

表1.3 荷载效应组合

计算项目	荷载效应组合
纵向横向水平杆强度与变形	1.2永久荷载+1.4施工荷载
脚手架立杆稳定	1.2永久荷载+1.4施工荷载
	1.2永久荷载+0.9*1.4（施工荷载+风荷载）

2、支架系统稳定性验算

A、正常施工过程中稳定性验算

正常施工过程中模板支架立杆受到的轴向力为：N=1.2×(N1+N2)+1.4×(N3+N4)＝4051.14KN

支架间距顺桥向0.6m，横桥向0.6m，步高120cm

模板支架立杆总的轴向力为：∑N=1.2×(N1+N2)+1.4×N3＝4051.14KN

横向排数为6/0.6+1=11排

纵向排数＝8/0.6+1＝14排

总立杆数量ｎ＝14×11＝154根

则每根立杆承受的轴向力为：N=4051.14/154=26.31KN

钢管的惯性半径为：i=1.58cm 

立杆计算长度：

其中：

k——计算长度附加系数，取值1.155；

μ——考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，μ≤1.5，取值1.272(《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》（DB33/1035-2006）5.3.3)；

h——立杆步距，取1.2m

长细比：

 

查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）附录C得轴心受压件的稳定系数=0.505，f为钢材的抗压强度设计值f=205Mpa；一根Φ48钢管的截面为：A＝4mm2；

则立柱受压稳定性计算为：

经验算正常施工过程中立杆稳定性满足要求。

B、台风期间稳定性验算

取100年一遇风荷载，验算支架立杆在台风期间的稳定性。

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001），组合风荷载时，

立杆总的轴向力为：∑N=1.2×(N1+N2)+0.85×1.4×N3=3995.14KN；

则每根立杆承受的轴向力为：N=3995.14/154=25.94KN

每根立杆承受的弯矩为：M=0.188KNm

立杆中的总应力为

经验算在百年一遇大风期间，立杆稳定性仍满足要求！

3、水平横杆验算

箱梁自重、模板自重及施工荷载通过横向水平横杆和纵向水平杆，然后传到立杆。箱梁自重、模板自重及施工荷载全部由横向水平杆承受。D匝道桥第6联0#块段重量最大，在箱梁自重最大处，立杆纵距、横距为0.6m。

基本荷载计算如下：

箱梁自重：N1=103.1m3×2600㎏/m3*9.8N/kg/1000=2627.0KN；

杆系和模板自重：N2=282.28KN；

施工荷载：N3=5.0KN/㎡*80ｍ2＝400KN；

总的竖向力为：∑N=1.2×(N1+N2)+1.4×N3＝4051.14KN

A、横向水平杆验算：计算跨径：l=0.6m；横向水平杆尺寸：10*15cm；横杆枋木容许应力：[σ]=12Mpa；排数＝8/0.6+1＝14排

每排横向水平杆承受的竖向力：

折算成均布荷载：

 

根据参考文献[2]，弯曲强度：

强度满足要求；

最大挠度计算：

刚度满足要求。

B、纵向水平杆验算：计算跨径：l=0.60m；横向水平杆尺寸：10*10cm；横杆枋木容许应力：[σ]=12Mpa；排数：6/0.25+1=25排(25cm等间距布置)

每列纵向水平杆承受的竖向力：

折算成均布荷载：

 

根据参考文献[2]，弯曲强度：

强度满足要求；

最大挠度计算：

刚度满足要求！

4、基础验算

支架系统施工前挖除地基表面浮土及后填土，清理出原地面，沿桥梁纵向在两侧设置排水沟与铁路排水沟互通。在原地面上填筑80-150cm厚块石，进行整平碾压，浇筑15cm厚C20垫层砼。其上再铺槽钢或枋木。

块石地基顶受力验算：

一根方木尺寸为400cm×25cm×5cm，砼厚度15cm，考虑应力按照45°方向传递，碎石表面的受力宽度为,按整体受力考虑。4m长度方木可以承受7根钢管作用，∑N=26310×7=184170N

则混凝土下碎石承受的压应力为：

松散块石地基最小承载能力为200KPa，经验算，满足要求。

原地面受力验算：

0＃梁段节段长度8米，宽度6米。考虑到块石地基下立柱周围为承台，所以只需验算承台周围原地面的承载力验算，其总承载力为减去相对应承台上的荷载所得值。（承台顺桥向长度为5.4m，另一侧为8.6m。）

地面受力宽度为:

长度方向：

宽度方向：

地面压力按整体受力计算，则块石底原地面土承受的总压力：

由于基底土层为粘土，[σ]最小值为70KPa，显然σ<[σ]，所以承载力能够满足要求。

由于基底土层为粘土，[σ]最小值为70KPa，显然σ<[σ]，所以承载力能够满足要求。

（二）、 D匝道桥6联2＃梁段支架系统荷载计算

计算过程中，钢筋砼单位重、施工荷载、振动荷载，材料挠度、强度、承载力容许值及所有计算公式匀从桥梁施工手册中查出。

D匝道桥6联2＃梁段荷载计算：节段长度3米，设计宽度10米，腹板宽度6米。

1、荷截计算

A、箱梁自重N1：0＃梁段节段混凝土体积24.5m3，混凝土密度按照规范取2600㎏/m3，箱梁自重：

N1=24.5m3×2600㎏/m3*9.8N/kg/1000=624.3KN；

B、杆系和模板自重N2：模板自重按照20kg/m2计算，

模板自重=20kg/m2*32m2/m*3m*9.8N/kg/1000=18.82KN；

杆系自重=52.25KN

N2=52.25+18.82=71.07KN

C、施工荷载N3：其它荷载根据根据参考文献[2]取用：

1、施工人员、施工料具运输、堆放荷载：1.0 kN/m2

2、倾倒混凝土时产生的冲击荷载：      2.0 kN/m2

3、振捣混凝土产生的荷载：            2.0kN/ m2

N3=5.0KN/㎡*30ｍ2＝150KN；

D、风荷载N4：作用于脚手架上的水平风荷载标准值，按下式计算：

式中：

——风压高度变化系数； 

——脚手架风荷载体型系数；

——基本风压；

根据《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)，桥位处地面粗糙程度为B类，风压高度变化系数取值如表3.1所示：

表1.4 风压高度变化系数

离地面高度	5	10	15	20	30	40	50	60
风压高度变化系数	1.00	1.00	1.14	1.25	1.42	1.56	1.67	1.77

为脚手架风荷载体型系数，根据规范，敞开式脚手架的风载体型系数，值是将脚手架视为桁架，按照《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)表6.3.1第32项和第36项的规定计算的。单榀桁架的体型系数，对于圆形截面杆件，，为挡风系数：

为桁架构件和节点挡风的净投影面积，为桁架构件和节点迎风的净投影面积：

，，

所以挡风系数：

，

所以单榀桁架的体型系数：

脚手架横桥向有3/0.6+1=6排，所以：

为基本风压，查《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)中全国基本风压分布，温州地区10年一遇基本风压，50年一遇基本风压，100年一遇基本风压，最终作用在脚手架上的水平风荷载标准值如表3.2所示：

表1.5 水平风荷载标准值

离地面高度(m)	5	10	15	20	30	40	50	60
水平风荷载(10年一遇)(kN/m2)	0.8	0.8	0.985	1.080	1.227	1.348	1.443	1.530
水平风荷载(50年一遇) (kN/m2)	1.482	1.482	1.6	1.852	2.104	2.312	2.475	2.623
水平风荷载(100年一遇) (kN/m2)	1.729	1.729	1.971	2.161	2.455	2.697	2.887	3.060

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）5.3.4规定，由风荷载设计值产生的立杆段弯矩为：

式中：

——风荷载标准值产生的弯矩；

——风荷载标准值；

——立杆纵距；

——立杆布距；

由风荷载设计值(100年一遇)产生的立杆段弯矩：

E、荷载组合

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）4.3.1规定，设计脚手架的承重构件时，应根据使用过程中可能出现的荷载取其最不利组合进行计算，荷载效应组合按

表1.6 荷载效应组合

计算项目	荷载效应组合
纵向横向水平杆强度与变形	1.2永久荷载+1.4施工荷载
脚手架立杆稳定	1.2永久荷载+1.4施工荷载
	1.2永久荷载+0.9*1.4（施工荷载+风荷载）

2、支架系统稳定性验算

A、正常施工过程中稳定性验算

正常施工过程中模板支架立杆受到的轴向力为：N=1.2×(N1+N2)+1.4×(N3+N4)＝1044KN

支架间距顺桥向0.6m，横桥向0.6m，步高120cm

模板支架立杆总的轴向力为：∑N=1.2×(N1+N2)+1.4×N3＝1044KN

横向排数为6/0.9+1=7排

纵向排数＝3/0.6+1＝6排

总立杆数量ｎ＝7×6＝42根

则每根立杆承受的轴向力为：N=1044/42=24.85KN

钢管的惯性半径为：i=1.58cm 

立杆计算长度：

其中：

k——计算长度附加系数，取值1.155；

μ——考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，μ≤1.5，取值1.272(《建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程》（DB33/1035-2006）5.3.3)；

h——立杆步距，取1.2m

长细比：

 

查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）附录C得轴心受压件的稳定系数=0.505，f为钢材的抗压强度设计值f=205Mpa；一根Φ48钢管的截面为：A＝4mm2；

则立柱受压稳定性计算为：

经验算正常施工过程中立杆稳定性满足要求。

B、台风期间稳定性验算

取100年一遇风荷载，验算支架立杆在台风期间的稳定性。

根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001），组合风荷载时，

立杆总的轴向力为：∑N=1.2×(N1+N2)+0.90×1.4×N3=1023.4KN；

则每根立杆承受的轴向力为：N=1023.4/154=25.94KN

每根立杆承受的弯矩为：M=0.0807KNm

立杆中的总应力为

经验算在百年一遇大风期间，立杆稳定性仍满足要求！

3、水平横杆验算

箱梁自重、模板自重及施工荷载通过横向水平横杆和纵向水平杆，然后传到立杆。箱梁自重、模板自重及施工荷载全部由横向水平杆承受。D匝道桥第6联0#块段重量最大，在箱梁自重最大处，立杆纵距、横距为0.6m。

基本荷载计算如下：

箱梁自重：N1=24.5m3×2600㎏/m3*9.8N/kg/1000=624.3KN；

杆系和模板自重：N2=71.07KN；

施工荷载：N3=5.0KN/㎡*30ｍ2＝150KN；

总的竖向力为：∑N=1.2×(N1+N2)+1.4×N3＝1044KN

A、横向水平杆验算；计算跨径：l=0.6m；横向水平杆尺寸：10*15cm；横杆枋木容许应力：[σ]=12Mpa；排数＝3/0.6+1＝6排

每排横向水平杆承受的竖向力：

折算成均布荷载：

 

根据参考文献[2]，弯曲强度：

强度满足要求；

最大挠度计算：

刚度满足要求。

B、纵向水平杆验算：计算跨径：l=0.60m；横向水平杆尺寸：10*10cm；横杆枋木容许应力：[σ]=12Mpa；排数：6/0.25+1=25排(25cm等间距布置)

每列纵向水平杆承受的竖向力：

折算成均布荷载：

 

根据参考文献[2]，弯曲强度：

强度满足要求；

最大挠度计算：

刚度满足要求！

4、基础验算

支架系统施工前挖除地基表面浮土及后填土，清理出原地面，沿桥梁纵向在两侧设置排水沟与铁路排水沟互通。在原地面上填筑80-150cm厚块石，进行整平碾压，浇筑15cm厚C20垫层砼。其上再铺槽钢或枋木。

块石地基顶受力验算：

一根方木尺寸为400cm×25cm×5cm，砼厚度15cm，考虑应力按照45°方向传递，碎石表面的受力宽度为,按整体受力考虑。4m长度方木可以承受7根钢管作用，∑N=24850×7=173950N

则混凝土下碎石承受的压应力为：

松散块石地基最小承载能力为200KPa，经验算，满足要求。

原地面受力验算：

2＃梁段节段长度3米，宽度6米。

地面受力宽度为:

长度方向：

宽度方向：

地面压力按整体受力计算，则块石底原地面土承受的总压力：

由于基底土层为粘土，[σ]最小值为70KPa，显然σ<[σ]，所以承载力能够满足要求。

小结

经验算，支架系统中立杆、水平杆和基础的强度、刚度和稳定性等问题，经过验算得到一下结论：

1.支架系统中立杆稳定性在正常施工过程中，稳定性满足规范要求，结构安全。

2.水平横杆强度和刚度均满足规范要求，结构安全。

3.地基块石和地基土承载能力均满足规范要求。

4.经验算，支架系统各个构件均满足规范要求，结构安全。

五、支架架体结构图

  详见附图