陈晓峰 刘 念 张 亮
节制闸施工中,经常遇到高度10m左右的闸墩、胸墙、排架、工作桥和交通桥。其脚手架、模板的稳定性影响施工人员安全,应进行必要的验算。本文通过对江苏省沭阳县友谊河节制闸高支模专项施工方案的研究,对类似工程在高支模专项方案编制、审核起到一定的借鉴作用。
沭阳县友谊河节制闸为3孔节制闸。闸墩每孔净宽5m,闸边墩宽1.2m,中墩宽1.5m,高7.5m;底板厚度1m(▽0.0~1.0m);排架高程从▽8.5~15.7m总高7.2m。分三次浇筑,第一次从底板浇筑至▽0.0,第二次浇筑至▽1.0~8.5m,第三次浇筑至▽15.7m。采用落地式扣件脚手架,从▽0.0搭设至▽15.7m为高支模工程且承载重量大,为重大危险源。
(1)基本参数
钢管类型为Φ48×2.7mm。
按一孔工作桥最大荷载作为控制计算,每孔工作桥钢筋混凝土重30t,脚手架步距1.5m,立杆纵距L1=0.6m,横距L2=0. 6m,总高度14.7m,工作桥混凝土数量为7.5m3。
(2)荷载计算
①模板荷载:q1=0.35kN/m2
②钢筋混凝土荷载: q2=25kN/m3×7.5m3/(4.2m×6.5m)=6.8kN/m2
③施工荷载:q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2
主要荷载为施工人员、施工设备荷载、振捣荷载和风荷载。施工人员、料具及施工设备按1.0kPa计算,振捣混凝土产生的荷载按2.0kPa计算,考虑几种荷载同时作用的概率很小,为此取2.5kN/m2进行计算:Q=6.8+0.35+2.5=9.65kN/m2。合计:P=9.65×4.2×6.5=263.45kN/m2。
(3)立杆稳定性计算
钢管位于内、外钢楞十字交叉处,每区格面积为0.6×0.6=0.36m2。
纵横向间距均为60cm,计每孔为96根立柱,各立柱间布置双向水平撑,上下共两道,并在垂直方向设置连续剪刀撑。
按强度计算每根立杆承受荷载为 N=263.45/96=2.74kN。
使用Φ48×2.7mm钢管,A=384mm2。
钢管的回转半径为:15.9mm。
支柱的受压应力为:σ=N/A=2.74/384×1000=7.14N/mm2。
按稳定性计算支柱的受压应力为:长细比λ=L/i=1500/15.9=94.3。
查表得φ=0.634。
σ=N/φA=2.74×1000/(0.634×384)=11.25N/mm2<f=205N/mm2,满足要求。
(4)横杆的强度和钢度验算
因为工作桥有四根主梁,主梁底作用在横杆上,梁底有两根檩条,视作承受集中荷载。每根梁荷载71.45×6.5=464.4kN,P=464.4/96=4.84。
横杆最大应力:
横杆最大扰度:
(1)基本参数
按一孔胸墙最大荷载0.7m×3m×6.5m作为样本进行计算,每孔胸墙钢筋混凝土重25.87t,脚手架步距1.5m,立杆纵距L1=0.5m,横距L2=0.5m,总高度7.5m。
(2)荷载计算
①模板荷载:q1=0.35kN/m2
②钢筋混凝土荷载:q2=25.87×10kN/m3/(1.3m×5.0m)=39.8kN/m2
③施工荷载:q3=0.85m×3.0kN/m2=2.5kN/m2
主要荷载为施工人员、施工设备荷载、振捣荷载和风荷载。施工人员、料具及施工设备按1.0kPa计算,振捣混凝土产生的荷载按2.0kPa计算,考虑几种荷载同时作用的概率很小,为此取2.5kN/m2进行计算:q=39.8+0.35+2.5=42.65kN/m2。合计:P=42.65×1.3×5.0=277.23 kN/m2。
(3)立杆稳定性计算
纵向间距为40m,横向间距为60cm.双排钢管共计44根。
每根立杆承受荷载为:277.23/44=6.3kN。
使用Φ48×2.7mm钢管,A=384mm2管的回转半径为:15.9mm。
每孔采用44根,各立柱间布置双向水平撑,上下共两道,并在垂直方向设置连续剪刀撑。
按强度计算,支柱的受压应力为:σ=N/A=6.3/384×1000=16.40N/mm2。
按稳定性计算支柱的受压应力为:长细比λ=L/i=1500/15.9=94.3。
查表得φ=0.634。
σ=N/φA=6.3×1000/(0.634×384)=25.88N/mm2<f=205N/mm2,满足要求。
(4)横杆的强度和刚度验算
把胸墙视作为梁,胸墙底作用在横杆上,墙底有两根檩条,视作承受集中荷载。每个胸墙荷载:P=277.23/44=6.3kN。
横杆最大应力:
横杆最大扰度:
墩墙施工其高度均为7.5m。混凝土对模板产生的侧向压力及相关数值是否满足要求,进行以下设计计算。
(1)混凝土对模板产生侧向压力位置
采用江正荣编著的《建筑施工计算手册》中混凝土对模板的侧压力计算。采用内部振捣器时,新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力,可按下列两式计算,并取两式中的最小值:
式中:
F—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kN/m2);
γc—混凝土的重力密度(kN/m3);
to—新浇混凝土的初凝时间(h),可按实测确定。当缺乏试验资料时,可采用计算;
T—混凝土的温度(°);
V—混凝土的浇灌速度(m/h);
β1—外加剂影响修正系数,不掺外加剂时取1.0,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2;
β2—混凝土塌落度影响修正系数,当塌落度小于30mm时取0.85,坍落度50~90mm时取1.0,坍落度110~150mm时取1.15(见图1)。
(2)墩墙模板受混凝土侧向压力值计算
①侧向压力值计算
β1=1.0,β2=0.85,T=10,H=7.5
F=0.22γctoβ1β2V0.5=0.22×25×1.58=59.09 kN/m2
F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2
按取最小值,故最大侧压力为59.09kN/m2。
有效压头高度h=F/γc=59.09/25=2.36m。
②拉杆选用
拉杆承受的拉力:设横向间距0.5m,纵向间距0.7m。
P=59.09×1000×0.5×0.7=20681N。
查表8-10得P=21000N。
查表8-11选用M16,其容许拉力为24500N>20681N。
③排架计算(H=7.2m)
F=59.09kN/m2
F=γcH=25×7.2=180kN/m2
根据以上公式计算,最大侧压力为59.09kN/m2,有效压头高度h=59.09/25=2.36m,因此,排架拉杆同于墩墙,选用M16。
(3)墩墙模板强度、刚度校核计算
1)木模厚度和内模截面、间距
F=59.09kN/m2
F=γcH=25×7.5=187.5kN/m2及F=γcH=25×7.2=180kN/m2
取二者中较小值F=59.09kN/m2作为模板侧压力的标准值,并考虑倾倒混凝土产生水平荷载标准值4kN/m2,分别取荷载分项系数1.2、1.4,则作用于模板的总荷载:
q=59.09×1.2+4×1.4=70.91+5.6=76.51 kN/m2
2)木模计算
①强度计算
设木模板的厚度为13mm
W=1000×132/6=2.82×104N3/mm
M=l/10·ql2= l/10×64.68×0.22=0.26kN·m(l为内模计算跨距,l=0.2m)
模板截面强度δ=M/W=0.26×106/2.82×104=9.2<13N3/mm。
故满足强度要求。
②刚度验算
刚度验算采用标准荷载,同时不考虑振动荷载作用,则:
q2=59.09×1=59.09kN/m2
I=l/12bh3=l/12×8×43=4.27×105
W=59.09×2004/(150×9×103×4.27×105)=0.16<[W]=L/400=400/ 400=1.0
故,刚度满足要求。
(4)内模计算
设内模截面50mm×100mm,W=8.33×104,I=4.27×105,外间距200mm。
①M=l/10·ql2=l/10×59.09×0.22=0.236kN·m
δ=M/W=0.236×106/8.33×104=2.83<13kN/m2
②刚度验算
内木模挠度由式得:
W=59.09×2004/(150×9×103×4.27×105)=0.16<[W]=L/400=400/400=1.0
刚度满足要求。
图1 混凝土对模板产生侧向压力示意图
表1 各部位钢管脚手及模板核算成果汇总表
通过以上对工作桥、胸墙、墩墙脚手架及模板整体稳定性的计算,从中选取了相关材料的型号、尺寸,从而避免发生跑模、炸模和失稳现象的发生,确保整体施工安全,有效保证工程质量的合同目标。另外,要注重以下几点: (1)脚手架纵横距离要严格按方案进行布设,其间距不得大于方案所明确的数据,同时在满堂脚手架搭设的高度上,按三层进行布设的,因此,剪力撑布设严格按不小于三层进行布设,防止产生失稳现象。(2)木制的内外模距离、尺寸必须按方案实施,防止产生刚度不够而出现跑、炸模的问题。(3)方案所涉及的其他数据尺寸,在施工中一定不小于方案明确的布设数据。(4)成果汇总表,见表1■