城市高架桥满堂支架设计计算

刘继九

(青海春雷铁道工程有限公司，青海西宁 810006)

1 工程概况

济南二环东路高架桥主线箱梁最大联为(36+45+36)m。桥梁结构为箱梁，箱梁结构为翼缘板式现浇连续箱梁，主线桥标准段主梁采用单箱三室断面，梁高2．3 m，等高度梁。箱梁顶板宽度24．8m，底板宽度15．5m，悬臂长度3．65m，悬臂根部厚65 cm，端部20 cm，箱梁内顶板厚度25 cm，底板厚度23 cm，腹板厚度42 cm～90 cm。

2 支架布置方案

该方案按照箱梁标准段设计，排架采用φ48 mm碗扣式脚手架。具体设计如下:

1)箱腹支架。横向排架立杆间距纵梁底为60 cm，空箱处为90 cm，箱梁纵向立杆间距均为90 cm，箱梁支撑处实腹横梁下立杆间距为60 cm×60 cm满堂布置，架水平杆步高120 cm。

2)翼板支架。沿桥向间距一律取 90 cm，横向一般按120 cm考虑，横向排架与腋梁的横向排架取直并联为一体。上部倾斜板底采用棒接杆处理，不设顶托，以保证模板方楞直接搁置于纵向水平杆上。该部分支架步高亦为1．2 m。

3)剪刀撑设置。沿桥向每隔5 m设剪刀撑一副，纵向对应腹板处每隔5 m设剪刀撑，其撑杆与水平线的夹角不小于45°。

3 计算依据

《高架桥工程设计施工图》《公路桥涵设计通用规范》《公路桥涵施工技术规范》《钢结构设计规范》《路桥施工计算手册》《施工结构计算方法与设计手册》《扣件式钢管脚手架计算手册》《建筑结构荷载规范》《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》。

4 计算中所采用的数据

4．1 碗扣式脚手架钢管材料特性

外径 φ(d)=48mm，壁厚 t=3．5 mm。截面积 A=489．303 mm2。每米重:3．841 kg/m=37．63 N/m。惯性矩I=12．19 ×104mm4，截面模量 W=5．08×103mm3，回转半径 i=15．78 mm。弹性模量E=2．06 ×105MPa。

4．2 脚手板方木几何参数

截面积A=100×100=10 000 mm2。惯性矩 I=8．3×106mm4。截面模量W=1．67×105mm3。回转半径i=28．87 mm。弹性模量E=1 000 MPa。

4．3 设计参数

1)杆件设计参数:a．立杆(Q235钢)抗拉、压、抗弯强度设计值 f=205 MPa。b．对接立杆容许轴力［P］=33．1 kN。c．立杆容许长细比:［λ］=210。d．横向斜撑、剪刀撑中的压杆容许长细比:［λ］=250。e．拉杆容许长细比:［λ］=350。

2)扣件、底座的承载力设计值:a．对接扣件(抗滑):3．2 kN。b．直角扣件、旋转扣件(抗滑):8．0 kN。c．底座(抗压):40．0 kN。

3)脚手板、纵、横向水平杆容许挠度:［υ］=1/150与10 mm(取小值)。

4)方木设计参数:a．抗弯强度设计值fm=17 MPa。b．顺纹抗压及承压强度设计值fc=16 MPa。c．顺纹抗拉强度设计值ft=10 MPa。d．顺纹抗剪强度设计值 fv=1．7 MPa。

5 荷载

新浇混凝土容重:26 kN/m3(含钢材);施工机具、人员、堆载物荷载:2 kPa;倾倒混凝土时产生的冲击荷载:2 kPa;振捣混凝土时产生的水平荷载:2 kPa;振捣混凝土时产生的竖直荷载:4 kPa;模板单位重:0．62 kPa;济南30年一遇基本风压:ω0=0．40 kPa。

6 分部位计算

6．1 中横梁处

1)按前述脚手架布置方案，横梁计算断面及脚手架立杆根数如下:a．立杆纵横向间距:60 cm;b．横梁计算支撑宽度:480 cm;c．横梁计算支撑长度:28×60+90=1 770 cm;d．支撑范围内立杆根数:n=8×31=248;e．脚手架立杆高度按12 m(偏安全)计算。

2)水平荷载(风荷载产生的弯矩设计值):MW=Kn×ω0×μs×la=0．14 ×0．4 ×(1．3 ×0．163)×0．6=0．007 1 kN·m。

3)竖向荷载:a．NG混凝土=17．70×4．80×2．3×26=5 080．6 kN。b．NG模板=17．7 ×4．8 ×0．62=52．7 kN。c．NQ施工=2 ×17．7 ×4．8+4 ×17．7 ×4．8=509．7 kN。d．单根中间立杆底部承受杆件自重:NG杆件=0．037 6×12+0．037 6 ×20×0．6=0．9 kN。e．Nz=NG混凝土+NG模板+NQ施工=5 080．6+52．7+509．7=5 643 kN。f．单根立杆竖向力:N=1．1 ×［(Nz/n)+NG杆件］=1．1 ×［5 643/248+0．9］=26．1 kN ＜ 底座承载力40 kN。

4)立杆稳定性计算:a．支架步距1．2 m，立杆两端按铰接计算，μ =1．0，立杆计算长度:l0=μ ×h=1．0 ×1．2=1．2 m。b．立杆长细比:λ =l0/i=1 200/15．78=76．1≤［λ］=210。c．稳定系数φ=0．744。d．稳定性计算:N/(φ × A)+MW/W=27 730/(0．744 ×489．3)+7．1/5．08=77．6 MPa ＜f=205 MPa。支架稳定性安全。

5)立杆顶部方木强度计算:a．按三跨连续梁计算，跨径0．6 m。b．q=0．6 ×2．3 × 26+0．037+12 × 0．6+4 × 0．6=45．51 kN/m。c．Mmax=0．1 × q × l× l=1．63 kN·m。d．σ =Mmax/W=1．63/0．167=9．8 kPa ＜ft=10 MPa。e．υmax=0．677 × q × l40/(100 × E ×I)=0．677 ×45．51 ×103×0．64/(100×1 000×106×8．3×10-2)＜［υ］=4 mm。方木稳定性安全。

6)立杆地基承载力验算:本满堂支架搭设于原二环东路路面结构层上，故地基承载力可取［σ］=120 kPa，脚手架下铺设承压板:σ =N/A=26．1/(0．6 ×0．6)=72．5 kPa＜［σ］=120 kPa。地基承载力满足要求。

6．2 连续梁腹板处

1)按前述脚手架布置方案，横梁计算断面及脚手架立杆根数如下:a．立杆横向间距:60 cm，纵向间距90 cm。b．单根立杆计算支撑宽度:60 cm。c．单根立杆计算支撑长度:90 cm。d．脚手架立杆高度按12 m(偏安全)计算。

2)水平荷载(风荷载产生的弯矩设计值):MW=Kn×ω0×μs×la=0．14 ×0．4 ×(1．3 ×0．163)×0．9=0．010 kN·m。

3)竖向荷载:a．NG混凝土=0．6 ×0．9 ×2．3 ×26=28．6 kN。b．NG模板=0．6 ×0．9 ×0．62=0．33 kN。c．NQ施工=2 ×0．6 ×0．9+4×0．6×0．9=3．24 kN。d．单根中间立杆底部承受杆件自重:NG杆件=0．037 6 ×12+0．037 6 ×20 ×0．75=1．1 kN。e．单根立杆竖向力:N=NG混凝土+NG模板+NQ施工+NG杆件=28．6+0．33+3．24+1．1=33．27 kN＜底座承载力40 kN。

4)立杆稳定性计算:a．支架步距1．2 m，立杆两端按铰接计算，μ =1．0，立杆计算长度:l0=μ ×h=1．0 ×1．2=1．2 m。b．立杆长细比:λ =l0/i=1 200/15．78=76．1≤［λ］=210。c．稳定系数φ =0．744。d．稳定性计算:N/(φ ×A)+MW/W=33 270/(0．744 ×489．3)+10/5．08=93．36 MPa ＜ f=205 MPa。支架稳定性安全。

5)立杆顶部方木强度计算:a．按三跨连续梁计算，跨径0．9 m。b．q=0．9 ×2．3 ×26+0．037+2 ×0．9+4 ×0．9=59．3 kN/m。c．Mmax=0．1 ×q×l× l=4．8 kN·m。d．σ =Mmax/W=4．8/0．167=28．7 kPa＜ft=10 MPa。e．υmax=0．677 ×q×l40/(100 ×E ×I)=0．677 ×59．3 ×103×0．94/(100 ×1 000 ×106×8．3 ×10-2)＜［υ］=4．5 mm。方木稳定性安全。

6)立杆地基承载力验算:本满堂支架搭设于原二环东路路面结构层上，故地基承载力可取［σ］=120 kPa，脚手架下铺设承压板:σ =N/A=33．27/(0．6 ×0．9)=61．6 kPa＜［σ］=120 kPa。地基承载力满足要求。

6．3 连续梁空箱处

1)按前述脚手架布置方案，横梁计算断面及脚手架立杆根数如下:a．立杆横向间距:90 cm，纵向间距90 cm。b．单根立杆计算支撑宽度:90 cm。c．单根立杆计算支撑长度:90 cm。d．脚手架立杆高度按12 m(偏安全)计算。

2)水平荷载(风荷载产生的弯矩设计值):MW=Kn×ω0×μs×la=0．14 ×0．4 ×(1．3 ×0．163)×0．9=0．010 kN·m。

3)竖向荷载:a．NG混凝土=0．9 ×0．9 ×0．5 ×26=10．53 kN。b．NG模板=0．9 ×0．9 ×0．62=0．5 kN。c．NQ施工=2 ×0．9 ×0．9+4 ×0．9×0．9=4．86 kN。d．单根中间立杆底部承受杆件自重:NG杆件=0．037 6×12+0．037 6 ×20 ×0．9=1．2 kN。e．单根立杆竖向力:N=NG混凝土+NG模板+NQ施工+NG杆件=10．53+0．5+4．86+1．2=17．1 kN ＜ 底座承载力40 kN。

4)立杆稳定性计算:a．支架步距1．2 m，立杆两端按铰接计算，μ =1．0。立杆计算长度:l0=μ ×h=1．0 ×1．2=1．2 m。b．立杆长细比:λ =l0/i=1 200/15．78=76．1≤［λ］=210。c．稳定系数φ=0．744。d．稳定性计算:N/(φ ×A)+MW/W=17 100/(0．744 ×489．3)+10/5．08=48．9 MPa＜f=205 MPa。支架稳定性安全。

5)立杆顶部方木强度计算:a．按三跨连续梁计算，跨径0．9 m。b．q=0．9 ×0．5 ×26+0．037+2 ×0．9+4 ×0．9=17．1 kN/m。c．Mmax=0．1 ×q×l× l=1．34 kN·m。d．σ =Mmax/W=1．34/0．167=8．3 kPa＜ ft=10 MPa。e．υmax=0．677 ×q×l40/(100 × E × I)=0．677 ×17．1×103×0．94/(100×1 000×106×8．3 ×10-2)＜［υ］=4．5 mm。方木稳定性安全。

6)立杆地基承载力验算:本满堂支架搭设于原二环东路路面结构层上，故地基承载力可取［σ］=120 kPa，脚手架下铺设承压板:σ =N/A=17．1/(0．9 ×0．9)=21．2 kPa ＜［σ］=120 kPa。地基承载力满足要求。

7 结语

高架桥施工中支架的安全尤为重要，由于对支架方案进行了设计计算，施工中又严格的进行了地基处理，支撑垫木，加设剪刀撑，保证了施工安全顺利的完成。