CN111424550A - 廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,属于桥梁建筑领域,包括模板支撑架荷载的计算:其中,永久荷载包括钢管自重Q1、箱梁混凝土自重Q2、模板、木板及木方自重Q3;可变荷载包括施工荷载Q4;模板支撑架荷载∑Q=K1(Q1+Q2+Q3)+K2Q4,式中,K1永久载荷安全系数、K2为可变载荷安全系数;施工活载Q4=A1+A2+A3+A4;其中,A1为作业脚手板自重标准值、A2为施工人员及设备荷载标准值、A3为倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值、A4为振捣混凝土时对水平模板产生的荷载标准值,通过对模板支撑架荷载的计算,可以提高对箱梁支架承重稳定,来提高现浇箱梁施工的质量。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁建筑领域,尤其涉及一种廊桥箱梁施工支架系统 稳定性计算方法。
背景技术
随着我国桥梁技术的提高,桥梁的质量要求也越来越高,现浇箱 梁因具有外形简捷、抗扭刚度大、整体性好、适用性强等优点,在桥 梁建设中发挥着重要的作用。箱梁支架施工在现浇箱梁施工工艺中十 分重要,由于箱梁施工问题较为复杂,国内研究也并非完全成熟,各 企业对箱梁支架施工的总体设计思想也存在差异,导致现浇箱梁支架 设计的多样性,施工质量也各不相同,因此,有必要提供一种廊桥箱 梁施工支架系统稳定性计算方法,来提高现浇箱梁施工的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算 方法,提高现浇箱梁施工的质量。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,包括,
模板支撑架荷载的计算:
模板支撑架荷载分为永久荷载和可变荷载,其中,永久荷载包括 钢管自重Q1、箱梁混凝土自重Q2、模板、木板及木方自重Q3;可变荷 载包括施工荷载Q4;
模板支撑架荷载∑Q=K1(Q1+Q2+Q3)+K2Q4,
式中,K1为永久载荷安全系数、K2为可变载荷安全系数;
施工活载Q4=A1+A2+A3+A4;
其中,A1为作业脚手板自重标准值,A2为施工人员及设备荷载标 准值,A3为倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值,A4为振捣混凝土时 对水平模板产生的荷载标准值。
进一步的,还包括立杆验算;
立杆采用钢管,设置单根钢管截面面积为A,回转半径为i,立 杆的长度为L,立杆的间距为C,立杆稳定系数为φ:
立杆承受木方传来的荷载∑Q=K1(Q1+Q2+Q3)+0.9K2Q4;
立杆长细比为λ=L/i;
立杆受压应力σ1=∑Q/(φ×A);
立杆受压应力σ1与立杆抗压强度的设计值[f]比较,使σ1<[f]。
进一步的,还包括地基承载力验算;
其中,PK为相应于荷载效应标准组合时,立杆基础底面处的平均 压力标准值;NK为相应于荷载效应标准组合时,上部结构传至立杆 基础顶面的轴向力标准值;Ag为立杆底座或垫板底面积;fa为修正后 的地基承载力特征值;
fa应按下式进行计算:
fa=mffaK;
mf为地基承载力修整系数,fak为地基承载力特征值。
进一步的,还包括横向杆稳定验算;
由于横向杆不承担外荷载,横杆两端采用铰接方式,横杆水平推 力为零,只在施工时承担部分施工荷载Q4及自身重力Q5,
横向杆弯矩Mmax=q1L2/8;
横向杆的容许弯矩[M]=[fc]W1;
式中:q1为作用在横向杆上的均布载荷,L为横向杆的长度,[fc] 为钢管设计抗弯强度;W1为钢管截面抵抗矩;
控制Mmax<[M],使横向杆抗弯强度满足要求。
进一步的,还包括支架挠度验算;
最大挠度ωmax=5q2L4/384E1I1;
式中:E1为钢管弹性模量;q2为作用在支架上的均布荷载,I1为 钢管截面抵抗矩,L为钢管长度,即横向杆的长度;
容许挠度[ω]=L/400;
控制容许挠度[ω]>ωmax;使支架刚度满足要求。
进一步的,还包括:底模板强度计算;
其中,M2为跨中最大弯矩,W2为底模板截面抵抗矩;
q3为作用在底模板上的均布荷载,l1为底模板跨度,
q=Q6×b;
Q6底模板荷载,b为方木间距;
Q6=Q2+Q3+Q4。
进一步的,还包括:底模板扰度计算;
f1为底模板挠度值,q4为连续梁上均布荷载,l1底模板为跨度,E2为底模板弹性模量,I2为底模板截面惯性矩,KW为挠度系数。
进一步的,还包括:纵梁强度计算,具体如下:
其中,q5为作用在纵梁上的均布荷载,l2为纵梁间距,E3为纵梁 弹性模量,I3为纵梁截面惯性矩。
进一步的,还包括支架抗风荷载的计算方法;
其中,横向风力为横向风压与迎风面积的乘积,横向风压按照下 公式计算:
W=K3K4K5K6W0;
其中,W为横向风力值,K3为设计风速频率换算系数,K3取值为 0.85;K4为风载体型系数,K4取值为1.3;K5为风压高度变化系数, K5取值为1.0;K6为地形、地理条件系数,K6=1.3,W0为基本风压值, W0取值为600pa;
立杆受力稳定性按组合风荷载计算:
由于风荷载按中心集中力加载在立杆上,立杆按两端铰接方式计 算;水平荷载计算风荷载标准值WK=0.7μZμSW0;
其中,μZ为风压高度变化系数,μS为脚手架风荷载体形系数;
风荷载产生的弯矩M=0.85×1.4×WK×Lah2/10;
其中,La为纵杆间距,h为步距;
模板支撑架荷载∑Q即立杆所受最大竖向荷载Q7=K1(Q1+Q2+Q3) +K2Q4;
其中,钢管自重Q1;箱梁混凝土自重Q2;模板、木板及木方自重 Q3;施工荷载Q4;永久载荷安全系数K1、可变载荷安全系数K2;
N/A+M3/W3≤σ3;使支架抗风荷载验算满足要求;
N为支架钢管的轴心压力设计值,A为支架钢管的截面积;M3为风 荷载产生的弯矩,W3为立杆截面抵抗矩,σ3为立杆容许应力。
采用上述技术方案,本申请提供的廊桥箱梁施工支架系统稳定性 计算方法,具有的技术效果有:
通过对模板支撑架荷载的计算,可以提高对箱梁支架承重稳定, 来提高现浇箱梁施工的质量。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描 述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所 获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,某些指示的方位或位置关系 的词语,其仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作, 因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,“连接”应做广义理解,例 如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是 机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介 间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员 而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
本实施例提供的廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,是基于 某廊桥支架专项施工方案进行设计的,根据现场施工环境,最高脚手 架搭设高度为5.7m,搭设宽度为7m,由多排立杆及水平杆、斜杆或 剪刀撑等构配件组成的用于承受浇筑混凝土结构荷载的支承结构,属 于模板支撑架体系。根据廊桥设计图纸,箱梁钢筋需要81.369吨, C40混凝土约345m3。依据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规 范》JGJ166-2016,4.1.1条作用于碗扣式钢管脚手架上的荷载,应 分为永久荷载和可变荷载。根据4.1.3条模板支撑架的永久荷载应包 括下列内容:
(1)组成模板支撑架结构的构配件自重
(2)作用在模板支撑架上的荷载
(3)脚手板、挡脚板、栏杆、安全立网等附件的自重。
根据4.1.5条模板支撑架的可变荷载应包括下列内容:
(1)施工荷载,包括:施工人员、材料、施工设备荷载以及浇 筑混凝土时产生的荷载;
(2)风荷载;
(3)其它可变荷载。
1、荷载计算
钢管自重Q1
根据现场实际情况脚手架搭设高度3.5m-5.7m范围,按最高5.7 米,最密600mmx600mm间距考虑,由于地区采购条件限制,按照Ф48 ×3.5mm碗口脚手架钢管搭设,经查表知钢管单位重量为3.84kg/m。 箱梁混凝土自重Q2=5.7mx3.84kg/m×1/(0.6×0.6)/100+4x2.4x3.84/100=0.98N/m2;
依据桥梁设计图纸计算得钢筋81.369T,混凝土345m3,
箱梁总重量G=G1+G2=828000kg+81369kg=909369kg,
混凝土总重量G1=345m3×2400kg/m3=828000kg,
钢筋总重量G2=81.369T≈81369kg,
假设梁体全部重量仅作用于底板区域,底板受力面积为:
S=4x102.34=409.36m2,
计算单位面积压力:q1=G/Sx9.8÷1000=909369KN÷409.36x9.8 ÷1000=22KN/m2;
另根据规范新浇筑混凝土自重(包括钢筋)标准值:对普通钢筋 混凝土构件可采用25.5kN/m3;
22.5x345÷409.36m2=21.49KN/m2;
为保守计算,取值Q2=22KN/m2;
模板、木板及木方自重Q3;
Q3=g1+g2=0.62KN/m2;
其中,木方单平米自重g1==0.13KN/m2;
模板单平米自重g2=0.49KN/m2;
施工活载Q4
根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》JGJ166-2016, 4.2.6-4.2.10通过对代表性的多排钢管支模架风荷载影响的计算分 析得出:当模板支架的高宽比不大于3时,其风荷载作用在多排钢管 支架上产生的附加轴力值不大,一般可以忽略此项计算。实际现场高 宽比为5.7/6,不大于3。
4.2.5条规定,施工人员及施工设备产生的活荷载标准值不应小 于2.5kN/m2,考虑到混凝土桥梁施工一般施工荷载取值略大,因此定 为不低于3.0kN/m2;4.2.2条规定作业脚手板自重标准值统一规定为 0.35kN/m2;
施工活载Q4=A1+A2+A3+A4;
其中,A1为作业脚手板自重标准值、A2为施工人员及设备荷载标 准值、A3为倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值、A4为振捣混凝土时 对水平模板产生的荷载标准值。
作业脚手板自重标准值A1取0.35kN/m2;
施工人员及设备荷载标准值A2取3KN/m2。
倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值A3取4.0KN/m2。
振捣混凝土时对水平模板产生的荷载标准值A4为2.0KN/m2。
Q4=0.35KN/m2+3KN/m2+4KN/m2+2KN/m2=9.35KN/m2。
根据规范荷载的分项系数取值规定:
∑Q=K1(Q1+Q2+Q3)+K2Q4=1.35×(0.98+22+0.62)+1.4× 9.35=44.95kN/m2;
式中:K1为永久载荷安全系数,取K1=1.35,K2为可变载荷安全系 数,取K2=1.4。
2、立杆验算
进行模板支撑架结构及构配件的承载力、稳定性及变形计算时, 参与组合的各项荷载可按表4.3.4确定,并应采用最不利的荷载组合 进行设计。
钢管支架的稳定性检算,单根钢管截面面积(按壁厚3.5mm计) 则:
钢管截面面积:A=489mm2;回转半径:i=1.58cm;
立杆间距为0.6mX0.6m,立杆承受木方传来的荷载∑Q=K1 (Q1+Q2+Q3)+0.9K2Q4=1.35×(0.98+22+0.62)+0.9×1.4× 9.35=43.64kN/m2;
立杆长细比为λ=L/i=600/15.8=37.97;
查P235A钢管轴心受压构件的稳定系数表得φ=0.893。
钢管立杆受压应力计算值;σ1=43640/(0.893×489) =99.94N/mm2;
钢管立杆稳定性σ1=99.94N/mm2,小于205N/mm2;
钢管立杆抗压强度的设计值[f]=205N/mm2,故立杆满足要求。
结论:立杆稳定。
3、地基承载力验算
根据规范模板支撑架立杆底部地基承载力应符合下式规定:
式中:Pk为相应于荷载效应标准组合时,立杆基础底面处的平均 压力标准值(MPa);Nk为相应于荷载效应标准组合时,上部结构传 至立杆基础顶面的轴向力标准值(N);Ag为立杆底座或垫板底面积 (mm2),当基础底面积大于0.3m2时,计算所采用的值不宜超过0.3m2; fa为修正后的地基承载力特征值(MPa),应按本规范第5.4.2条的规 定混凝土的修正系数为1,计算修正后的地基承载力特征值fa应按下 式进行计算:
fa=mffaK;
其中,mf为地基承载力修整系数,fak为地基承载力特征值。
fa=20Mpa×1.0=20Mpa。
4、横向杆稳定验算
因为荷载全部由立杆上部的顶升降杆承担,传给立杆,所以,横 向杆基本上不承担外荷载,横向杆两端为铰接方式,水平推力为零, 只在施工时承担部分施工荷载Q4及自身重力Q5;
横向杆弯矩Mmax=q1L2/8=0.0841KN·m
横向杆的容许弯矩:[M]=[fc]W1;
式中:q1为作用在横向杆上的均布载荷,L为横向杆的长度,[fc] 为钢管设计抗弯强度,[fc]=205KN/mm2;W1为钢管截面抵抗矩;
W1=4490.7mm3;
[M]=205×4490.7=0.926KN·m
Mmax=0.0841KN·m<[M]=0.926KN·m
结论:横向杆抗弯强度满足要求。
5、支架刚度(挠度)验算
最大挠度ωmax=5q2L4/384E1I1;
式中:式中:E1为钢管弹性模量,取值205×103N/mm2;q2为作 用在支架上的均布荷载,取值1.869N/mm,I1为钢管截面抵抗矩,取 值4490.7mm3,L为钢管长度,即横向杆的长度;
经计算最大挠度ωmax为0.0034mm;
容许挠度[ω]=L/400=600/400=1.5mm>ωmax=0.0034mm;
结论:支架刚度满足要求。
6、底模强度计算
箱梁底模采用高强度多层板,板厚t=15mm,底部为50mm厚松木 板,100x100mm方木龙骨间距为600mm,所以验算底模板强度采用宽 b=600mm。荷载按最不利因素计算:
其中,M2为跨中最大弯矩,W2为底模板截面抵抗矩;
q3为作用在底模板上的均布荷载,l1为底模板跨度,
q=Q6×b;
Q6底模板荷载,b为方木间距;
Q6=Q2+Q3+Q4。
8、挠度计算:
模板下方木背肋布置可知,模板可看作为多跨等跨连续梁,按均 布荷载作用连续梁进行计算。
根据《建筑施工计算手册》,计算公式为:
其中,f1为底模板挠度值,q4为连续梁上均布荷载,l1底模板为 跨度,E2为底模板弹性模量,I2为底模板截面惯性矩,KW为挠度系数, 均布荷载作用连续梁按照活载最大,取值0.677。
9、纵梁强度计算
纵梁为10×10cm方木,间距为0.6m。
其中,q5为作用在纵梁上的均布荷载,l2为纵梁间距,E3为纵梁 弹性模量,I3为纵梁截面惯性矩。
10、支架抗风荷载计算
支架上的荷载除以上计算外,还应考虑风荷载的作用。根据《公 路技术通用技术规范》2.3.8规定,计算桥梁的强度和稳定时,应考 虑作用在桥梁上的风力。在风力较大的地方应按照季节性进行风荷载 计算。
计算方法为:
横向风力为横向风压乘以迎风面积。横向风压按照下公式计算:
W=K3K4K5K6W0
其中,W为横向风力值,K3为设计风速频率换算系数,K3取值为 0.85;K4为风载体型系数,K4取值为1.3;K5为风压高度变化系数, K5取值为1.0;K6为地形、地理条件系数,K6=1.3,W0为基本风压值, W0取值为600pa;
W=0.862Kpa=86.2kg/m2,纵向风压为横向的40%,且纵向受力面 积较小,因此计算时仅考虑横向风荷载。
风荷载按中心集中力加载在立杆上,立杆均按两端铰接计算。立 杆受力稳定性按组合风荷载计算:
水平荷载计算风荷载标准值WK=0.7μZμSW0;
其中,μZ为风压高度变化系数,μS为脚手架风荷载体形系数;
经计算WK=9.96kg/m2
风荷载产生的弯矩M=0.85×1.4×WK×Lah2/10;
其中,La为纵杆间距,h为步距;
模板支撑架荷载∑Q即立杆所受最大竖向荷载Q7=K1(Q1+Q2+Q3) +K2Q4;
其中,钢管自重Q1;箱梁混凝土自重Q2;模板、木板及木方自重 Q3;施工荷载Q4;永久载荷安全系数K1、可变载荷安全系数K2;
N/A+M3/W3≤σ3;使支架抗风荷载验算满足要求;
N为支架钢管的轴心压力设计值,A为支架钢管的截面积;M3为风 荷载产生的弯矩,W3为立杆截面抵抗矩,σ3为立杆容许应力。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案, 而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明, 本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各 实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,其特征在于,包括,
模板支撑架荷载的计算:
模板支撑架荷载分为永久荷载和可变荷载,其中,永久荷载包括钢管自重Q1、箱梁混凝土自重Q2、模板、木板及木方自重Q3;可变荷载包括施工荷载Q4;
模板支撑架荷载∑Q=K1(Q1+Q2+Q3)+K2Q4,
式中,K1为永久载荷安全系数、K2为可变载荷安全系数;
施工活载Q4=A1+A2+A3+A4;
其中,A1为作业脚手板自重标准值,A2为施工人员及设备荷载标准值,A3为倾倒混凝土时产生的竖向荷载经验值,A4为振捣混凝土时对水平模板产生的荷载标准值。
2.如权利要求1所述的廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,其特征在于,还包括立杆验算;
立杆采用钢管,设置单根钢管截面面积为A,回转半径为i,立杆的长度为L,立杆的间距为C,立杆稳定系数为φ:
立杆承受木方传来的荷载∑Q=K1(Q1+Q2+Q3)+0.9K2Q4;
立杆长细比为λ=L/i;
立杆受压应力σ1=∑Q/(φ×A);
立杆受压应力σ1与立杆抗压强度的设计值[f]比较,使σ1<[f]。
4.如权利要求3所述的廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,其特征在于,还包括横向杆稳定验算;
由于横向杆不承担外荷载,横杆两端采用铰接方式,横杆水平推力为零,只在施工时承担部分施工荷载Q4及自身重力Q5,
横向杆弯矩Mmax=q1L2/8;
横向杆的容许弯矩[M]=[fc]W1;
式中:q1为作用在横向杆上的均布载荷,L为横向杆的长度,[fc]为钢管设计抗弯强度;W1为钢管截面抵抗矩;
控制Mmax<[M],使横向杆抗弯强度满足要求。
5.如权利要求4所述的廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,其特征在于,还包括支架挠度验算;
最大挠度ωmax=5q2L4/384E1I1;
式中:E1为钢管弹性模量;q2为作用在支架上的均布荷载,I1为钢管截面抵抗矩,L为钢管长度,即横向杆的长度;
容许挠度[ω]=L/400;
控制容许挠度[ω]>ωmax;使支架刚度满足要求。
9.如权利要求8所述的廊桥箱梁施工支架系统稳定性计算方法,其特征在于,还包括支架抗风荷载的计算方法;
其中,横向风力为横向风压与迎风面积的乘积,横向风压按照下公式计算:
W=K3K4K5K6W0;
其中,W为横向风力值,K3为设计风速频率换算系数,K3取值为0.85;K4为风载体型系数,K4取值为1.3;K5为风压高度变化系数,K5取值为1.0;K6为地形、地理条件系数,K6=1.3,W0为基本风压值,W0取值为600pa;
立杆受力稳定性按组合风荷载计算:
由于风荷载按中心集中力加载在立杆上,立杆按两端铰接方式计算;水平荷载计算风荷载标准值WK=0.7μZμSW0;
其中,μZ为风压高度变化系数,μS为脚手架风荷载体形系数;
风荷载产生的弯矩M=0.85×1.4×WK×Lah2/10;
其中,La为纵杆间距,h为步距;
模板支撑架荷载∑Q即立杆所受最大竖向荷载Q7=K1(Q1+Q2+Q3)+K2Q4;
其中,钢管自重Q1;箱梁混凝土自重Q2;模板、木板及木方自重Q3;施工荷载Q4;永久载荷安全系数K1、可变载荷安全系数K2;
N/A+M3/W3≤σ3;使支架抗风荷载验算满足要求;
N为支架钢管的轴心压力设计值,A为支架钢管的截面积;M3为风荷载产生的弯矩,W3为立杆截面抵抗矩,σ3为立杆容许应力。
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- 2020-04-02 CN CN202010255273.6A patent/CN111424550A/zh active Pending
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