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1、 鄭州市農業路快速通道第九標段工程現澆箱梁施工方案鄭州市農業路快速通道工程施工第九標段工程（雄鷹東路金源東街）現澆箱梁碗扣式滿堂支架方案計算書編號：SBC/NYLKSTD-2015-FA012上海寶冶集團有限公司鄭州市農業路快速通道工程施工第九標段項目部2015年6月發布受控狀態：受控 版本：A版發放編號： 計算人：陳天成目 錄一、計算依據3二、概述32.1、工程概況32.2、主線及匝道支架布置及搭設要求32.3、計算內容及規范限值52.3.1、計算內容52.3.2、規范限值5三、計算模型假定及計算荷載53.1、計算模型假定53.2、計算荷載6四、支架計算74.1、支架強度計算74.1.1、軸2、向應力74.1.2、剪應力84.1.3、彎曲應力84.1.4、組合應力94.1.5、軸力94.1.6、剪力104.1.7、彎矩104.2、支架剛度計算結果114.2.1、橫向變形114.2.2、豎向變形114.3、支架穩定性計算124.3.1、整體穩定性124.3.2、局部穩定性15五、地基與基礎承載力驗算16六、門式行車通道結構驗算17七、結論21一、計算依據（1）鄭州農業路施工圖設計文件及地勘報告，以及設計變更、補充、修改圖紙及文件資料。（2）國家有關的政策、法規、施工驗收規范和工程建設標準強制性條文（城市建設部分），以及現行有關施工技術規范、標準等。（3）建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范3、（JGJ166-2008）（4）市政橋涵施工手冊（5）建筑施工計算手冊（6）鋼結構設計規范（7）建筑地基基礎設計規范等。二、概述2.1、工程概況本項目梁體為變高度、變截面結構。箱梁高為22.5m，頂寬32.3m，箱梁底寬19.432m。頂板厚度25cm，腹板厚度40cm，底板厚度22cm。全聯采用滿堂支架法現澆施工。2.2、主線及匝道支架布置及搭設要求本工程現澆箱梁施工全部采用碗扣式多功能腳手桿件搭設；使用與立桿配套的橫桿及立桿可調底座、立桿可調托撐。立桿頂設鋼管，立桿頂托上橫向設3根483.5mm，次楞順橋向設置50100mm方木，間距不大于200mm(100100mm方木，間距不大于3004、mm)具體如下：主線箱梁：中橫梁及端橫梁梁底支架間距橫向按600mm順橋向600mm，步距按1200mm布置。兩側翼板下支架間距按600mm（順橋向）900mm（橫橋向）。主線跨中部位：箱室底板和腹板區域支架間距按600mm（橫橋向）900mm（順橋向）布設，兩側翼板下支架間距按900mm900mm布設。匝道現澆箱梁支架布置及搭設要求本標段匝道梁高1.8m2.0m標準段，梁頂寬7.8m，底寬3.12m3.428m，橋梁跨徑組合為429.5。設計特點：橋面寬度為7.8m，梁高1.8m。采用單箱單室，箱梁頂板翼緣懸臂長1.8m，厚度為0.4m，跨中頂板厚度0.25m，跨中底板厚0.22m，跨中邊腹5、板厚0.4。支點處頂板0.22m，支點處底板加厚至0.4m，支點處腹板加厚至0.6m。箱梁底部和腹板區域支架間距按橫向600mm順橋向900mm，步距按1.2m布置，兩側翼板下支架間距按900mm900mm布設。1）箱梁跨中及端部支點底部支架按照：橫橋向順橋向=600600mm，步距1.2m進行布設，次楞橫橋向設置50100mm方木，間距不大于200mm(100100mm方木，間距不大于300mm)具體如下：支架縱向布設范圍為距墩柱中心線3.6m范圍。頂部步距需調整高度時，可采用600mm步距。 現澆箱梁支架立面圖現澆箱梁支架側面圖2.3、計算內容及規范限值2.3.1、計算內容本文對以下內容進6、行計算：（1）支架的強度驗算，包括軸向應力、剪應力、彎曲應力、組合應力、軸力、剪力及彎矩；（2）支架剛度驗算，包括豎向變形及橫向變形；（3）支架穩定性驗算，包括整體穩定性和局部穩定性；（4）地基與基礎承載能力驗算；（5）門式行車通道結構驗算。2.3.2、規范限值碗扣式支架結構材質為Q235，容許彎曲應力205MPa，軸向應力205MPa，剪應力120MPa。支架立桿作立柱考慮，其水平位移容許變形為H/500，H為基礎頂面至柱頂的總高度。三、計算模型假定及計算荷載3.1、計算模型假定（1）采用MIDAS CIVIL 2012建立計算模型，如圖3.1所示。（2）梁體混凝土容重按26kN/m3計，并7、考慮5%的混凝土超方系數。（3）鋼材的彈模采用2.06105Mpa，鋼材的線膨脹系數采用1.210-5。（4）本文計算荷載組合按承載能力極限狀態組合，即1.2倍自重（包括支架自重、作用在支架上的混凝土濕重、模板荷載）+1.4倍其他荷載（包括施工人員及機械荷載、混凝土振搗等荷載）。圖3.1 計算模型圖3.2、計算荷載（1）箱梁自重，以圖3.2為計算截面，取其橫截面凈面積237255.03cm2，則每延米箱梁需要支架承擔的荷載616.9kN，支架上部實際作用的箱梁長度為31.94m，故混凝土自重為19702.61kN，根據箱梁橫向荷載集度不同，按三個區域進行加載。圖3.2 計算截面圖（2）人員機具8、荷載及模板荷載按4kN/m2（偏于安全）計算。（3）支架自重由程序自動進行模擬計算。（4）風荷載根據公路橋涵設計通用規范(JTG D60-2004)風荷載計算計算過程如下： a) 對施工架設期橋梁，；b) 對鋼管構件，；c) 風速高度變化修正系數；d) 地形、地理條件系數；e) 風速系數。其中，為橋梁所在地區的設計基本風速，采用河南鄭州地區27.3m/s；f) 對圓柱型構件： 風荷載計算結果：483.5mm鋼管：0.6660.0483=0.0324kN/m；四、支架計算4.1、支架強度計算Midas Civil 2012在許多大跨度橋梁的設計復核過程中廣泛運用，基于有限元計算原理，結合相關規范9、的計算要求，可以準確的反映結構在施工過程中的受力情況，從而合理的評價結構安全及性能。本文按上述計算假定及荷載建立計算模型，以支架有限元模型起點為原點，順橋向為x軸，橫橋向為y軸，豎向為z軸，模型共有25542個節點，52162個單元。圖4.1可見，一個節點外伸連接的有許多桿件，一個桿件為一個單元。4.1節點和單元示意圖碗扣式滿堂支架底部固結，支架中鋼管的交叉節點按碗扣支架的實際情況共節點模擬，以箱梁底板左、右側邊緣為分界線，在這三個區域上按實際梁重分配在鋼管上。以下給出支架強度計算結果，包括軸向應力、剪應力、彎曲應力、組合應力、軸力、剪力及彎矩，圖中對應力及力的方向規定：“-”號為壓，“+”號10、為拉。4.1.1、軸向應力圖 4.2 支架軸向應力圖承載能力極限狀態組合情況下，豎向鋼管主要承受軸力，彎矩和剪力較小，圖4.2可見，豎向鋼管由軸力產生的應力最大為-55.06（壓應力），發生在支架鋼管底部。支架承擔著混凝土自重及其他荷載，由上至下，隨著支架自身的重量不斷增加，支架鋼管底部受力最大，計算結果與實際情況吻合且滿足規范要求（軸向應力205MPa）。最大軸向拉應力發生在剪刀撐位置，為7.94MPa，較小，由于支架橫向擠壓變形所致，滿足規范要求。4.1.2、剪應力圖4.3 支架剪應力圖承載能力極限狀態組合情況下，考慮到整個支架受的水平力僅有風荷載的存在（澆筑過程的混凝土傾倒荷載較小），通11、過計算，整個結構的鋼管在施工過程中剪應力最大6.81MPa，最小-4.67MPa，計算結果滿足規范要求（剪應力120MPa）。4.1.3、彎曲應力圖 4.4 支架彎曲應力圖承載能力極限狀態組合情況下，如圖4.4所示，該圖為支架結構中繞y軸的彎矩對鋼管產生的彎曲應力，這種圖形主要起評估應力主要來源的作用，圖中最大壓應力為-31.94MPa，最大拉應力為35.71MPa，滿足規范要求。4.1.4、組合應力圖 4.5 支架組合應力圖承載能力極限狀態組合情況下，顯然整個支架的桿件承受著軸力、彎矩、剪力的作用，由圖4.2至4.4分析了支架在這三種情況下支架的受力情況。圖4.5表明，在這三種力作用下的組合12、最大值，圖中最大壓應力為-84.80MPa，最大拉應力為22.89MPa。可見，在承載能力極限狀態的驗算過程中，支架在各種荷載的作用下，支架的最不利組合應力也滿足規范要求（限值205MPa）。4.1.5、軸力圖 4.6 支架軸力圖承載能力極限狀態組合情況下，單獨分析支架的軸力，由圖可見，支架最不利軸力與軸向應力類似，發生在支架底部，最大為-26.94kN。即單根鋼管的受力最大為2.69t，這也是計算支架局部穩定性及門洞計算時所需要考慮的最大荷載。4.1.6、剪力圖4.7支架剪力圖承載能力極限狀態組合情況下，支架剪力較小，最大為1.67kN，最小為-1.14kN滿足規范要求。4.1.7、彎矩圖 13、4.8 支架彎矩圖承載能力極限狀態組合情況下，支架的主要受力桿件，承受的繞y軸的彎矩較小，該圖主要用于支架局部穩定性計算，圖中最大為0.17kNm。4.2、支架剛度計算結果4.2.1、橫向變形圖 4.9 支架橫向變形圖承載能力極限狀態組合情況下，考慮風荷載作用，支架最大橫向變形為0.92mm（4，故支架整體穩定性滿足要求。4.3.2、局部穩定性根據建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范（JGJ166-2008）對支架桿件進行穩定性驗算。表4.2 鋼管截面特性表外徑F(mm)壁厚t（mm）截面積A（cm2）截面慣性矩I（cm4）截面模量W(cm3）回轉半徑I（cm）483.54.8912.195.0814、1.58由表4.2可知鋼管回轉半徑i=1.58cm；支架最大桿件間距為120cm，取L0=120，則桿件細長比為：查表得穩定系數。根據模型計算結果，最大彎矩為0.17kNm，最大軸力為26.94kN，對最大軸力考慮1.7的綜合影響系數（偏安全考慮），則考慮影響系數的最大軸力為：N=26.941.7=45.79kN根據偏心受壓桿件的穩定性計算公式，有：故桿件的穩定性滿足要求。其徑厚比為：故桿件的局部穩定性滿足要求。五、地基與基礎承載力驗算圖 5.1 立桿底部豎向反力圖根據建筑施工碗扣式腳手架安全技術規范（JGJ166-2008）對立桿地基及基礎承載力進行驗算。立桿地基承載力驗算：式中：N為腳手架15、立桿傳至基礎頂面軸心力設計值；Ad 為立桿底座面積Ad=15cm15cm=225cm2；fk 為地基承載力標準值；K調整系數；混凝土基礎系數為1.0。按照最不利荷載考慮，即N=26.94kN，立桿底拖下砼基礎承載力：底拖下砼基礎承載力滿足要求。底托坐落在15cm加筋砼層上，按照力傳遞面積計算：按照最不利荷載考慮：Kfk=1.0286kPa小結：地基承載力滿足要求。六、門式行車通道結構驗算為方便施工車輛運行，本施工結構碗扣架預留橫橋向及縱橋向行車通道。鋼管樁采用400*10鋼管，上部橫梁采用雙工40#，下部采用砼結構承臺支撐，鋼材均為Q235材質。門架間利用剪刀撐連接（按等效剛度模擬），以加強橫16、向穩定性。行車通道行車凈寬；寬高=4.5m5.0m，縱向間距一道，結構及布置如下圖：圖 6.1 橫橋向門架結構示意圖（單位：cm）圖6.2 門架縱向結構示意圖（單位：cm）圖6.3 門架有限元模型驗算過程中，采用同位置的腳手架軸向受力加載在門架上部，腳手架軸向受力按最不利情況取值28.27kN（單根）。門架有限元計算結果如下：圖6.4 門架組合應力圖承載能力極限狀態組合情況下，最大組合壓應力為-176.09MPa，Q235材質，滿足規范要求。圖6.5 門架20工字鋼組合應力圖承載能力極限狀態組合情況下，圖6.5表明，20工字鋼組合壓應力最大為-116.07MPa，組合拉應力最大為113.17M17、Pa，均滿足規范要求的205MPa拉壓應力限值，支架安裝過程中，盡量保證鋼管底部與工字鋼交接位置對應。圖 6.6 門架雙肢40a工字鋼組合應力圖承載能力極限狀態組合情況下，圖6.7表明，40a工字鋼最大組合壓應力為-176.09MPa，最大組合拉應力為4.63MPa，受力最大位置為40a工字鋼中間，滿足規范要求。圖 6.7 門架400*16鋼管組合應力圖圖 6.8 門架豎向位移變形圖小結：由圖6.3至6.7可見，組合應力最大發生在40a工字鋼，最大為-176.09MPa，小于規范要求的205MPa。圖6.8可見，最大豎向變形發生在40I工字鋼，最大為-8.28mm，小于規范要求的5.3/40018、=10.33mm（按橫向單跨計算限值，其中5.3m=4.5m凈寬+0.8m基礎）。七、結論（1）支架軸向應力最大值-55.06MPa，剪應力最大值為6.81MPa（120MPa），彎曲應力最大值35.71MPa，組合應力最大值-84.80MPa，均小于205MPa，滿足規范要求。（2）軸力最大值-26.94kN（一般小于30kN），滿足規范要求。（3）支架最大橫向變形為0.92mm（5880/500=11.8mm）,滿足規范要求。立桿最大豎向變形為-16.96mm，豎向變形較小，滿足規范要求。（4）整體穩定性分析結果表明：一階模態，穩定性系數為6.078大于限值4，滿足要求。（5）支架局部穩定性滿足規范要求。（6）支架底部基礎及地基承載力滿足規范要求。（7）門式行車通道組合應力最大發生在組合應力最大發生在40a工字鋼，最大為-176.09MPa，小于規范要求的205MPa；最大豎向變形發生在40I工字鋼，最大為-8.28mm，小于規范要求的5.3/400=10.33mm，門式行車通道方案可行。（8）綜合上述可知，本工程現澆箱梁支架設計滿足施工要求。22上海寶冶鄭州市農業路快速通道第九標段項目部