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1、XX組團縱三路北段工程K0+720-K0+880段后張法預應力簡支箱梁支架及基礎設計方案第一節工程概況一、工程概況及主要工程量1工程概況工程概況：本工程為箱型預應力橋，中心里程為K0+732.149，止于K0+774.149，主橋上部結構由跨徑32m預應力砼簡支箱梁，直腹式單箱四室斷面，箱梁頂板寬21.5m，底板寬16.15m，箱梁高1.7m，頂板厚25cm，底板厚20cm，腹板厚50cm。橋面設置-1.3%縱坡，平面線型為直線。支座采用GPZ（）型盆式橡膠支座，其中固定支座均設于梁的下坡端。箱梁上預留設置接觸網支柱基礎條件，預留接地體，梁部出水口應引至橋下適當位置，以避免其沖刷對環保和橋梁基2、礎造成不利影響。 2本橋橋址處的水文地址概況本橋地下水不發育，僅見于谷地，為孔隙潛水，主要賦存第四系粘性土中，受大氣降水和地表水的滲入補給，受季節影響較大。山坡及谷地表層為粉質粘土，II類等級，承載力為150kpa，厚度為25m左右，下層為砂質板巖，全風化，III級，承載力為200kpa，強風化，（2）2 ,類等級，承載力為300kpa，平均厚度約410m左右,再下層為砂質板巖，弱風化，級，承載力為500kpa。 3箱梁設計概況設計為3-32m曲線形后張法預應力砼單箱四室等高簡支梁，梁長32m，梁體砼設計強度C50，封錨采用強度等級C50 的無收縮混凝土。第二節支架方案設計一、支架總體布置施工3、時由于本工程要橫向跨越XX通往燈塔的公路，擬采用碗扣腳手架滿布支架配合組合鋼門梁形成通道，首先進行支架基礎、支架結構的設計與施工，箱梁跨度為32米，橫向寬度21.15m，左右兩幅，總寬44m，擬沿所跨公路方向兩側作兩排支撐墩，支撐墩基礎為大放腳C25砼明挖基礎，如基礎下持力層軟弱，可配置鋼筋，視基礎開挖情況定，基礎設計形式見附圖。支撐墩采用529*10鋼管作立柱，間距3m，立柱頂部支承36c工字鋼梁，梁跨度4m（即所跨公路寬度），梁上鋪設25a號工字鋼托梁和底模系統，其具體結構如后面附圖所示，各支撐立柱間用12.6號槽鋼作聯系梁，加強支架梁的整體性。二、立柱支架1支架基礎根據招標圖紙及地質資料4、，結合現場自然地貌情況，選定層0=300kpa的砂質板巖層作為持力層，立柱基礎施工是首先開挖基礎，埋深1m，澆筑2*1*1.5m（長*寬*高）的C25砼，然后在頂面埋設預埋件以固定鋼管樁，基礎尺寸及平面布置見附圖。2、安裝主次梁1) 梁運至現場后，利用吊車逐個排架安裝。2) 然后再吊到支架上進行接長。3) 主梁安裝完成后，由于箱梁有縱坡，在主梁與次梁連接處順橋向會形成間隙，應在下面塞滿鋼板，焊接固定，保證為面受力，而不是線受力。4) 主梁安裝36c號工字鋼，工字鋼上鋪25a號工字鋼托梁，托梁與梁間因箱梁有坡度，應在下面塞滿鋼板。焊接固定，保證為面受力，而不是線受力。5) 托梁上鋪木楞（100*5、150）然后鋪設底模系統。6) 底模系統包括面板、側模槽鋼加勁肋、可調千斤頂等結構。面板采用1.8mm膠合板。 7) 梁體底面至立柱頂面換算高度：6m8) 千斤頂與上下構件連接方式，上部與工字鋼或槽鋼采用螺栓連接，螺栓為M16，在支撐頂板四角布設，下部與工字鋼通過限位器連接。3、支架預壓3.1支架安裝完成后在箱梁施工前為確保支架施工使用安全需對支架進行壓載試驗，其目的如下：為保證施工安全、提高現澆梁質量，在箱梁支架搭設完畢、箱梁底模鋪好后，對支架進行預壓。預壓目的一是檢驗支架及基礎承載力是否滿足受力要求；二是是消除支架及地基的非彈性變形，三是得到支架的彈性變形值作為施工預留拱度的依據，同時測出6、地基沉降，為采用同類型的橋梁施工提供經驗數據。3.2支架預壓方法 預壓重量為設計荷載（箱梁自重、內外模板重量及施工荷載之和）的120%。加載時按照設計荷載的0、30%、60%、100%、120%、分四級加載，測出各測點加載前后的高程。持荷7d后，再分別按加載級別卸載，并分別測出每級荷載下各測點的高程值。根據本橋現場特點，擬采用沙包堆載進行預壓，詳細預壓方案如下：為了保證在箱梁混凝土澆注卸架后滿足設計的外形尺寸及拱度要求，檢驗支架的整體穩定性及支架的實際承載能力，以消除支架、支撐方木和模板的非彈性變形和地基的壓縮沉降影響，同時取得支架彈性變形的實際數值，作為梁體立模的拋高預拱值數據設置的參考。在7、施工箱梁前需進行支架預壓和地基壓縮試驗，避免箱梁砼因支架不均勻沉降而出現裂縫，在澆筑箱梁混凝土前前要進行支架的壓載試驗。本橋支架體系采用梁式支架承力結構，結構簡單，受力明確，在貝雷梁架好后，通過簡化受力荷載，采用混凝土預制塊代替預壓荷載，加載如圖。本方案對全橋每一跨支架進行預壓試驗，根據結果確定箱梁預壓拱度尺寸，進行高度調整。測量等級按四等水準測量控制。箱梁施工支架預壓的工藝流程如下：鋪設箱梁底模布置測量標高點并記錄好每點的初始標高值H1 吊裝預制塊及相關加固作業加載觀測布載后各測量點標高值H2觀測卸載前各測量點標高值H3卸載觀測卸載后各測量點標高值H4根據計算結果調整底模標高支架設計示意圖 8、側立面二、工藝流程各步驟具體操作1、鋪設箱梁底模板鋪設好箱梁底模板，將底模板頂面標高盡量調整到箱梁底設計標高，同時加強對模板下各層支架的檢查，確保支架底傳遞荷載的支架與支架之間、支架與貝雷之間、支架與模板之間各相鄰面接觸緊密，無明顯縫隙。2、布置測量標高點為了解支架沉降情況，在加載預壓之前測出各測量控制點標高，測量控制點按順橋向底模底每排鋼管柱布置一排，支架混凝土基礎布置一排，每排4個點。在加載30%、60%、100%、120%后每天上下午均要復測各控制點標高一次，如果加載120%后所測數據與加載前所測數據支架日沉降量小于0.2毫米（不含測量誤差）時，表明地基及支架已基本沉降到位，可進行卸載，9、否則還須持荷進行預壓，直到地基及支架沉降符合以上要求為止。3、加載荷重計算及加載方法本工程箱梁為等截面，計劃采用混凝土預制塊加載的方法進行預壓。加載方式見附圖加載宜分4級進行，即加載30%、60%、100%、120%。上部加載所需的預制塊，用汽車吊提升至梁底模上部。4、對加載后各測量點標高值H2進行測量布載結束后立即進行觀測各測量點的標高值H2，并做好相應的記錄。5、測量卸載前各測量點標高值H3維持布載72小時后、卸載前測量各測量點標高值H3。6、卸載卸載過程的操作基本與加載過程相反7、觀測卸載后各測量點標高H4卸載后測量出各測量點標高值H4，此時就可以計算出各觀測點的變形如下：非彈性變形f310、=H1-H4。通過試壓后，可認為支架、模板、方木等的非彈性變形已經消除。彈性變形f2=H4-H3。根據該彈性變形值，在底模上設置預拱度2，以使支架變形后梁體線型滿足設計要求。另外，根據H2和H3的差值，可以大體看出持續荷載對支架及貝雷梁變形的影響程度。8、調整底模標高根據設計技術交底，本橋梁的設計預拱度最大為16.11毫米，9、調整底模標高及預拱度設置對于已進行預壓區段，根據如下調整底模標高：三、注意事項1、鋪設底模板后測量H1前應加強對支架的全面檢查，確保支架在荷載作用下無異常變形。2、由于支架較高，加載重量較大，因此在加載及卸載過程中必須隨時對支架情況進行觀測，以免發生意外。3、加載過程中11、應安排專人加強對支架及地基變形情況的觀測，如有異常變形，應及時通知現場施工管理人員立即停止加載，在采取足夠的加固措施后方可繼續加載，以免出現重大安全事故。4、加載及卸載過程應加強施工現場安全保衛工作，確保各方面的安全。5、預壓完成后，根據支架變形情況及地基沉降程度，采取必要的措施對薄弱環節進行加強，確保施工安全和工程質量。第三節碗扣支架及模板計算書高支撐架的計算依據建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范（JGJ130-2001）、混凝土結構設計規范GB50010-2002、建筑結構荷載規范(GB 50009-2001)、鋼結構設計規范(GB 50017-2003)等規范編制。計算中還參考了施工技12、術2002（3）：扣件式鋼管模板高支撐架設計和使用安全中的部分內容。一、參數信息:1.模板支架參數橫向間距或排距(m):1.20；縱距(m):0.60；步距(m):1.20；立桿上端伸出至模板支撐點長度(m):1；模板支架搭設高度(m):6.00；采用的鋼管(mm):483.5 ；扣件連接方式:雙扣件，考慮扣件的保養情況，扣件抗滑承載力系數:0.80；板底支撐連接方式:方木支撐；2.荷載參數模板與木板自重(kN/m2):3.500；混凝土與鋼筋自重(kN/m3):26.000；施工均布荷載標準值(kN/m2):6.000；4.材料參數面板采用膠合面板，厚度為18mm。面板彈性模量E(N/mm213、):9500；面板抗彎強度設計值(N/mm2):13；板底支撐采用方木；木方彈性模量E(N/mm2):9500.000；木方抗彎強度設計值(N/mm2):13.000；木方抗剪強度設計值(N/mm2):1.400；木方的間隔距離(mm):250.000；木方的截面寬度(mm):100.00；木方的截面高度(mm):150.00；托梁材料為：12.6號槽鋼； 圖2 樓板支撐架荷載計算單元二、模板面板計算:面板為受彎構件,需要驗算其抗彎強度和剛度，取單位寬度1m的面板作為計算單元 面板的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為：W = 1001.82/6 = 54 cm3；I = 1001.83/12 =14、 48.6 cm4；模板面板的按照三跨連續梁計算。 面板計算簡圖1、荷載計算(1)靜荷載為鋼筋混凝土樓板和模板面板的自重(kN/m)：q1 = 2611+3.51 = 29.5 kN/m；(2)活荷載為施工人員及設備荷載(kN)：q2 = 61= 6 kN/m；2、強度計算最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的彎矩和，計算公式如下: 其中：q=1.229.5+1.46= 43.8kN/m最大彎矩M=0.143.80.252= 0.274 kNm；面板最大應力計算值 = 273750/54000 = 5.069 N/mm2；面板的抗彎強度設計值 f=13 N/mm2；面板的最大應力計算15、值為 5.069 N/mm2 小于面板的抗彎強度設計值 13 N/mm2,滿足要求!3、撓度計算撓度計算公式為 其中q = 29.5kN/m面板最大撓度計算值 v = 0.67729.52504/(100950028125000)=0.003 mm； 面板最大允許撓度 V=250/ 250=1 mm；面板的最大撓度計算值 0.003 mm 小于 面板的最大允許撓度 1 mm,滿足要求!三、模板支撐方木的計算:方木按照簡支梁計算，其慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:W=101515/6 = 375 cm3；I=10151515/12 = 2812.5 cm4； 方木楞計算簡圖1.荷載的計算：(1)鋼16、筋混凝土板自重(kN/m)：q1= 260.251 = 6.5 kN/m；(2)模板的自重線荷載(kN/m):q2= 3.50.25 = 0.875 kN/m ；(3)活荷載為施工荷載標準值與振倒混凝土時產生的荷載(kN)：p1 = (6+2)0.60.25 = 1.2 kN；2.方木抗彎強度驗算:最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的彎矩和，計算公式如下: 均布荷載 q = 1.2(6.5 + 0.875) = 8.85 kN/m；集中荷載 p = 1.41.2=1.68 kN；最大彎距 M = Pl/4 + ql2/8 = 1.680.6 /4 + 8.850.62/8 = 0.17、65 kN.m；最大支座力 N = P/2 + ql/2 = 1.68/2 + 8.850.6/2 = 3.495 kN ；方木的最大應力值 = M / w = 0.65106/375103 = 1.734 N/mm2；方木抗彎強度設計值 f=13.0 N/mm2；方木的最大應力計算值為 1.734 N/mm2 小于 方木的抗彎強度設計值 13.0 N/mm2，滿足要求!3.方木抗剪驗算：最大剪力的計算公式如下: Q = ql/2 + P/2截面抗剪強度必須滿足: T = 3Q/2bh T其中最大剪力: V = 0.68.85/2+1.68/2 = 3.495 kN；方木受剪應力計算值 T =18、 3 3495/(2 100 150) = 0.349 N/mm2；方木抗剪強度設計值 T = 1.4 N/mm2；方木受剪應力計算值為 0.349 N/mm2 小于 方木的抗剪強度設計值 1.4 N/mm2，滿足要求!4.方木撓度驗算:最大彎矩考慮為靜荷載與活荷載的計算值最不利分配的撓度和，計算公式如下: 均布荷載 q = q1 + q2 = 6.5+0.875=7.375 kN/m；集中荷載 p = 1.2 kN；方木最大撓度計算值 V= 57.3756004 /(384950028125000) +12006003 /( 48950028125000) = 0.067 mm；方木最大允許19、撓度值 V= 600/250=2.4 mm；方木的最大撓度計算值 0.067 mm 小于 方木的最大允許撓度值 2.4 mm,滿足要求!四、托梁材料計算:托梁按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；托梁采用：12.6號槽鋼；W=62.137 cm3；I=391.466 cm4；托梁按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；集中荷載P取縱向板底支撐傳遞力，P = 8.850.6 + 1.68 = 6.99 kN； 托梁計算簡圖 托梁計算彎矩圖(kN.m) 托梁計算變形圖(mm) 托梁計算剪力圖(kN) 最大彎矩 Mmax = 4.117 kN.m ；最大變形 Vmax = 0.499 mm ；最大支座力 20、Qmax = 37.041 kN ；托梁最大應力 = 4.117106/62137=66.256 N/mm2 ；托梁抗壓強度設計值 f=205 N/mm2 ；托梁的計算最大應力計算值 66.256 N/mm2 小于 托梁的抗壓強度設計值 205 N/mm2,滿足要求!托梁的最大撓度為 0.499 mm 小于1200/150與10 mm,滿足要求!五、模板支架立桿荷載標準值(軸力):作用于模板支架的荷載包括靜荷載、活荷載和風荷載。1.靜荷載標準值包括以下內容：(1)腳手架的自重(kN)：NG1 = 0.1586 = 0.949 kN；鋼管的自重計算參照扣件式規范附錄A。(2)模板的自重(kN)：21、NG2 = 3.51.20.6 = 2.52 kN；(3)鋼筋混凝土樓板自重(kN)：NG3 = 2611.20.6 = 18.72 kN；經計算得到，靜荷載標準值 NG = NG1+NG2+NG3 = 22.189 kN；2.活荷載為施工荷載標準值與振倒混凝土時產生的荷載。經計算得到，活荷載標準值 NQ = (6+2 ) 1.20.6 = 5.76 kN；3.不考慮風荷載時,立桿的軸向壓力設計值計算N = 1.2NG + 1.4NQ = 34.69 kN；六、立桿的穩定性計算:立桿的穩定性計算公式: 其中 N - 立桿的軸心壓力設計值(kN) ：N = 34.69 kN； - 軸心受壓立桿的22、穩定系數,由長細比 lo/i 查表得到； i - 計算立桿的截面回轉半徑(cm) ：i = 1.58 cm； A - 立桿凈截面面積(cm2)：A = 4.89 cm2； W - 立桿凈截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=5.08 cm3； - 鋼管立桿最大應力計算值 (N/mm2)； f- 鋼管立桿抗壓強度設計值 ：f =205 N/mm2； L0- 計算長度 (m)；如果完全參照扣件式規范，按下式計算 l0 = h+2a k1- 計算長度附加系數，取值為1.155； u - 計算長度系數，參照扣件式規范表；u = 1.7； a - 立桿上端伸出頂層橫桿中心線至模板支撐點的長度；a = 0.123、 m；上式的計算結果：立桿計算長度 L0 = h+2a = 1.2+0.12 = 1.4 m；L0/i = 1400 / 15.8 = 89 ；由長細比 Lo/i 的結果查表得到軸心受壓立桿的穩定系數= 0.667 ；鋼管立桿的最大應力計算值 ；=34690.32/（0.667489） = 106.359 N/mm2；鋼管立桿的最大應力計算值 = 106.359 N/mm2 小于 鋼管立桿的抗壓強度設計值 f = 205 N/mm2，滿足要求！如果考慮到高支撐架的安全因素，適宜由下式計算l0 = k1k2(h+2a) k1 - 計算長度附加系數按照表1取值1.243；k2 - 計算長度附加系數24、，h+2a = 1.4 按照表2取值1.013 ；上式的計算結果：立桿計算長度 Lo = k1k2(h+2a) = 1.2431.013(1.2+0.12) = 1.763 m；Lo/i = 1762.823 / 15.8 = 112 ；由長細比 Lo/i 的結果查表得到軸心受壓立桿的穩定系數= 0.502 ；鋼管立桿的最大應力計算值 ；=34690.32/（0.502489） = 141.317 N/mm2；鋼管立桿的最大應力計算值 = 141.317 N/mm2 小于 鋼管立桿的抗壓強度設計值 f = 205 N/mm2，滿足要求！七、立桿的地基承載力計算: 立桿基礎底面的平均壓力應滿足下25、式的要求 p fg 地基承載力設計值:fg = fgkkc = 200 kpa； 其中，地基承載力標準值：fgk= 200 kpa ； 腳手架地基承載力調整系數：kc = 1 ； 立桿基礎底面的平均壓力：p = N/A =138.761 kpa ；其中，上部結構傳至基礎頂面的軸向力設計值 ：N = 34.69 kN；基礎底面面積 ：A = 0.25 m2 。p=138.761 fg=200 kpa 。地基承載力滿足要求！八、梁和樓板模板高支撐架的構造和施工要求除了要遵守扣件架規范的相關要求外，還要考慮以下內容1.模板支架的構造要求：a.梁板模板高支撐架可以根據設計荷載采用單立桿或雙立桿；b.立26、桿之間必須按步距滿設雙向水平桿，確保兩方向足夠的設計剛度；c.梁和樓板荷載相差較大時，可以采用不同的立桿間距，但只宜在一個方向變距、而另一個方向不變。2.立桿步距的設計：a.當架體構造荷載在立桿不同高度軸力變化不大時，可以采用等步距設置；b.當中部有加強層或支架很高，軸力沿高度分布變化較大，可采用下小上大的變步距設置，但變化不要過多； c.高支撐架步距以為宜，不宜超過1.5m。3.整體性構造層的設計：a.當支撐架高度20m或橫向高寬比6時，需要設置整體性單或雙水平加強層；b.單水平加強層可以每4-6米沿水平結構層設置水平斜桿或剪刀撐，且須與立桿連接，設置斜桿層數要大于水平框格總數的1/3；c.27、雙水平加強層在支撐架的頂部和中部每隔10-15m設置，四周和中部每10-15m設豎向斜桿，使其具有較大剛度和變形約束的空間結構層；d.在任何情況下，高支撐架的頂部和底部（掃地桿的設置層）必須設水平加強層。4.剪刀撐的設計：a.沿支架四周外立面應滿足立面滿設剪刀撐；b.中部可根據需要并依構架框格的大小，每隔10-15m設置。5.頂部支撐點的設計：a.最好在立桿頂部設置支托板，其距離支架頂層橫桿的高度不宜大于400mm；b.頂部支撐點位于頂層橫桿時，應靠近立桿，且不宜大于200mm；c.支撐橫桿與立桿的連接扣件應進行抗滑驗算，當設計荷載N12kN時，可用雙扣件；大于12kN時應用頂托方式。6.支撐28、架搭設的要求：a.嚴格按照設計尺寸搭設，立桿和水平桿的接頭均應錯開在不同的框格層中設置；b.確保立桿的垂直偏差和橫桿的水平偏差小于扣件架規范的要求；c.確保每個扣件和鋼管的質量是滿足要求的，每個扣件的擰緊力矩都要控制在45-60N.m，鋼管不能選用已經長期使用發生變形的； d.地基支座的設計要滿足承載力的要求。7.施工使用的要求：a.精心設計混凝土澆筑方案，確保模板支架施工過程中均衡受載，最好采用由中部向兩邊擴展的澆筑方式；b.嚴格控制實際施工荷載不超過設計荷載，對出現的超過最大荷載要有相應的控制措施，鋼筋等材料不能在支架上方堆放；c.澆筑過程中，派人檢查支架和支承情況，發現下沉、松動和變形情29、況及時解決。第四節跨路支架檢算箱梁標準截面：梁高1.7m，底板寬16m，頂板寬21m。施工時混凝土分兩次澆筑，連續施工，在6小時內將箱梁一孔混凝土整體澆筑完成，假定箱梁縱向為均布載荷，箱梁標準斷面如圖：箱梁標準斷面圖 單位：米一、模板、方木楞滿布腳手架方式一致，是滿足條件的。二、托梁設置及檢驗托梁材料計算:托梁按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；托梁采用：25a號工字鋼；W=401.88 cm3；I=5023.54 cm4；托梁按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；集中荷載P取縱向板底支撐傳遞力，P = 8.850.6 + 1.68 = 6.99 kN； 托梁跨度為支柱間距3m。計算簡圖如下： 30、計算簡圖 梁鋼材的彈性模量E=2.1105MPa,剪力模量G=8.1104Mpa，選用強度(拉應力)驗算：l=M/W=45*1000 /401.88=112Mpal/1.3=170Mpa/1.3=130.77Mpa，所以所選工字鋼梁強度滿足要求。最大支座反力P=54KN。三、主梁設置及檢驗梁跨度4m，其上支承托梁，梁處的集中荷載取以次梁上計算中的支座最大反力p=54KN，加上托梁自重（27.93Kg/m），取p=60KN作為驗算荷載，兩側翼板處按底板處的1/2考慮。計算簡圖如下： 計算簡圖 梁鋼材的彈性模量E=2.1105MPa,剪力模量G=8.1104Mpa，選用36c號工字鋼作次梁，I=131、7310cm4，W=962cm3。強度(拉應力)驗算：l=M/W=96*1000 /962=99.8Mpal/1.3=170Mpa/1.3=130.77Mpa，所以所選工字鋼梁強度滿足要求。最大支座反力P=120KN，加上梁自重（71.34Kg/m），取P=150KN。四、立柱強度驗算：根據計算出的主梁支座處最大支撐反力為立柱頂部的豎向荷載，擬采用采用直徑為529mm,壁厚10mm的Q235鋼管，鋼管柱最長按L=6米計，其自重為G=7.83KN，截面積A=16.3049 cm2,極慣性矩I=1.098410-3m4,=6.37。鋼管的最大軸向力為N=150KN，假設有8cm的偏心，偏心受壓彎矩M11.94KN-m，鋼管截面積A= 16.3049 cm2 ，鋼管抗彎截面系數W=4.17469103cm3。算鋼管的截面拉應力驗算：l = M/W=11.94*1000/417.469=28.6Mpal/1.5=200 Mpa/1.5=133.33Mpa，完全能夠滿足強度要求。算鋼管的強度及穩定性驗算：max =（N+G）/A+M/W=(150+7.83)*1000/（0.916.3049）*100+28.6=136.16Mpa/1.5=325 Mpa/1.5=216.67Mpa，完全能夠滿足強度要求。