水电施工技术2013・第2期总第72期 现浇连续裕染满堂友架方案设计计算方法 的探讨研究 刘 波 (中国水利水电第三工程局有限公司) 【摘要】本文结合大西高速铁路建设,某连续箱梁混凝土支架法现浇施工中满堂支架方案的受力分析计算 过程的实例,较为系统的阐述了在混凝土支架法现浇施工过程中,支架方案的设计和受力分析、计算方法; 为类似工程施工提供一定的经验参考。 【关键词】满堂支架连续箱梁强度刚度稳定性 1前言 单室斜腹板结构,桥顶板宽度由12m加宽至 满堂支架法混凝土现浇施工技术目前已经被大 13.4m,底板宽6.20m,顶板厚度由40cm变化至 量的应用于铁路工程、桥梁工程、公路工程、水利 70cm,底板厚度由30cm,变化至90cm,腹板厚 水电工程以及其它各大建筑工程领域。满堂支架法 度由50cm按照线性变化值1 lOcm,梁体在墩顶部 施工,有着灵活、便捷、经济、适应性强等优点, 和端部共设置了8道横隔板,梁端处隔板的厚度 所以满堂支架法施工技术被越来越多的建设施工单 1.5m,中墩处隔板的厚度2m。 位所青睐;如何科学、合理、经济的进行支架方案 4支架方案设计步骤及方法 的设计是满堂支架法施工成败的一大关键性问题。 本连续梁采用碗扣式满堂红支架法进行施 2满堂支架方案设计的任务 工。 满堂支架设计主要任务就是通过对各种施工 由于箱梁纵向分布的不均匀性,支架设计时 条件进行分析、比较、计算,首先确定出选用模板、 杆件布置也沿着桥梁纵向变化,支架设计计算时 支架、分配梁等主要材料的类型,通过计算确定支 每一跨梁体根据体型变化分为:标准断面区段、 架搭设的间排距及其它搭设参数,并分别对模板、 支点断面区段、变截面区段、2m中支横隔板区、 支架、分配梁、门洞等受力构件的强度、刚度及稳 1.5m端支点横隔板区五个区段分别进行验算。 定性进行验证;另外对支架方案所需要的基础承载 由于箱梁横向断面结构的不均匀分布,为了 力进行计算,进而按照承载力要求结合实际地质状 使得支架设计计算比较合理,根据箱梁横断面的 况对支架地基基础提出经济合理的处理方案。 结构型式,横向分为:中间部分(包括顶板和底 下面本文结合实际案例对碗扣式满堂支架方 板)、腹板部分、翼板部分三部分进行设计计算。 案的设计计算方法进行探讨。 根据工程实际情况,经过初步设计确定本工 3案例工程概况 程的模板采用竹胶合板,胶合板的厚度为15mm, 模板底部纵肋选用lOcmx lOcm的方木,纵肋的 新建铁路大同至西安客运专线某连续梁全长 布置方式为:根据不同部位间距为15cm或者 225.45m,梁体结构为(3O.15+5x32.73+30.15)m预 20cm顺桥向布置。纵肋(方木)下方横梁(支架 应力混凝土连续箱梁。梁体高为3.05m,为单箱 顶托上方)选用10#槽钢,槽钢布置间距根据支架 20 中国水利水电第三工程局有限公司 的纵向间距确定;支架采用直径48x3.5mm的碗 (2)施工荷载:2.5I ,m ,含人员、施工机 扣支架,支架纵、横向间距根据不同区段合理布 具等。 置,分别为30cm、60cm、90cm不等。 (3)模板自重:底模、腹板侧模、翼缘底模 4.1荷载统计计算 为15mm厚竹胶板计算,竹胶板容重取8.0kN/m , 对于支架计算的各种荷载计算统计问题,各 合0.144l(] m 。 (4)内支撑自重:内模和支架荷载:内模为 种书籍及相关规范不尽相同,但是大同小异;大 15mm厚竹胶板计算,竹胶板容重取8.0kN/m3,合 的方面将各种荷载分为两种:一种为恒荷载,第 0.144kN/m2;内膜支架按照平面60cm ̄90cm,步距 二种为活荷载;恒荷载一般包括:模板、支架自 60cm,统一按照3.05m梁高处计算,则0.45N/m2。 重,钢筋混凝土及其它圬工砌体的自重;活荷载 (5)振捣荷载:取2.0kN/m2。 一般包括:人员、施工机具、行走运输、材料的 (6)倾倒混凝土产生荷载:取2.0kN/m 。 堆放等产生的荷载,混凝土施工时倾倒、振捣时 (7)支架自重:支架高度小于12m,忽略。 候产生的荷载,以及其它可能产生的风、雪、保 (8)风雪荷载:忽略。 温措施等产生的荷载。 (以上数值取自相关设计文件及《路桥施工 一般在强度验算过程中,取全部可能的荷载 组合,而对于刚度验算过程中一般只取恒荷载和 计算手册》) 可能产生的风、雪及保温措施等产生的荷载。另 4.1.2荷载计算 外对于荷载的分项系数问题在《建筑结构荷载规 荷载计算时根据梁体的结构型式,分不同的 范》中有规定,一般在强度验算时候恒荷载分项 部位不同的区段分别进行统计计算。 系数取1.2,活荷载分项系数取1.4,刚度验算是 案例工程全桥为7跨简支连续梁,结构型式 均取1.0,抗倾覆稳定性验算时分项系数均取0.9。 基本相同,采用等高度变截面连续梁,由于在支 支架系统计算一般从上部结构逐步往下计 点两侧5m区域内和跨中区域,箱梁腹板、底板 算,从模板一纵肋一横梁一支架一地基。 尺寸相同,仅在桥梁两端各15m范围内,顶板宽 4.1.1荷载取值 度由12.0m渐变为13.4m。为简化计算,全桥偏 案例工程支架的荷载取值如下: 于安全统一取一个标准跨32m,顶板宽取最宽部 (1)梁体钢筋混凝土容重:26.5 I/m3。 位13.4m典型横断面进行计算。 .I2o 蛳c● 蜘 _ 柏 I柏 110 1∞ 1∞ 1幻 I船 13o 1∞ .. 11O I柏 柏 E 1 。1l—— 螅’ \ 1 。 1 ‘ 1 1 1‘ 一 墨 埘j 臀 譬 — —.& I~ \. 柏 【’ I l1a 、/ / 1 1 辛 、- ’ |\ f { 丽0 I I]0\ /|1 凇l 囊中 8 P 11 /2 一 y / m /J 鸯 y 暑 \ f 埒袁 2 l 瑚 31o 31O ∞口 - e∞ 图1桥梁支点横断面 21 水电施工技术2013・第2期总第72期 本文以荷载较大的桥梁支点位置横断面(图 根据设计图纸及相关资料结合上述荷载取值 1)为例进行计算说明。 进行计算各个部位的荷载组合。 4.1.3荷载组合 案例工程荷载计算结果见表l。 表1 荷载计算结果统计表 单位:(kN/m2) 区段部位 混凝土 施工荷 模板重 内支撑 振捣荷 砼浇筑荷 ⑦支架重⑧风、雪 荷载 自重① 载② ③ 重④ 载⑤ 载⑥ 等其它荷载 Q 标准 断面 翼缘 24.013 2.5oo 0.144 2.oo0 2.O00 忽略 30.657 支点 腹板 88.9l3 2.500 O.144 2.oo0 2.000 忽略 95.557 断面 顶板 30.536 2.500 0.144 2.000 2.000 忽略 37.18O 底板 26.235 2.5oo 0.144 0.450 2.ooO 2.Ooo 忽略 33.329 变截面 中隔板 端隔板 说明:本案例工程所处位置风、雪影响较小, 支架不高故⑦、⑧因素不予考虑;变截面段寿艮据截面 变化函数确定相应的数值。 4.2计算所用力学参数 方木容许顺纹弯应力[ ∞]---9.5MPa,弹性 4.2.1竹胶板力学参数 模量E=8.5×1o3MPa(选用针叶林,木材应力等级 15mm厚竹制胶合板; 为A.5,为较低等级),最大抗剪强度设计值[T】= 竹胶板弯曲强度【o-]=50MPa,弹性模量 1.5MPa。 E=0.5x 10 MPa; 截面面积:A=0.01mz 1m宽度时,截面面积:A=0.015m ,最大抗 截面惯性矩: 剪强度设计值H=1.5MPa; L: : :,=一=一! : ::8= 333x10X—s m: .12 l2 截面惯性矩: 截面弯曲抵抗系数: ,=一: =一:2.=Z^l’X 813×10-7 ! 12 l2 =截面弯曲抵抗系数: 譬= 一7 。 : :! : =375x10-5 3。 4.2.3 10#槽钢力学参数 .6 6 10号槽钢的容许弯曲应力为[ ∞]=215MPa, 4.2.2方木力学参数 弹性模量E=2.1xlO MPa。槽钢立放时,抗弯惯性 22 中国水利水电第三工程局有限公司 矩:I ̄-198.3em4;弯曲截面系数:W=39.7cm 。 卧倒放置时,抗弯惯性矩:Iy=25.6cm4;弯曲截面 系数:W=7.8cm 。 验算调整。 4.3.1底模板(竹胶板)计算 底模板的实际受力模型为多跨超静定结构,简 4.2.4碗扣支架力学参数 碗扣架的直径48ram,壁厚3.5mm,杆件为 轴心受压杆件,回转半径为:1.58cm,当步距为 化为三跨连续梁进行计算。 采用应力顺序传递的方式进行计算,即组合荷 载传递给方木分配梁,方木分配梁传递给槽钢主梁, 60cm时,立杆允许荷载为40kN/根;步距为120cm 槽钢主梁传递给杆件。计算模型中,lOcmX lOcm 时,立杆允许荷载为3OkN/根;顶托和底座允许荷 方木分配梁作为胶合板的点支撑,实际方木具有宽 载为50 。 度,减小了胶合板的实际下挠度数值。一 4.3底模板及底部纵肋、横梁计算 根据暂定方案选定的竹胶板及底部方木的 间、排距,验算模板的强度和刚度,如果不满足 对于底模板及底部纵肋、横梁计算要按照之 要求,调整方木间距(也可更换模板)后,再进 前划分的:横断面按不同部分(中间部分(包括 行验算,直至验算满足要求。 项板和底板)、腹板、翼板三部分),纵断面按不 以支点断面腹板位置的底模板为例计算说明:一 同区段(跨中标准断面、支点断面、变截面区段、 底模拟采用15ram厚竹胶板,下部方木间距 2m中支横隔板区、1.Sin端支点横隔板区五个区 为20 cm。计算模型如下图所示: 段)分别进行计算,对暂定的支架模板方案进行 图2支点断面腹板部分底模受力示意图 (1)强度验算: 传递给方木分配梁的荷载: 荷载组合: F=1.1ql=1.1x115600 ̄0.2=25322N; q=1.2(① ⑦)+1.4(② 蛔十⑧)= 最大弯曲应力: 1・2×(88・913+o+0)+1・4×(2・5+2+2+0)=115・6 arw=・M I ̄IX3 69.9,= =9.86 < =50 kN/m2(相关数据取自表I荷载计算统计表); (满足要求); 计算Im宽竹胶板的均布荷载: (2)刚度验算: Q:1 15.6 : 荷载组合:q=( _④ ・⑧=88.913+0+0+o 最大正弯距: =88.913kN/m2; :0.0 , :0.08×1 15600×0.22:3699c ); 最大挠度: .=0.667 q14酉=0.667x而 =6.74x10"4m=盯肭; 23 水电施工技术2013・第2期总第72期 ——则挠跨比:争=, =20 0 2 85 351O 。(不满腰 ……一一 将竹胶板下方方木间距调整为1(3)调整后继续验算 5cm的间距。 重新进行刚度验算: ''!4fmx=0.667 ̄百=0.667x 2删; 川此时挠跨比: , ,、 , .4.3.2模板下纵肋(方木)计算 去≤ 1 ‘满足要求 以支点断面腹板位置方木为例计算说明: 支点断面腹板部分底模板(竹胶板),模板 采用10emx10cm方木,间距设计为15 cIrI,考虑 下方方木间距为15cm,满足要求。 施工误差按照25cm进行验算,顺桥向布置,支垫 其它部位的计算方式与支点断面腹板部分 间距60cm(横梁间距),按照3跨连续梁计算模 的计算方式相同。 型进行计算如图3所示。 图3支点腹板下方方木受力示意图 L 一 (1)强度计算 (满足要求); 荷载组合: 剪应力计算: 一 = = =8.6 ; q=1.2( ③ )+1.4(②峋峋峋)=1.2x(88.913+0.144+0+0)+1.4x(2.5+2+2+0) ’max = 2A = 2xlOOx100 =1.29MPa ̄_[r]=1.‘。 …‘。5 。 =115.768kN/m2: (满足要求); 均布荷载:Q=I 15768 ̄0.25=28942N/m: (2)刚度计算 最大弯距: 荷载组合: =0.1ql =0.1x28942x0.6 =1042(N. ) q=① ④ +⑨=88.913+0.144+0+0+O 一=89.057 、I/nl2: 最大弯曲应力: Mmsx均布荷载:Q=89o57xo.25=22264N/m; vw : : 1.66 ̄10_4 :6.25MPa<[a]:9.5MPa 最大挠度: =0.667 q14万=0.667x 7 0.27 <—L:—60—O:1.5 400 400 24 中国水利水电第三工程局有限公司 刚度满足使用要求。 其它部位的方木计算方法相类似,注意根据 方木不同的布置方式,区分计算模型属于简支梁 还是连续梁,按照相应的模型进行计算。 距较小,近似的认为均布荷载作用在梁上,均布 荷载量值直接由换算的均布面荷载计算。 以支点断面腹板下横梁为例进行计算说明: 横梁采用10槽钢卧倒放置,横桥向布置,支 点断面底板下横梁支撑间距30cm,简化为三跨连续 4.3.3横梁(1 0#槽钢)计算 梁。按照3跨连续梁计算模型进行计算如图4所示。 横梁承受方木传来的集中荷载,由于方木间 j 图4支点腹板下方横梁受力示意图 (1)强度验算 ,叫=0.667。。。q14面-o- , m 荷载组合: 冈 脑.1 300 =o.75arm q--1.2(∞ )+1.4(② 峋蛔) 其它部位的横梁计算方法相类似。 =1.2×(88.913+0.144+0+0)+1.4×(2.5+2+2+O) 4.4碗扣脚手架计算 =115.768 kN/m : 4.4.1脚手架间排距确定 均布荷载:Q=l15768xo.6=69461N/m; 碗扣脚手架竖向步距60em时,立杆允许荷载 最大弯距: 为40kN/根;根据荷载计算的结果对各个不同部位 的脚手架立杆间、排距进行验算调整。 =0.1g, =0.1x6946 ̄0.3 =625.2(N.m) 同样以支点断面腹板位置脚手架间、排距计 故最大弯曲应力: 算为例说明: 支点断面腹板位置初步确定的间(横桥向)、 = : 78xl0--6;80.~ 2MPa<[ 】:182MPa 。 .排(顺桥向)距为30cmx60cm。 (满足要求); 支点断面腹板位置支架所受荷载选取最大 (2)刚度验算 的荷载Q=95.557kN/m2(横梁及方木荷载微小可 忽略不计),转化为横梁沿桥梁纵向30cm宽(间 荷载组合: q=①+③ +◎= 距)的线荷载,横梁将荷载传递给支架系统。 88.913+0.144+0+0+0=89.057kN/m2; 按照平均承载:q--95557x0.3=28667.1N/m。 排距:b=P/q--40/28.67=1.39m 均布荷载:Q=89o57xo.6=53434N/m: 顺桥向排距1.39m满足要求,施工时候取 最大挠度: 0.6m. ——水电施工技术2013。第2期总第72期 安全系数=1.39/0.6=2.32(安全); 设方木使基础均匀受力,案例工程的混凝土垫层 其它部位支架的间排距计算方式相类似,一 厚度为15 ̄m,下垫方木规格为15×15cm,继续 般以支架安全系数达到1.4以上为宜。 以支点断面腹板下立杆为例进行地基承载力计算 进行说明(实际在方案设计过程中地基承载力计 4.2.2立杆受力及稳定性验算 算时候,要以所受荷载最大部位的立杆来进行计 同样以支点断面腹板位置脚手架单根立杆 算)。 的受力情况计算为例说明: 搭设支架需要的地基承载力计算公式为: 碗扣脚手架竖向步距60cm计算,立杆允许 Ⅳ p=-- .荷载为40kN/根; 在上文4.2.2中已经计算出单根立杆的受力 支点断面腹板位置支架所受荷载选取最大 N=1 5.4kN: 的荷载Q=0.9x95.557 ̄/m =86.0Ol ̄/m (横梁 受力面A的确定要综合考虑,对于案例工程 及方木荷载微小,可忽略不计); 该部位立杆的间排距为30cm X 60era,支架基础厚 。单根立杆的受力为: 度为15cm,方木厚度为15cm,一方面根据基础 N=86001x0.6x0.3=15.4kN<40- : 受力的扩散角确定受力范围边长(15+2×15),一 按照强度验算: 方面要考虑单根支架的支撑范围(30cm×60cm) N15400‘,.:一A :—489 —:31.49 <205 ̄a;(符 ’ ’。 确定边长,各个方向均取最小边长; 合要求): 所以A=aXb ̄.3x(0.15+2x0.15)=0.135m ; 立竿稳定系数验算: 则需要的地基承载力为: =一N脚手架为 48x3.5mm,立竿步距为60cm =一= =——=:114 ̄a<2 =: 14 200 ̄a q0.135 i=1.58cm;A ̄89mm;(查《路桥施工手册》) (2O0kPa为支架地基处理完成后的容许承 长纽比: = ; 载力); 安全系数n=【P】/P-2Oo/114=1.75>1.5,安全。 根据长细比查表,稳定系数 =O.89,Q235 钢容许应力;【cr】=205 。(查《路桥施工手册》); 5结束语及建议 : =——=一:— 0=35..39≤【j1 SI I=D1:2…05 ̄‘一a( 安全) 炎芏l 满堂支架体系的计算,根据梁体具体型式, .89X489 。 ’ 。 分部位分区段对模板、支架、横梁等受力构件进 [NI= 【 】 =4.89×10一 ×205×10’×0.89=89.22七Ⅳ 15.4七Ⅳ 行验算,针对不同的部位和区段,设计不同的支 安全系数n= \,=89.22/1 5.4=5.8>1.4(安全); 架模板搭设参数。 立杆不会发生失稳破坏: 搭设支架需要设置通行门洞时候,门洞一般 其它部位的立竿受力验算方法相类似。 由工字钢梁或者贝雷架梁,碗口式支架或者钢管 柱,下部基础等结构组成,根据选择的门洞的型 4.5支架基础承载力计算 式和材料对纵、横梁、门柱等受力结构进行强度、 支架地基一般浇筑混凝土垫层,立杆下方铺 刚度、剪应力及稳定性计算,计算方法与支架计 26 中国水利水电第三工程局有限公司 算方法相类似。 水浸泡沉陷,只有经过详细、合理、准确的受力 支架基础处理要根据实际地形确定处理方 分析和计算,才能设计出安全、可靠、经济的支 式,确保达到支架搭设最低承载力要求,另外要 架搭设方案参数,满足施工的需要。 注意基础的防、排水处理,防止基础长时间受雨 【参考文献】 【1<路桥施工计算手册》.1】北京:人民交通出版社,2001. 【2】<铁路混凝土工程施工技术指南》(铁建设(2010)241号).北京:中国铁道出版社,2010. 【3】<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 13o_-20o1J84—20o1)北京:中国建筑科学研究院,2001. 【4】<建筑结构荷栽规范》(GB50009-2001).上海:同济大学出版社,2005. [5《公路桥涵施工规范》0TJ041—2000)5]. 毛家河水电站机蜗壳全部安装完成 4月21日,毛家河水电站最后一台机蜗壳安装完成,蜗壳安装是水轮机中一个重要的部件,结构 复杂,安装焊接工作量大。蜗壳的焊接工作质量,直接影响水轮机效率和强度,是机组安装过程中一个 重要环节。 最后一台机蜗壳顺利安装完成,为业主、监理、设计及项目部6月份的防洪度汛目标赢得了时间, 机坑浇筑即将全面展开,加快了进程,为机组的顺利安装奠定了基础。 海勃湾水利枢纽电站主体混凝土浇筑完成 4月7日。海勃湾水利枢纽电站工程4号机进水口A块最后一仓主体混凝土浇筑达到1078.65m竣 工高程,至此,由公司承建的海勃湾电站标段的机组段和右连接坝段混凝土浇筑全部完成,电站机组段 坝顶交通将在完成交通预制梁安装和连接坝段空腔填筑后全线贯通。 此前,右岸连接坝段和副厂房排架柱顶部圈梁最后一仓混凝土已于4月3日浇筑完成,高程分别 为1078.20m和1095.90m,标志着电站主体框架混凝土全部浇筑完成。 海勃湾水利枢纽工程于2010年1O月开工,2011年3月23日完成主河床截流。为保证主体混凝 土顺利浇筑。西北分局海勃湾项目部在2011年冬季,冒着严寒组织冬季抢工,完成了至关重要的振冲 碎石桩施工79188延米,为后期混凝土浇筑赢得了时间。2012年冬季,项目部再次进行冬季混凝土施 工,截至目前,项目部已累计完成混凝土浇筑23万m3。 岗曲河水电站主变及GIS试验顺利通过 近日,由制造安装分局承建的岗曲河水电站主变 ̄.220千伏GIS经云南电力研究所试验一次性通过。 主变及GIS设备安装过程中,在岗曲河项目全体员工的共同努力、奋力拼搏及项目领导的正确安排和 业主的大力支持下,克服资金紧张等一切困难,精心进行每道工序安装,安装质量优良,试验一次通过, 为公司赢得了良好信誉,得到业主和监理好评。 27