碗扣式满堂支架受力分析与验算

所属栏目:物理论文 发布日期:2012-09-19 08:48 热度:

  摘要:本文结合满堂支架的工程实际,对杆件在均布荷载、集中荷载下的受力进行分析,并通过验算,确定了杆件的空间布置,为该工程满堂支架施工提供了理论依据。并通过该工程实例,介绍了满堂支架搭设的一般要求,以作同行参考。
  关键词:满堂支架,受力分析,验算
  
  1.工程概况
  某现浇箱梁桥分三联,全长224m,C50砼2095m3,跨径组合为(3×20+4×26+3×20)m。箱梁高1.40m,为单箱双室等高度截面连续箱梁,底部宽10.7m,顶宽15.5m。箱梁施工时,采用WKJ碗扣式支架体系。
  2.初拟支架布置和构件尺寸
  1)传力系统
  本桥支架设2层方木作为传力系统,其中大方木置于碗扣式支架托撑上,截面为12cm×12cm,顺桥向布置,间距0.9m;小方木置于大方木之上,截面为8cm×10cm,横桥向布置,间距0.3m。
  2)支架规格及间距
  支架立杆钢管外径φ48mm,壁厚3.5mm,具体参数见下表。立杆采用600mm可调底座与600mm可调托撑,规格有3000mm、2400mm、1800mm、1200mm四种,空间布置为0.9m×0.6m。两种横杆规格为600mm、900mm,步距1.5m。
  钢管截面特性
  外径φ
  (㎜) 壁厚t
  (㎜) 截面积A
  (cm2) 回转半径i
  (㎝) 抗弯强度σ
  (Mpa)
  48 3.5 4.89 1.58 205
  3)整体稳定性保证措施
  为保证支架的稳定性,纵桥向及横桥向每隔3.6m连续布置剪刀撑。纵向在支架边缘必须设置剪刀撑,确保支架稳定。剪刀撑与地平面成45°,角度偏差小于15°,每一处与碗扣支架连接处必须用扣件紧固,必须上至底模板,下至地面。支架在箱梁宽度外各伸lm便于施工。
  3.荷载及受力验算
  1)荷载
   箱梁砼荷载:q1=19.95KN/m2;
   模板及方木荷载q2:取q2=0.5KN/m2;
   支架自重q3:q3=1.558KN/m2;
   倾倒砼冲击荷载q4:取q4=2.5KN/m2;
   混凝土振捣荷载为q5:取q5=2kN/m2。
  2)竹胶面板力学验算
  竹胶面板规格为2440mm×1220mm×12mm,静曲强度:[σ]纵向≥25Mpa,[σ]横向≥16Mpa;弹性模量:[E]纵向≥8.5×103Mpa,[E]横向≥4.5×103Mpa,跨度/板厚=300/12=25<100,属小挠度连续板,故按均布荷载下的四等跨连续梁计算。
  支架受固定荷载和活荷载,荷载分项系数分别为1.2、1.4,则有:
  q0=1.2×(q1+q2)+1.4×(q4+q5)=30.84KN/m2;
  面板线荷载q=30.84×1.22=37.625KN/m;
  W=bh2/6=2.928×10-5m3;
  I=bh3/12=1.7568×10-7m4;
  查路桥施工手册附录二“结构静力计算表”得四等跨连续梁弯距系数Km=-0.107,挠度系数Kf=0.632,故:
  Mmax=KmqL2=0.107×37.625×103×0.32
  =362.329N•m;
  σ=M/W=362.329×103/(2.928×10-5)=12.375Mpa
  <[σ]横向=16Mpa,抗弯强度满足要求。
  竹胶面板的背带为8cm×10cm木方,净跨径L为220mm,故:
  f=KfqL4/(100EI)
  =0.632×37.625×103×0.224/(100×4.5×
  103×1.7568×10-7)=0.71mm
  <[f]=300/400=0.75mm,挠度满足要求。
  3)小方木力学验算
  大小方木均使用鱼鳞云杉,允许抗弯强度值[σ]=13N/mm2,弹性模量E=9000N/mm2;小方木截面为8cm×10cm,间距为30cm,跨距L为60cm,按承受均布荷载的简支梁计算:
  单根方木线荷载q=0.3q0=9.252N/mm;
  W=bh2/6=1.33×10-4m3;
  I=bh3/12=6.67×10-6m4;
  Mmax=qL2/8=9.252×103×0.62/8=416.34N•m;
  σ=M/W=416.34/1.33×10-4
  =3.13N/mm2<[σ]=13N/mm2,抗弯强度满足要求。
  f=5qL4/384EI=5×9.252×6004/(384×9000×6.67×10-6×1012)=0.26mm<L/400=1.5mm,挠度满足要求。
  4)大方木受力验算
  大方木截面为12cm×12cm,间距为60cm,跨距L为90cm;按集中力作用下的简支梁进行计算;
  承受小方木的集中力
  P=30.84×103×0.6×0.3=5.551KN;
  W=bh2/6=2.88×10-4m3;
  I=bh3/12=1.728×10-5m4;
  联梁按简支梁计算,无均布荷载下,因为n=3,n为奇数,L=900mm,所以
  Mmax=(n2-1)PL/8n
  =(32-1)×5.551×103×0.9/(8×3)
  =1665.3N•m;
  σ=Mmax/W=1665.3/(2.88×10-4)
  =5.78MPa<[σ]=12MPa,强度满足要求;
  fmax=(5×n4-4n2-1)PL3/(384n3EI)
  =(5×34-4×32-1)×5.551×103×9003/(384×33×9000×1.728×10-5×1012);
  =0.92mm<L/400=2.25mm,挠度满足要求。
  5)支架受力验算
  ①碗扣立杆分布0.9m×0.6m,单根受力计算,支架承受荷载:
  q0=1.2(q1+q2+q3)+1.4(q4+q5)
  =32.71KN/m2;
  单根立杆受力为:
  N=0.9×0.6×32710=17663N,抗压承载能力σ=N/S=17663/489=36.12Mpa<[σ]=205Mpa,满足承载力要求。
  ②支架稳定性验算
  主要验算支架横桥向稳定性(按双排架计算、步距1.5m验算)。
  稳定性按下式验算:
  长细比:λ=L/i=1500/15.8=95,查JGJ166-2008规范附录E,得φ=0.626
  钢管容许应力[N]=[σ]Aφ
  =2.05×108×4.89×10-4×0.626×10-3
  =62.75KN;
  N=17.663KN<[N]=62.75KN,满足稳定要求。
  4.结束语:
  满堂支架施工作为一种成熟的工艺,在工程施工中得到了广泛的应用。而满堂支架的受力验算,是施工环节中比较重要的节点。通过对满堂支架的受力验算,及在该工程的应用,为现场施工提供了理论保证和用料的依据,保证了实体施工的安全、进度和质量,起到了很好的经济和社会效益。
  
  
  
  [1]周水兴.何兆益.皱毅松.路桥施工计算手册.人民交通出版社,2001,第1版
  [2]交通部行业标准.公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000).人民交通出版社.2000,第1版
  [3]建设部行业标准.建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范(JGJ166-2008).中国建筑工业出版社,2008

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