施工脚手架资料

脚手架的设计与施工

讲解人：范海军

2010年7月17日

目 录

第一章 支架的构造与特点

第一节 支架的种类……………………………………………………1 第二节 材料强度计算及强度取值……………………………………2 第三节 模板、支架设计荷载…………………………………………5 第四节 荷载组合………………………………………………………7 第五节 支架系统设计…………………………………………………7 第六节 碗扣脚手架施工控制重点……………………………………11 第七节 跨空支架设计…………………………………………………11 第二章 材料强度计算及强度取值

第一节 扣件式钢管材料………………………………………………13 第二节 荷载……………………………………………………………13 第三节 扣件式钢管脚手架设计要点…………………………………14 第三章 组合钢模设计

第一节 组合钢模板连接件物理力学特征……………………………15 第二节 组合钢模板连接件设计………………………………………17 第四章 算例（新溉立交上跨桥）

第一节 工程概况………………………………………………………18 第二节 支架系统………………………………………………………18 第三节 环道车行门洞设计计算………………………………………27 第四节 环道人行门洞设计计算………………………………………29 第五节 车行门洞和人行门洞施工……………………………………31 附图

K-1 五人路高架桥支架立面布置图 K-2 1-1支架模板横断面

K-3 2-2支架模板横断面 K-4 3-3支架模板横断面 K-5 4-4支架模板横断面 K-6 5-5支架模板横断面 K-7 6-6支架模板横断面

第一章 支架的构造与特点

第一节 支架的种类

碗扣式支架、钢管支架、杆件支架、木支架、竹支架、土牛拱胎支架等。

1、 碗扣式脚手架

碗扣型多功能脚手架具有安装、拆卸方便，承载力大，安全有保证的特点，是近二十年来广泛使用的脚手架类型。核心部件是碗扣接头，有上碗扣、下碗扣、横杆接头和上碗扣限位销组成。脚手架立杆和顶杆上每隔0.6m设置一对碗扣接头，规格型号如下表。下碗扣和上碗扣限位销直接焊在立杆或顶杆上。当上碗扣的缺口对准限位销时，上碗扣可沿立杆向上滑动。连接横杆时，先将横杆接头插入下碗扣的圆槽内，将上碗扣沿限位销滑下扣住横杆接头，并顺时针旋转扣紧，用铁锤敲击几下即能牢固锁紧。

多功能碗扣式脚手架规格型号

2、 碗扣式脚手架承载力

根据WDJ碗扣型多功能脚手架使用说明书，支撑立杆的设计允许荷载为：

h步=600mm [Nmax]：40kN h步=1200mm [Nmax]：30kN h步=1800mm [Nmax]：25kN h步=2400mm [Nmax]：20kN

目前，普遍立杆纵距布设为顺桥向90cm；横距向90cm、120cm；竖向步距90cm、120cm。具体需按哪种组合布置应经内力计算。特别注意：由于计算时是按平均布载，所以在腹板及横隔板下应将步距减小到0.6m。

斜撑布置一般在整架四周满框布置，也应在隔墙基腹板下满框布置，当支架高于30米左右时，还需增加水平剪力撑，支架外侧布设连续剪力撑或增加支架缆风以增加支架整体稳定性。 第二节 材料强度计算及强度取值

模板﹑支架和脚手架属于临时结构，其强度设计采用容许应力法。 1、 木材强度取值

碗扣式支架顶托上常用10×12cm、5×8cm的木枋形成纵横构架，支承桥梁胶合板，木枋木材不宜低于Ⅲ等材。

木材容许应力见表2-1

各种常用木材的容许应力和弹性模量（MPa） 表2-1

注：①弯曲剪应力仅用于整体梁的弯曲受剪力验算；

②对于柱（桩）式墩盖梁，柱式座架墩底梁等在局部长度上的容许横纹承压应力为全面积容许承压应力的2倍； ③木材湿度超过30%或在水中的结构，木材横纹容许承压应力和弹性模量减低10%； ④原木顺纹受压和受弯的容许应力及弹性模量可提高15% ⑤截面短边尺寸大于15cm的方木受弯容许应力可提高15%。

6

各种木材的容许应力提高系数见表2-2

木材容许应力和弹性模量提高或降低系数 表2-2

2、 钢材容许应力

用于制造钢模模板、钢管支架、拱架的钢材一般为A3号普通碳素钢，其容许应力见表2-3

钢模板、钢管支架及配件的容许应力（MPa） 表2-3

3、 支架系统容许挠度

验算模板、拱架及支架的刚度时，其容许挠度不得超过表2-4的规定值。

模板 、拱架及支架容许挠度值 表2-4

第三节 模板、支架荷载计算

1、 新浇筑混凝土、钢筋砼或其他圬工结构物自重c

按容重取：砼或砼块砌体容重为24KN/m3（2.4t/m3）；钢筋砼，当钢筋含筋量≤2%（以体积计）时为25KN/m3，当钢筋含筋量＞2%（以体积计）时为26KN/m3；新砌砖石可取容重为24KN/m3。

2、 施工人员、施工料具运输、堆放荷载P1

当计算模板及其下肋条时，取均布荷载2.5KPa（0.25t/m2）。 3、 倾倒混凝土产生的冲击荷载P2

倾倒砼时会产生冲击荷载：（1）用0.2m3容器或用溜槽、串筒、导管倾倒时取2.0KPa；（2）0.2~0.8m3容器倾倒时取4.0KPa；（3）用大于0.8m3容器倾倒时取6.0KPa。

4、 振捣混凝土产生的荷载P3

振捣砼时产生的荷载对地板取2.0KPa，对垂直侧板取4.0KPa。 5、模板、支架自重P4

木材按容重取：松木6KN/m3，橡木落叶松7.5KN/m3，杉木5KN/m3。 钢材按容积或面积重量取：一般取78.5 KN/m3；对定型钢模、钢模板及连接件取0.5 KN/m3；钢模板、连接件加钢板可取0.75 KN/m3。

6、新浇筑混凝土对侧面模板的压力

使用内部振捣器时，新浇混凝土对侧面模板的侧压力

当采用插入式振捣器振捣且混凝土灌注速度在6m/h以下时，作用于侧模的压力可按以下面两式进行计算，取两式计算值较小者为侧压力，如图7-5，两式分别为：

Pm0.22t0K1K2v1/2和Pm2.5H

式中： Pm——新浇混凝土对侧面模板的最大压力，kPa； ——混凝土的容重，KN/m3; t0 ——新浇混凝土的初凝时间，h；

K1——外加剂影响修正系数；不加外加剂时，K1 =1.0；缓凝外加剂时，K1 =1.2；K2——坍落度影响修正系数；坍落度小于30mm时，K2=0.85；坍落度为50~90mm时，K2=1.0；坍落度为110~150mm时，K2=1.15;

——混凝土的浇筑速度，m/h；

H——混凝土测压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度，m；h——有效压头高度，m。

采用外部振捣器时，新浇混凝土对侧面模板的最大侧压力可采用下式计算：

当4.5m/h,H2R时,

Pmax=H

当v4.5m/h,H2R时,

Pmax=(0.27v0.78)K1K2

其中：

H——对模板产生压力的混凝土灌筑层高度，m； R——外部振捣器作用半径，m，R=1；

——混凝土的容量，KN/m；

3

——混凝土的浇筑速度，m/h；

K1——混凝土的温度系数，5℃~7℃为1.15；12℃~17℃为1.0；

28℃~32℃为0.85；

K2——混凝土拌合物的坍落度影响系数，同上题。

第四节 荷载组合

梁、板的底模板、支架荷载效应组合的各项荷载符合下表。

模板结构设计属于临时性结构设计，目前我国还没有专门规范，因此只能遵守我国现行的有关设计、施工规范的有关规定执行。当按容许应力设计时，应按有关规定考虑容许应力提高降低系数。 第五节 支架系统设计 1、支架模板系统设计内容

（1）系统的构成：基础、支架、模板三部分 （2）支架基础处理

对于承重支架搭设之前，需对支架基础进行处理。根据大量的脚手架垮塌事件调查发现，支架基础不均匀沉降造成事故的占绝大多数。因此，支架基础处理好坏直接影响支架的安全性。支架基础处理因特别要注意支架范围跨越小型坑洞、沟槽、地下管线等的处理。处理的方法一般有：换填、增加

砼基础厚度、木方或型钢直接跨越等。

值得借鉴的支架地基沉陷引起的支架垮塌事件有：长滨路支架垮塌、嘉滨路支架垮塌等。 （3）支架系统

支架系统由底托、栏杆、横杆、顶托、剪刀撑等组成。

支架系统设计包括立杆跨度，横杆步距，门洞设计等，进行强度、刚度及稳定性验算。 （3）模板系统

模板系统设计包括横枋和纵枋的选择、间距、验算，模板规格型号等选择、验算，进行强度和刚度验算。 2、支架模板系统设计方法 2.1支架模板设计流程

模板厚度、型号确定（须作强度、刚度验算）→纵枋规格型号确定、间距确定（强度、刚度验算）→横枋规格型号确定、间距确定（强度、刚度验算）→立杆验算（强度、刚度、稳定性验算）→支架基础验算（强度验算） 2.2支架模板设计方法 （1）模板设计

现在工地上用的模板绝大多数为国产胶合板，产品种类很多，因此确定模板规格型号以及厚度的依据不是通过计算得出，而是根据厂家提供的模板物理力学指标参数（包括模板强度、刚度等力学指标）。依据荷载大小对比不同厚度和品种的物理力学参数来选择最合适、最经济的产品。

模板厚度选择受纵枋的间距决定。

（2）纵枋设计

荷载计算和荷载组合按前节所讲计算，木枋受力计算强度和刚度，即弯曲应力、剪应力和挠度值。根据木枋跨度和长度，受力图式为均布荷载作用下的简支梁、两跨连续梁、多跨连续梁等，计算公式如下表。

内力及变形计算公式

强度验算：

M

[w] WQ

剪应力为 1.5[]

A

弯应力为 w

刚度验算：

挠度为 ffmax[f] （3）横枋设计

纵枋将荷载传递给横枋，纵枋传递的荷载为纵枋支座反力，保守设计取

纵枋的最大反力。根据纵枋的间距，可将横枋视为等价位均布线荷载（均布线荷载=纵枋最大支反力/纵枋间距+横枋自重），也可等价位若干集中荷载（纵枋最大支反力）。横枋的计算荷载为通过木枋简化受力计算木枋的强度和刚度，包括弯曲应力、剪应力和挠度值。根据木枋跨度和长度，可简化成均布荷载作用下的简支梁、两跨连续梁、多跨连续梁等，计算公式如上表。 强度验算：

M

[w] WQ

剪应力为 1.5[]

A

弯应力为 w

刚度验算：

挠度为 ffmax[f] （4）立杆设计

横枋将荷载传递给立杆，横枋传递的荷载为横枋支座反力，保守设计取横枋的最大支反力。

为压弯构件影响系数，是与是与计有关，计为步距。

i

查《钢结构设计规范》（GB50017－2003）附录C，得。 第六节 碗扣脚手架施工控制重点

1、纵（横）向落地斜撑设置保证倾斜角度不小于45°，通常为45°～60°斜撑交叉设置，并沿横向每4排设置一道,以增加体系的几何不变。

2、立杆脚必须与地面完全接触，如有缝隙，利用底脚丝杆进行调整和用C30细石混凝土填缝，以保证受力均匀。

3、在斜坡上搭设碗扣支架时，由于每隔0.6m设置一对碗扣接头（底托可调节高差最大可达60cm），可通过分联来减小斜坡落差影响，联与联之间通过普通钢管扣件连接。

4、尽量避免在腹板、横梁或横隔板等荷载大处出现横枋探头枋(是臂端)，若为减少木枋浪费，可用抓钉连接并增设一根支撑钢管。

5、支架搭设调整完毕后进行支架预压试验，检验支架承载能力和检测支架实际变形量，消除非弹性变形为支架设置主梁预拱度提供基础数据。 第七节 跨空支架设计

在结构施工时，常会遇到跨空搭设支架的情况，比如车行通道、人行通道、管沟、陡坡等。跨空支架设计在荷载计算和荷载组合与第三节和第四节相同，不同的地方主要在支架的承重梁和承重梁基础的设计。在受力分析方面要比满堂式支架要简单，跨空方式大多只采用一种，即一跨简支或多跨简支跨越。因此在受力分析上可简化为简支或简支+悬臂，力学计算简单。

跨空支架的承重梁形式多样，根据跨空跨径和荷载大小选择不同的承重梁，主要有型钢、贝雷片、移动模架、组合钢梁、钢桁架、万能杆件等。承重梁的支撑系统形式也很灵活，工程上比较常用的有碗扣脚手架、钢柱、型钢、贝雷片等。

承重梁设计根据荷载大小确定承重梁的规格、型号、数量，主要验算承重梁的强度和刚度，对于大型承重结构还须分析侧向稳定性（侧向失稳分析）。承重梁的支撑系统为承压结构，主要验算强度、刚度和稳定性，计算方法与第五节立杆计算方式相同。

第二章 扣件式钢管脚手架设计

第一节 扣件式钢管材料

扣件式钢管支架适用于高度较小无水或水流较浅的河流和平地支架，主要由立杆（立柱）和横向水平杆（小横杆）、纵向水平杆（大横杆）、剪刀撑和斜撑等组成，立杆、大横杆、小横杆是主要受力构件，采用Q235（3号）钢，截面特性见下表。扣件式钢管支架杆件连接采用直角扣件、旋转扣件和对接扣件三种，供两根钢管直角连接、搭接连接或对接连接用 ，3种扣件的容许荷载分别为6kN、5kN和2.5kN。

立杆间距应根据计算确定，一般顺桥向（纵向）为1.0～1.2m横桥向以0.5～1.1m为宜，大横杆步距不宜超过1.5m。

扣件式钢管支架关键必须搭设在经处理的坚实地基上，在立柱底部铺设垫层和安放底座，垫板可以采用厚度不小于200mm的混凝土或厚度不小于50mm的木板

扣件式钢管截面特性表

第二节 荷载（计算见前章节）

钢管支架容许荷载

第三节 扣件式钢管脚手架设计要点

1、扣件式钢管脚手架受力分析与碗扣式脚手架相同；

2、由于扣件式钢管脚手架搭设形式非常灵活，在搭设过程中一定要注意各部位受力控制点，支架的受力承载力控制可能是钢管，也可能是扣件或扣件抗滑，通过验算比较取小值。

3、 扣件式钢管脚手架须进行强度、刚度和稳定性验算，计算方法同碗扣式脚手架。

4、钢管脚手架搭设过程中必须注意立杆的垂直度，水平杆件的水平性，保证铰接按杆件框架受力均匀，同时斜撑剪力撑须按要求设置。

5、施工中还需搭设马道或直跑人行梯道支架，保证人员上下支架及安全逃生之必经。

第三章 组合钢模设计

第一节 组合钢模板连接件物理力学特征

要保证砼成型尺寸符合设计施工图的要求，重点介绍如下：

模板拉杆用于连接内、外两组模板，保持内、外模板的间距，承受混凝土侧压力对模板的荷载，使模板有足够的强度和刚度。拉杆形式多采用圆杆式（通称对拉螺栓或穿墙螺栓），分组合式和整体式两种。前者由内、外拉杆和顶帽组成；后者为自制的通长螺栓，通常采用Q235圆钢制作。

模板拉杆的计算公式如下：

FPA （3－１） 表3－1﹑表3－２﹑表3－3为按公式（3－１）编制的对拉螺栓拉力计算表，已知Ｐ﹑ａ﹑ｂ可直接查出Ｆ值。

表3－4为常用对拉螺栓力学性能表，可根据计算或查出的Ｆ值选用螺栓直径。

Ｆ――模板拉杆承受的拉力，Ｎ； Ｐ――混凝土的侧压力，Ｐａ；

Ａ――模板拉杆分担的受荷面积，ｍ2，其值为Ａ＝ ａｂ

ａ――模板拉杆的横向间距，ｍ； ｂ――模板拉杆的纵向间距，ｍ。

对接螺栓拉力F（单位：N）计算表（P30kPa） 表3-1

注：当混凝土侧压力P30kPa时，对拉螺栓的拉力F

，P为实际的混凝土侧压力；FP

为表3-15中查出之值。当P40kPa和60kPa时，可查表3-2和表3-3

对接螺栓拉力F（单位：N）计算表（P40kPa） 表3-2

对接螺栓拉力F（单位：N）计算表（P60kPa） 表3-3

注：同表3-1。当时，取表3-2和表3-3平均值

对拉螺栓力学性能表 表3-4

第二节 组合钢模板连接件设计

1、模板砼侧压力计算见前面章节。 2、荷载组合见前面章节。

3、组合钢模连接件设计只需进行强度验算。

第四章 算例（新溉立交上跨桥）

第一节 工程概况

新溉立交上跨桥上跨郑家院子转盘桥梁起于K0+095.288米，止于K0+250.438米，全桥长155.15米（含桥台），跨径布置为45+55+45米。平面位于曲线上，曲率半径1500米，竖向位于双向“人”字纵坡上，坡度分别为3.5％与-3％。单幅桥面设单向1.5%的横坡，由结构找坡。采用单幅变截面连续箱梁桥结构形式，桥梁全宽18.5米，翼缘的悬挑长度为3.5m，现浇C55砼。桥梁上部结构为预应力变截面连续箱梁，采用斜腹式单箱两室断面，顶板宽为18.3m，底宽11.3m；梁高为1.8~2.8m；主梁顶板厚25~50cm，底板厚45~70cm，腹板厚85cm。

第二节 支架系统

2.1地表处理

结合本工程现状和地质资料，上跨桥基本位于五人路及转盘中央绿化带上，原绿化带覆土层有0.6~0.8m厚，由于绿化带采用松填土质又差，作持力层会引起支架下沉，将土层全部人工挖除人工夯实，松填土人工装机运外运至弃渣场。根据施工荷载计算浇筑25cm厚C25砼进行地基加固处理，支架底座直接支承于混凝土上。

2.2支架搭设

本次现浇梁全部采用WDJ碗扣支架，立杆横纵间距依据荷载不同通过计算确定。在跨中段标准段顶板和底板处采用90×90cm，箱梁腹板处采用60×60cm，横梁处和横隔板处采用60×60cm，横杆步距60～120cm。在跨线桥第一跨和第三跨预留一个3m（宽）×2 m（高）的人行安全通道，以便行人过

街横穿。在上跨转盘环道时，为保证环道交通正常通行，在环道南北处各预留一个12m（宽）×3.8m（高）的车行通道。预留通道用63a工字钢及WDJ碗扣支架形成，此处碗扣支架间距为30×60cm，横杆步距为60cm。并在进入转盘环道的各路口处设限高门架，以保证满堂支架安全。支架横枋采用12×10cm木枋，纵枋采用5×10cm木枋，见上跨桥全幅支架附图K-1~K-7。

支架拼接严格按照方案图纸执行，拼接之前在地坪上拉线定位立杆位置。支架拼装时利用底脚丝杆先找平，找平后再往上拼装。随着拼装高度的增加，横纵两个方向利用斜撑加固，斜撑用Φ48钢管脚手架和扣件与立杆节点处进行连接加固。纵向落地斜撑设置保证倾斜角度不小于45°，斜撑交叉设置，并沿横向每4排设置一道。横向落地斜撑设置保证倾斜角度不小于45°，斜撑交叉设置，并沿纵向每4排设置一道。每孔支架拼装完后，逐个检查每个立杆脚是否与地面完全接触，如有缝隙，利用底脚丝杆进行调整和用C30细石混凝土填缝，如有台阶，需减平台，使底座严密确保安全。

支架拼接调整到位之后，搭设横纵方及木桁架。根据施工放样的主梁高程对纵横方及木桁架进行微调就位，以便于模板的安装。大横方直接支承固定支架上托上，木桁架和纵方用马钉固定在大横方上。支架搭设调整完毕后进行支架预压试验，检验支架承载能力和检测支架实际变形量，为支架设置主梁预拱度提供基础数据。

2.3支架计算

上跨桥的支架系统设计主要为满堂支架系统，设计验算内容有预留门洞、纵横木枋、架管等。

2.3.1纵方计算

主梁跨中位置跨径为0.9m，主梁横梁位置为0.6m。纵方为5×8cm的东北落叶松，容重6KN/m3，顺纹弯应力[σw]= 14.5 MPa，弯曲剪应力[τ]= 2.3 MPa，弹性模量E=11×103MPa。 （1）荷载计算

混凝土自重：c26KN/m3；

施工人员、施工料具运输、堆放荷载：P12.5KPa； 倾倒混凝土产生的冲击荷载：P22.0KPa； 振捣混凝土产生的荷载：P32KPa； 内、外模自重：P43.8KPa。

纵方强度计算荷载组合：Q1cP1P2P3P4 纵方挠度计算荷载组合：Q2cP4 （2）强度计算

纵方的固定和纵向连接是根据每根方的实际长度进行，每根方的定长均为4m，所以在实际铺设中至少为四跨连续支撑，若出现一跨简支或两跨连续的闭合方将改为10×10cm的木方，严禁出现探头方。偏于安全计算，将纵方简化为受均布荷载作用下的四跨连续梁进行强度、刚度验算，计算简图如图1。

1）横梁位置

横梁处和横隔板处砼压力按高度3m控制，则纵方强度计算荷载组合为：

Q1cP1P2P3P426*32.52284.5KPa

纵方间距为20cm，则线荷载为：q10.2*Q10.2*84.516.9KN/m 纵方跨径为l10.6m，则

跨中最大正弯矩为：M10.08q1l120.08*16.9*0.620.4867KN.M； 支点最大负弯矩为：M10.107q1l120.107*16.9*0.620.651KN.M 支点最大剪力为：T10.607q1l10.607*16.9*0.66.155KN 则

跨中弯应力为：

1w

M10.4867

5.84MPa[w]14.5MPa，满足强度要求。 W18.33105

支点弯曲应力为：

1w

M10.651

7.8MPa[w]14.5MPa，满足强度要求。 5W18.3310

支点弯曲剪应力为：

T16.155*103

11.51.5*1.8MPa[]2.3MPa，满足强度要求。

A10.1*0.05

2）主梁跨中位置

该段砼压力按上下底板厚度总和最大0.72m控制，则纵方强度计算荷载组合为：

Q1cP1P2P3P426*0.722.5223.829.02KPa

纵方间距为30cm，则线荷载为：q10.3*Q10.3*29.028.71KN/m 纵方跨径为l10.9m，则

跨中最大正弯矩为：M10.08q1l120.08*8.71*0.920.564KN.M； 支点最大负弯矩为：M10.107q1l120.107*8.71*0.920.755KN.M 支点最大剪力为：T10.607q1l10.607*8.71*0.94.758KN

则

纵方跨中最大弯应力为：

1w

M10.564

6.77MPa[w]14.5MPa， 满足强度要求。 5

W18.3310

支点最大弯曲应力为：

1w

M10.7559.06MPa[w]14.5MPa，满足强度要求。 5

W18.3310

支点弯曲最大剪应力为：

T14.758*103

11.51.5*1.43MPa[]2.3MPa，满足强度要求。

A10.1*0.05

（3）挠度计算

1）主梁横梁位置

砼压力按横梁高度3m控制，则挠度计算荷载组合为：

Q2cP426*3078KPa

纵方间距为20cm，则线荷载为：q20.2*Q20.2*7815.6KN/m 纵方跨径为l10.6m，跨中最大挠度为：

q2l14

f10.677*

100EIz10.677*

l15.6*0.6

0.6mm11.5mm

100*11*213.3400

4

，满足刚度要求。

2）主梁跨中位置

该段砼压力按上下底板厚度总和最大0.72m控制，则挠度计算荷载组合为：

Q2cP426*0.723.822.52KPa

纵方间距为30cm，则线荷载为：q20.3*Q20.3*22.526.76KN/m

纵方跨径为l10.9m，则最大挠度为：

q2l14

f10.677*

100EIz10.677*

l6.76*0.9

1.3mm12.2mm

100*11*213.3400

4

，满足刚度要求。

2.3.2横方计算

由于箱梁的截面形式不同，在主线桥底板位置横方为最不利受力点。根据箱梁底板的横方进行控制整个桥梁上部结构横方的强度、刚度是偏于安全的。箱梁底板宽为11.3m，木方长4m，立杆间距0.9m，偏于安全考虑，将横方简化为四跨连续梁计算。大横方为12×10cm的东北落叶松，容重6KN/m3，顺纹弯应力[σw]= 14.5 MPa，弯曲剪应力[τ]= 2.3 MPa，弹性模量E=11×103MPa。

根据上面对纵方的计算结果，纵方作用在横方的集中力为纵方的支点反力。横方的强度及刚度计算均以纵方的最大剪为外部荷载，由于8×5cm纵方分布比较均匀将四跨作用的集中力简化为均布力作用进行强度、刚度验算，计算简图如2。

（1）强度计算 1）主梁横梁位置

该处纵方支点最大反力为：T1'1.143q1l11.143*16.9*0.611.6KN 则

均布力为：q2

T1'11.6

58KN/M 0.20.2

跨径l20.6m，则

横方跨中最大弯正矩为：M20.08q2l220.08*58*0.621.67KN.M 横方支点最大负弯矩为：M20.107q2l220.107*58*0.622.23KN.M 支点最大剪力为：T20.607q2l20.607*58*0.621.1KN 则

跨中弯应力为：

2w

M21.67

7.0MPa[w]14.5MPa，满足强度要求。 W22.4104

支点弯曲应力为：

2w

M22.23

9.3MPa[w]14.5MPa，满足强度要求 W22.4104

支点弯曲剪应力为：

T121.1*103

21.51.5*2.64MPa1.15[]2.65MPa，满足强度要求。

A10.12*0.1

2）主梁跨中位置

该处纵方支点最大反力为：T1'1.143q1l11.143*8.71*0.98.96KN，则 均布力为：q2

T1'8.96

29.87KN/M 0.30.3

跨径l20.9m，则

横方跨中最大弯正矩为：M20.08q2l220.08*29.87*0.921.94KN.M 横方支点最大负弯矩为：M20.107q2l220.107*29.87*0.922.45KN.M 支点最大剪力为：T20.607q2l20.607*29.87*0.916.32KN 则

跨中弯应力为：

2w

M21.94

8.08MPa[w]14.5MPa，满足强度要求。 W22.4104

支点弯曲应力为：

w

M22.45

10.2MPa[w]14.5MPa，满足强度要求 4

W22.410

支点弯曲剪应力为：

T116.32*103

21.51.5*2.04MPa[]2.3MPa，满足强度要求。

A10.12*0.1

（2）挠度计算

1）主梁横梁位置 均布力为：q2

T1'11.6

58KN/M 0.20.2

横方跨径为l20.6m，则跨中最大挠度为：

4q2l2

f10.677*

100EIz1

4

0.677*

l58*0.6

0.3mm21.5mm

100*11*1440400

，满足刚度要求。

2）主梁跨中位置 均布力为：q2

T1'8.96

29.87KN/M 0.30.3

纵方跨径为l20.9m，则最大挠度为：

4q2l2

f10.677*

100EIz1

0.677*

l29.87*0.9

0.9mm22.2mm

100*11*1440400

4

，满足刚度要求。

2.3.3立杆计算

拼接支架的碗扣式立杆规格有Φ48×3.5×1200mm，Φ48×3.5×1800mm

和Φ48×3.5×3000mm，横杆规格有Φ48×3.5×900mm，Φ48×3.5×600mm。立杆直接支撑大横方，因而立杆的外荷载为横方作用。根据上面对横方的受力分析，可以得到不同部位立杆的受力大小。立杆的最大自由长度为1.2m（详见附图），立杆的强度、刚度和稳定性按自由长度为1.2m进行验算。碗扣支架为A3号普通碳素钢，其容许应力见下表3。 （1）立杆强度、刚度计算 1）主梁横梁位置

该处横方支点最大反力为：T2'1.1q2l21.1*58*0.638.28KN，即立杆受到轴向力N38.28KN

则有：

立杆轴向压应力：求。

底座尺寸为10×10cm，底座地基的压力为：q小于C25砼强度。

所有上部结构最长的立杆长度L＝9m，立杆最大轴向变形为：



N38.28

3.83MPa，0.1*0.10.01

N38.2878.28MPa[]140MPa，满足强度要A0.000489



E

L

78.28

*94.9mm 2.1

2）主梁跨中位置

该处横方支点最大反力为：T2'1.1q2l21.1*29.87*0.929.57KN，即立杆受到轴向力N29.57KN

则有：

立杆轴向压应力：求。

N29.5760.47MPa[]140MPa，满足强度要A0.000489

底座尺寸为10×10cm，底座地基的压力为：q小于C25砼强度。

N29.57

2.96MPa，0.1*0.10.01

所有上部结构最长的立杆长度L＝9m，立杆最大轴向变形为：





E

L2.3mm

（2）立杆稳定性计算

立杆的最大自由长度为1.2m，查上表可得立杆的回转半径为：

i

I

0.0158m A

长细比为：

L1.276 i0.0158

查《钢结构设计规范》（GB50017－2003）附录C，得0.744，则立杆最大受压应力为：

max

Nmax38.28

105.2MPa[]140MPa，满足强度要求。 A0.744*0.000489

2.3.4 结论

以上计算结果表明，支架、横枋、纵枋的强度、刚度、稳定性能够满足箱梁施工安全要求。

第三节 环道车行门洞设计计算

3.1环道车行门洞荷载及材料选择

在上跨转盘环道时，为保证环道交通正常通行，在环道南北处各预留一个12m（宽）×3.8m（高）的车行通道。预留车行通主梁采用63a工字钢及WDJ碗扣支架形成，此处碗扣支架间距为30×60cm，横杆步距为60cm。在环道车行门洞范围对应于箱梁的加厚段，主梁上面采用的WDJ碗扣支撑，布置与上述加厚段相同。环道门洞主梁支撑WDJ碗扣支架，环道门洞主梁设计

净跨L=12m，宽18.5m，主梁布置间距为60cm，每个环道车行门洞共31片型钢主梁，两个环道门洞总计需62片型钢主梁（详见图K-1、K-4、K-5），则门洞主梁的荷载为：

WDJ碗扣支架布置为90cm×90cm，每个立杆的压力为N29.03KN，即作用于主梁的荷载为q4

N29.03

*0.6*0.621.5KN/m

0.9*0.90.81

3.2门洞主梁强度及刚度验算 （1）门洞主梁强度验算

根据以上的荷载计算可将主梁受力简化为在q4均布荷载作用下的简支梁，则主梁跨中弯矩为：

11

M4q4.L2*21.5*122387KN.m

88

跨中应力为：

4

M4387

129.7MPa[w]145MPa，强度满足要求。 Wx2984.3

（2）门洞主梁刚度验算 最大挠度为：

5q4L4f4

384EI，刚度满足要求。 45*21.5*12L29mm30mm384*2.1*94004400

3.3立杆计算

环道车行门洞主梁两端采用30×60cm间距布置的WDJ碗扣支撑，型钢主梁通过放置在碗口架管的12×10cm木枋过渡。WDJ碗扣支撑延纵桥向4排，横桥向39排，则

立杆轴向压应力：

q4L/2N21.5*12*0.566MPa[]140MPa，满足强度要求。 A4*0.0004890.003912

最长的立杆高度H＝4m，立杆最大轴向变形为：



EL66*41.2mm 2.1

底座尺寸为10×10cm，底座地基的压力为：

N21.5*12*0.53.2MPa，小于C25砼强度。 0.1*0.1*40.01*4

立杆的最大自由长度为0.6m，查上表可得立杆的回转半径为：

iI0.0158m A

长细比为：L0.638 i0.0158

查《钢结构设计规范》（GB50017－2003）附录C，得0.893，则立杆最大受压应力为：

maxNmax21.5*12*0.574MPa[]140MPa，满足强度要求。 A0.893*0.003912

3.4 结论

以上计算结果表明，环道车行门洞主梁、支架的强度、刚度、稳定性能够满足箱梁施工安全要求，保证行车安全。

第四节 环道人行门洞设计计算

4.1人行门洞荷载及材料选择

在上跨转盘环道时，为保证行人安全正常通行，在环道南北处各预留一个3m（宽）×2m（高）的行人安全通道。预留车行通主梁采用 [20a号槽钢及WDJ碗扣支架形成，此处碗扣支架间距为60×30cm，横杆步距为60cm。行人安全通道对应于箱梁的加厚段，主梁上面采用的WDJ碗扣支撑，布置与上述加厚段相同。行人安全通道主梁支撑WDJ碗扣支架，环道门洞主梁设计

净跨L=3m，宽19.5m，主梁布置间距为90cm，每个环道车行门洞共23片型钢主梁，两个环道门洞总计需46片型钢主梁（详见图K-1、K-6），则门洞主梁的荷载为：

WDJ碗扣支架布置为90cm×90cm，每个立杆的压力为N29.03KN，则槽钢最不利受力如图所示。

4.2人行安全通道主梁强度及刚度验算

（1）主梁强度验算

根据以上的荷载计算可将主梁受力简化为如图3所示荷载作用下的简支梁，则主梁最大弯矩为：

M51.2N1.2*29.0334.84KN.m

最大应力为：

5M534.8497.9MPa[w]145MPa，强度满足要求。 Wx2*178

（2）主梁刚度验算

最大挠度为：

5.95N

6EI，刚度满足要求。 5.95*29.03L7.2mm7.5mm6*2.1*1780.4400f5

4.3立杆计算

环道车行门洞主梁两端采用60×30cm间距布置的WDJ碗扣支撑，槽钢主梁通过放置在碗口架管的12×10cm木枋过渡。WDJ碗扣支撑延纵桥向布置2排，横桥向布置32排，则

立杆轴向压应力：

2N2*29.0339.6MPa[]140MPa，满足强度要求。 3A3*0.000489

底座尺寸为10×10cm，底座地基的压力为：

2N2*29.031.9MPa，小于C25砼强度。 0.1*0.1*30.01*3

立杆的最大自由长度为0.6m，查上表可得立杆的回转半径为：

iI0.0158m A

长细比为：L0.638 i0.0158

查《钢结构设计规范》（GB50017－2003）附录C，得0.893，则立杆最大受压应力为：

maxNmax2*29.0344.3MPa[]140MPa，满足强度要求。 A0.893*3*0.000489

4.4 结论

以上计算结果表明，环道人行门洞主梁、支架的强度、刚度、稳定性能够满足箱梁施工安全要求，保证行人安全。

第五节 车行门洞和人行门洞施工

车行门洞和人行安全通道均处于交通繁忙的环道之上，因此在型钢主梁安全架设过程及其重要，详细布置图请见附图K-1。施工步骤如下：

（1）根据平面布置图进行支架平面位置放线，撒灰线确定型钢主梁的WDJ碗扣支撑系统位置；

（2）根据车行门洞和人行安全通道设计图搭设WDJ碗扣支撑系统，放置12×10cm木枋；

（3）通过8t平板车将63a工字钢和[22a槽钢从公司基地运抵现场准备安装，待晚上凌晨交通量很小时用25t吊车逐片将型钢安装就位；

（4）调整型钢高度，在平面位置上通过Φ25钢筋延通道横向将各片型钢联成一个整体，防止型钢侧向失稳，Φ25钢筋布置间距为2m；

（5）在各片型钢空隙上下平面处铺设两层1cm厚的竹胶板，防止施工过程中坠物砸伤通行车辆和行人；

（6）继续搭设型钢门洞以上支架及铺设模板；

（7）在进转盘的各个入口搭设限高门架和警示牌，并在限高门架前后30米摆放标准锥标，车行门洞两侧全部采用竹胶板封闭以防止坠物砸伤通行车辆；

（8）在车行门洞两侧、洞口及限高门架上布置频闪灯，以引导和提醒车辆夜间行驶，并在门洞两侧浇筑防撞水泥桩，涂刷反光漆；

（9）在人行安全通道两侧全部采用竹胶板封闭以防止坠物砸伤行人，并在洞口及通道两侧布置频闪灯以引导行人通行，在门洞摆放警示标志标牌。

一、荷载计算

1、箱梁荷载：箱梁钢筋砼每单位面积的自重：22.63 KN/m2

取安全系数r=1.2

单位面积的自重为：F1=22.63×1.2=27.156 KN/m2

2、施工荷载：取F2=1.4×2.5=3.5 KN/m2

3、振捣混凝土产生荷载：取F3=1.4×2.0=2.799 KN/m2

4、箱梁芯模：取F4=1.2×1.5=1.799 KN/m2

5、木模板(松木)：取F5=1.2×0.1=.119 KN/m2

方木横梁容重：取r=7.5 KN/m3

方木纵梁容重：取r=7.5 KN/m3

二、底模强度计算

箱梁底模采用木模板(松木)，板厚t=15 mm，方木背肋间距为300 mm，所以验算模板强度采用宽b=300 mm平面木模板(松木)。

1、模板力学性能

（1）弹性模量E=11000 MPa。

（2）截面惯性矩：I=bh3/12=30×1.5^3/12=8.438 cm4

（3）截面抵抗矩：W= bh2/6=30×1.5^2/6=11.25 cm3

（4）截面积：A=bh=30×1.5=45 cm2

2、模板受力计算

（1）底模板均布荷载：F= F1+F2+F3+F4=27.156+3.5+2.799+1.799=35.254 KN/m2 q=F×b=35.254×.3=10.576 KN/m

（2）跨中最大弯矩：M=qL2/8=10.576×.3^2/8=.119 KN.M

（3）弯拉应力：σ=M/W=.119×10^3/11.25=10.57 MPa

木模板(松木)弯拉应力满足要求

（4）挠度：从底模下方的背肋布置可知，木模板(松木)可看作为多跨等跨连续梁，按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算，计算公式为：

f=0.677qL4/100EI=0.667×10.576×.3^4/(100×11000×8.438)×10^8=.615

mm

木模板(松木)挠度满足要求

三、横梁强度计算

横梁为10×10 cm方木，跨径为.9 m，中对中间距为.4 m。

截面抵抗矩：W=bh2/6=.1×.1^2/6=.00016667 m3

截面惯性矩：I= bh3/12=.1×.1^3/12=.00000833 m4

作用在横梁上的均布荷载为：

q=(F1+F2+F3+F4+F5)×.4=(27.156+3.5+2.799+1.799+.119)×.4=14.149 KN/m

跨中最大弯矩：M=qL2/8=14.149×.9^2/8=1.433 KN.m

方木(松木)容许抗弯应力［σ］=14.5 MPa，弹性模量E=11000 MPa

1、横梁弯拉应力：σ=M/W=1.433/.00016667/1000 = 8.6 MPa

2、横梁挠度：f=5qL4/384EI=5×14.149×.9^4/(384×11000×.00000833)=1.32 mm

横梁挠度满足要求

四、纵梁强度计算

纵梁为10×15 cm方木，跨径为.9 m，间距为.9 m。

截面抵抗矩：W=bh2/6=.1×.15^2/6=.000375 m3

截面惯性矩：I=bh3/12=.1×.15^3/12=.00002812 m4

.9 m长纵梁上承担3根横梁的重量为：.1×.1×.9×7.5×3=.202 KN

横梁施加在纵梁上的均布荷载为：.202÷.9=.224 KN/m

作用在纵梁上的均布荷载为：

q=(F1+F2+F3+F4+F5)×.9 + .224=(27.156+3.5+2.799+1.799+.119)×.9 + .224 = 32.06 KN/m

跨中最大弯矩：M=qL2/8=32.06×.9^2/8=3.246 KN.m

落叶松容许抗弯应力［σ］=14.5 MPa，弹性模量E=11000 MPa

1、纵梁弯拉应力：σ=M/W=3.246/.000375/1000 = 8.65 MPa

纵梁弯拉应力满足要求

2、纵梁挠度：f=5qL4/384EI=5×32.06×.9^4/(384×11000×.00002812)=.88 mm

纵梁挠度满足要求

五、支架受力计算

1、立杆承重计算

采用横杆步距为120cm，碗扣支架立杆设计承重为：30 KN/根。

(1)每根立杆承受钢筋砼和模板重量：N1=.9×.9×(27.156+1.799+.119)=23.55 KN

(2)横梁施加在每根立杆重量：N2=.9×3×.1×.1×7.5=.202 KN

(3)纵梁施加在每根立杆重量：N3=.9×.1×.15×7.5=.101 KN

(4)支架自重：立杆单位重：0.06 KN/m，横杆单位重：0.04 KN/m

每根立杆上的支架自重：N4=.75 KN

每根立杆总承重：

N=N1+N2+N3+N4=23.55+.202+.101+.75=24.603 KN

立杆承重满足要求

2、支架稳定性验算

经计算得立杆长细比λ = L / i =1200/[0.35×(48+41)/2]=77

由长细比可查得轴心受压构件的纵向弯曲系数φ =.503

立杆截面积Am=π×(24^2-20.5^2)=489 mm2

由钢材容许应力表查得弯向容许应力［σ］=145 MPa

所以，立杆轴向荷载［N］=Am×φ×［σ］=489/1000×.503×145=35.665 KN>N=24.603 KN 支架稳定性满足要求