支架及基础检算0519

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支架及其基础检算2008年5月3日 一、满堂支架检算1、工程概况新建武汉站咽喉区桥梁工程位于武汉站站房建筑外南北延长区，由中铁第四勘测设计院集团有限公司设计。北咽喉（7N～14N）由路改桥和武青四干道立交两个施工单元合并组成，其中：双线简支槽型梁2片/995.0m2；双线简支箱梁39片/16776.9m2；异型双线简支箱梁6片/2290.1m2；单线简支箱梁19片/5253.8m2；异型连续箱梁9跨/2550.6m2，合计75片（跨）/27866.4m2。南咽喉（7S～10S）B轴～L轴均为三跨的简支梁，其中：双线简支槽型梁2片/993.7m2；双线简支箱梁26片/11674.1m2；单线简支箱梁4片/1054.1m2；合计32片/13721.9m2。共计：现浇梁107片（跨）/39540.5m2，其中：双线简支箱梁71片/30741.1m2；单线简支箱梁23片/6307.9m2；异型连续箱梁9跨/2550.6m2；双线简支槽型梁4片/1988.7m2。除双线简支槽型梁为单箱五室箱梁外，其余均为单箱单室箱梁，且均采用支架现浇法施工。根据现浇梁施工支架材料、现场施工条件等综合因素，拟采用满堂支架结合贝雷梁钢支架支撑体系，即北咽喉9N轴～10N轴和南咽喉8S轴～9S轴跨进出场施工主便道采用贝雷梁钢支架，其余采用碗口式满堂支架施工。 考虑现浇梁断面尺寸和梁宽变化较大，为便于施工调整，箱梁的侧模采用定型钢模板，底模由胶合板拼装，内模采用钢骨架支撑胶合板的模板支撑体系。1.1、满堂支架支架采用WDJ碗口式钢管钢支架，立杆采用LG.1200和LG.1800两种型号（长度分别为120cm和180cm）；横杆采用HG.60型和HG.90型（长度分别为60cm和90cm）；立杆可调底座采用KTZ.30型（可调范围0～30cm）；立杆可调托撑采用KTC.30（可调范围0～30cm）。纵向步距：距梁端5m范围内为60cm，梁跨中部为90cm。横向步距：梁腹板下共6个步距为60cm，梁底板、翼缘板下步距为90cm。碗口架搭设时，必须保证纵、横成线，做到横平竖直。纵横杆件要用碗口扣紧，不移动，形成牢固的纵、横、竖三维网架。为加强支架整体稳定性，按桥轴线纵横方向设置Φ48剪刀撑，剪力撑左右上下连通，横向沿纵向每支架8孔、4.8m设一道，共7道；纵向剪力撑设置5道，其中外侧两道，腹板梁正下方两道，底板梁中心线一道。支架搭设宽度要超出梁宽两侧各1.2m，并升至梁顶作为施工工作平台。立杆底托立于砼基础上，立杆顶部设可调顶托，顶托上方纵向铺设10×15cm方木，间距同支架配套设置：横向铺设10×10cm方木作为底摸支撑面，间距30cm。详见下图《满堂支架断面图》。碗扣式脚手架采用：直径为48mm,壁厚3.5mm。 图1满堂支架断面图1.2、贝雷梁支架跨越横向进出场临时主便道采用贝雷梁支架搭设，贝雷梁由立柱为外径Φ480mm、壁厚9mm的钢管和25b双工字钢横系梁组成的门式支架支撑。每跨设四排钢管立柱，分布间距为中跨9m、边跨8.25m。其中两端钢管立柱支撑在桥墩基础承台上，中间2排钢管立柱支撑在由6Ф40cm预应力管桩支撑的条形基础（1.4×1.2m）上。每排设5根立柱，间距为4.3+3.3+3.3+4.3m。施工砼条形基础时应在钢管位置预埋钢板、螺栓与钢管底座栓接牢固。为增加钢管的稳定性，钢管之间用12号槽钢连接。钢管安装完毕后用砂将钢管内部充填密实。在钢管顶部与横系梁之间安装砂箱，砂箱升降作用高度为5～8cm。在横系梁上架设的贝雷梁规格为300×150×90cm（腹板下）、300×150×45cm（底、翼缘板下）。因贝雷梁间距较大，沿贝雷梁的横向铺设一层12号槽钢，间距60cm。 2、满堂支架检算根据本支架的结构特性，将计算分成两大部分：(1)、首先根据箱梁上部结构尺寸图建立简支箱梁实体模型，如图1所示，并在其上施加模板重量、工作人群、工作设备等施工荷载，以便真实模拟箱梁结构效应，其次，根据满堂支架的布置及其上部结构传力作用点位置，竖向约束箱梁底面的传力节点，进行空间计算，得到作用在每根支架立杆上的竖向反力。图1简支箱梁实体模型 (2)、根据最不利竖向反力计算满堂支架立杆的强度及稳定性等。2.1、相关计算参数箱梁自重：程序自动计算钢模板：80—120kg/m2方木：820kg/m3施工荷载：120kg/m2立杆外径：48mm，壁厚：3.5mm，截面积：4.89cm22.2、强度验算当满堂支架步距按如下方式布置时，纵向步距：距梁端5m范围内为60cm，梁跨中部为90cm。横向步距：梁腹板下共6个步距为60cm，梁底板、翼缘板下步距为90cm。最大反力出现在腹板下的立杆处，数值为65.42kN，立杆应力为65.42kN/4.89cm2=133.77MPa<200MPa，强度可以满足相关规范的要求。2.3、稳定性验算N/ψA≤f式中：N为轴力值；ψ为轴心受压杆件稳定系数；f为钢材抗压强度值（取200MPa）。L0=kuh式中： k为计算长度附加系数，取1.155u为脚手架整体稳定性因素的单杆计算长度系数，取2h为立杆步距，取0.6m，L0=1.386m(L0为立杆计算长度)λ=L0/I=87.7（λ为立杆长细比，I为立杆回转半径I=1.58×10-2m），查表，ψ取0.673；A有效面积值4.89×10-4m2所以：N/ψA=65.42kN/(0.673×4.89×10-4)=198.76MPa<200MPa，稳定性可以满足相关规范的要求。2.4、结论当满堂支架按如下方式布置时，纵向步距：距梁端5m范围内为60cm，梁跨中部为90cm；横向步距：梁腹板下共6个步距为60cm，梁底板、翼缘板下步距为90cm。强度最不利应力为133.77MPa，稳定最不利应力为198.76MPa，均小于设计应力200MPa，所以，满堂支架强度和稳定性均可以满足相关规范的要求。二、满堂支架基础验算1、粉喷桩加固满堂支架地基 加固方案：粉喷桩加固深度为6~8m,桩径为Φ50cm，桩间距120cm，呈梅花型布置。施工时需根据桩底必须着落于持力层上原则确定桩长（持力层取硬塑粘土、粉质粘土层），可以钻机钻进明显缓慢、困难，显示电机电流突然升高作为停钻的判断依据，计算时桩长取为8m。加固范围：横向以梁宽边界的平面投影、两侧各加宽1.2m作为粉喷桩加固范围，且梁宽边界的平面投影两侧外不少于一排桩。纵向贯穿于除武青四干道路面宽和贝雷梁钢支架基础范围以外的所有地基，距桥墩承台四周边缘外50cm必须设桩。2、地表支撑面基础处理处理原理：经过粉喷桩加固的地基将大幅度提高软弱地基的承载能力，顶部加设褥垫层形成复合地基能进一步提高地基的承载功效，以满足支架承载对地基的整体要求。处理方案：在粉喷桩顶部铺设40cm厚的碎石垫层，平整碾压密实。处理范围：详见下图《满堂支架基础断面图》。图2满堂支架基础断面图3、立杆地基承载力计算（按1.2米间距计算）平均压力P≤fgP-立杆基础底面的平均压力，P=N/A； N-上部结构传至基础顶面的轴向力设计值；A：基础底面面积；fg：地基承载力设计值，取硬塑粘土、粉质粘土承载力180kPa。根据前面箱梁实体有限元模型计算可知，32m简支箱梁施工时上部结构传给支架顶的最大竖向力为：N1=9488kN；支架材料重：N2=66274+2126.6+24.69×820=88646.4kg=886.5kN；基础自重：N3=0.55×15.8×32×25+3.14×0.52/4×8×24×1420=53505.6kN；合计基础底面竖向力为：N=N1+N2+N3=63880kN；P=N/A=63880kN/15.8×32=126.3kPa≤fg=180kPa，满足施工要求。三、贝雷梁支架验算跨越横向进出场临时主便道采用贝雷梁支架搭设，贝雷梁由立柱为外径Φ480mm、壁厚9mm的钢管和25b双工字钢横系梁组成的门式支架支撑。每跨设四排钢管立柱，分布间距为中跨9m、边跨8.25m。其中两端钢管立柱支撑在桥墩基础承台上，中间2排钢管立柱支撑在由6Ф40cm预应力管桩支撑的条形基础（1.4×1.2m）上。每排设5根立柱，间距为4.3+3.3+3.3+4.3m。施工砼条形基础时应在钢管位置预埋钢板、螺栓与钢管底座栓接牢固。为增加钢管的稳定性，钢管之间用12号槽钢连接。钢管安装完毕后用砂将钢管内部充填密实。在钢管顶部与横系梁之间安装砂箱，砂箱升降作用高度为5～8cm。在横系梁上架设的贝雷梁规格为300×150×90cm（腹板下）、 300×150×45cm（底、翼缘板下）。因贝雷梁间距较大，沿贝雷梁的横向铺设一层12号槽钢，间距60cm。支架布置详见《贝雷梁支撑立面图》，贝雷梁有限元模型如下图所示。图3贝雷梁有限元模型1、贝雷梁验算根据前面箱梁实体有限元模型计算可知，32m简支箱梁施工时上部结构传给支架顶的最大竖向力为：N1=9309kN；贝雷梁上的12号槽钢垫板总重为：N2=76.6kN；考虑到12号槽钢垫板的均布作用，将箱梁上部结构传来的竖向力均匀分配给纵向中间5组贝雷梁，由施工图知，每组贝雷梁又由2-3片贝雷组成，合计12片贝雷，所以，每片贝雷承受的竖向力为：（N1+N2）/12=782.1kN，每延米受力：782.1/32=24.44kN/m。根据以上所述受力计算所得贝雷梁的应力情况如下图4所示：图4贝雷梁最不利应力计算结果（kPa）由应力计算可知，贝雷梁最大拉应力为189.9MPa，最大压应力为199.2MPa，均能满足相关规范的要求。 贝雷梁的变形情况如下图5所示：图5贝雷梁变形计算结果（m）由变形计算可知，贝雷梁的最大挠度为2.984mm，为其跨度的1/2765，满足相关规范的要求。2、立柱钢管验算贝雷梁的反力情况如下图6所示：图5贝雷梁反力计算结果（kN）因为每组贝雷梁由2-3片贝雷组成，所以，贝雷梁向下传给立柱钢管的竖向力最不利为：N1=247.1×3=741.3kN；每根立柱钢管承受的25b工字钢系梁重为：N2=46.37/20=2.3kN；每根立柱钢管承受的沙箱重为：N3=0.38kN；每根立柱钢管承受的12号槽钢剪刀撑重为：N4=0.75kN；长立柱钢管自重为：N5=6.66kN；立柱钢管所受最大竖向力为：N=N1+N2+N3+N4+N5=751.39kN。立柱钢管直径为480mm，壁厚9mm，面积为0.013m2。所以，立柱钢管的最大应力为：751.39/0.013=57.8MPa<200MPa ，强度满足相关规范要求。根据计算查表可得立柱钢管受压稳定系数为0.436，所以，考虑稳定时立柱钢管的最大应力为：751.39/0.013/0.436=132.6MPa<200MPa，稳定性满足相关规范要求。四、贝雷梁基础验算贝雷梁钢支架基础横桥向拟采用6根Φ40cmPHC管桩，管桩顶部与1.4×1.2m的条形基础相连，顺桥向与中间立柱钢管相对应，其上连接Φ480mm的立柱钢管，墩桥侧承台范围内立柱钢管直接支撑在承台上，不需另加基础。PHC管桩施工：管桩采用Ф40cm、壁厚8cm的成品桩，由锤击法垂直打入地层。施工时根据可打入深度配桩，以最终10击的贯入度不大于5cm作为终锤标准，且必须达到持力层上。根据已施工管桩承载检测结果表明：单桩承载力不小于2000kN。混凝土条形基础施工：条形基础断面尺寸为140cm宽、120cm高，由C30混凝土浇筑。条形基础底部设一层钢筋网片，与伸入管桩中孔的钢筋连接。管桩升入基础长度控制在8～10cm。详见《贝雷梁支架基础立面图》。由前面的计算可知，每根立柱钢管底所受的最大竖向力为751.39kN，所以，每根钻孔桩所受上部结构传来的竖向力为751.39×5/6=626.2kN；每根钻孔桩所受1.4×1.2m的条形基础重量为：N2 =1.2×1.4×13.6×26/4=148.5kN；当取桩长为30m时，桩自重为：N3=3.14×(0.42-0.242)/4×30×26=62.7kN；桩底所受竖向力为：N=N1+N2+N3=837.4kN<2000kN(单桩承载力)。由计算可知，PHC管桩基础可以满足相关规范的要求。