钢管支架验算报告

目录
1 工程概况 (1)
2 参考资料 (1)
3 砼箱梁结构数值模型 (2)
3.1 有限元模型 (2)
3.2荷载及反力计算 (3)
4 钢管支架数值模型 (5)
4.1 模型介绍 (5)
4.2 荷载及材料参数 (5)
4.3 支架受力分析 (6)
4.3.1 贝雷梁受力分析 (6)
4.3.2 钢管支撑受力分析 (8)
4.3.3 支架反力 (11)
4.4 分析结果统计 (11)
5 稳定性验算结果 (12)
5.1 脚手架稳定性验算： (12)
5.2 钢管支撑稳定性验算 (13)
6 贝雷梁应力超限改良措施 (15)
7 分析结果与建议 (18)
1 工程概况
0#块梁体为宽箱、斜腹板、大悬臂结构，采用钢管桩支架现浇施工。

贝雷梁上支架采用碗扣式支架作为现浇连续箱梁的支撑体系。

底模下脚手管立杆的纵向、横向间距均为0.6m，横杆步距为0.6m。

考虑到支架的整体稳定性，在纵向、横向每3m设通长剪刀撑1道，并于箱梁腹板外侧设斜撑。

贝雷梁支撑体系采用1.5米×0.9米贝雷梁横向布置，起着将梁结构自重、支架荷载和施工荷载等传到钢管桩支架上的作用。

图1.1 箱梁支承体系
2 参考资料
（1）中华人民共和国行业标准《铁路桥梁钢结构设计规范》
（TB10002.2-2005）
（2）中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
（3）《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）
（4）《建筑结构荷载规范》GB50009-2011；
（5）《钢结构设计规范》GB50017-2003；
（6）《混凝土结构设计规范》GB50010-2010。

（7）施工单位支架设计图
（8）其他相关资料或文件
3 砼箱梁结构数值模型
3.1 有限元模型
为了准确的计算混凝土的重量分布情况，采用大型通用有限元程序ANSYS 对混凝土结构进行建模，结构形式如图所示：
图3.1 空间模型
满堂脚手架布置如图3.2所示：
图3.2 满堂脚手架布置
脚手架步距0.6m，横距和纵距都为0.6m。

为了准确计算荷载，在箱梁底板采用满布三向约束，腹板和翼缘板下的脚手架支撑采用单向约束模拟。

约束情况如图3.3所示：
图3.3 约束布置
3.2荷载及反力计算
考虑到结构为预应力混凝土，混凝土中钢筋和预应力筋体积较大，钢筋混凝土容重为27kN/m³；泊松比0.2；弹性模量3.35×104MPa。

具体荷载取值如下：外模板自重标准值：x1=0.3×0.3=0.09kN/m；
内模采用钢模每节段600kN，共1800kN；
新浇混凝土容重：27kN/m3；
施工人员及设备活荷载标准值：x4=1×0.3=0.3kN/m；
振捣混凝土时产生的荷载标准值：x5=2×0.3=0.6kN/m；
其中恒载取分项系数1.35，活载取分项系数1.4。

在ANSYS模型中，自重荷载按照容重自动添加，其余荷载均按照面荷载进行施加。

荷载施加方式如图3.4所示：
图3.4 荷载施加（A为自重，B为人员及设备活载）
施加荷载后结构的变形如图3.5所示，箱梁顶板空心处由于未建内模产生了
较大的下挠，整体来看结构变形是双向对称的，结构对称性良好。

图3.5 结构变形图
取底板的约束反力列表如下：
表3.1 底板反力汇总
4 钢管支架数值模型
4.1 模型介绍
应用大型有限元分析软件Midas，建立支架的空间离散模型，对0#块钢管桩支架进行模拟分析计算。

支架均采用梁单元模拟。

坐标约定：X坐标方向为顺桥向，Y坐标方向为横桥向，Z坐标方向为竖向。

支架布置图见图4.1所示。

图4.1 模型整体布置图
4.2 荷载及材料参数
（1）梁体：截面尺寸参考设计图纸，荷载采用ANSYS计算。

（2）支架：采用φ48mm×3.5mm碗扣式脚手架，材料为Q235钢。

（3）施工荷载：
根据施工现场条件，得到以下施工临时荷载：
Q=2.5kN /㎡；
（1）施工人员、机械：
1
（2）混凝土振捣器：
Q=2.0 kN /㎡；
2
（3）模板重：
Q=1.5kN /㎡；
3
4.3 支架受力分析
4.3.1 贝雷梁受力分析
图4.2 支架DX变形图（mm）
图4.3 支架DY变形图（mm）
图4.4 支架DZ变形图（mm）
图4.5 贝雷梁支架总变形图（mm）
图4.6 梁单元组合应力图（Mpa）4.3.2 钢管支撑受力分析
图4.7 钢管桩支架总变形图（mm）
图4.8 钢管桩单元组合轴力FX图（kN）
图4.9 钢管桩单元组合弯矩MY图（kN-m）
图4.10 钢管桩单元组合弯矩MZ图（kN-m）
图4.11 钢管桩单元组合应力图（Mpa）
4.3.3 支架反力
表4.1 钢管支撑反力表
4.4 分析结果统计
支架最大位移为DX=12.3mm；DY=24.4mm; DZ=22.7mm.
贝雷梁支架中有局部杆件的应力不满足规范要求，杆件最大应力值发生在承力杆件与工作平台杆件交界处。

支座最大反力：3255.9kN
5 稳定性验算结果
5.1 脚手架稳定性验算：
根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008）对支架杆件进行稳定性验算。

表5.1 钢材强度及弹性模量
表5.2 钢管截面特性
支架最大杆件间距为60cm，取，则杆件细长比为：
查表得稳定系数。

根据模型计算结果，最大轴压力为25.19 kN，对最大轴力考虑1.7的综合影响系数，则考虑影响系数的最大轴压力为：
N=25.19×1.7=42.82kN
根据实复式轴心受压杆件的稳定性计算公式，有：
故杆件的稳定性满足要求。

又其径厚比为：
故杆件的局部稳定性满足要求。

5.2 钢管支撑稳定性验算
图5.12 桩顶平面布置图
图5.12 桩底平面布置图表5.1 钢管支撑稳定性验算
6 贝雷梁应力超限改良措施
原支架设计如图6.1所示：
图 6.1 原设计贝雷梁布置示意局部受力如图6.2所示：
图 6.2原设计弦杆与竖杆受力示意
如图6.2所示，根据原设计方案，贝雷梁竖杆与下部横梁之间没有对应，导致下弦杆和竖杆局部应力过大，因此重新调整下弦杆位置，使得下弦杆与横梁位
置对应，显著降低了局部应力集中，重新布置后位置如图6.3所示：
图 6.3重新布置后的贝雷梁示意图
由图6.3可知，红色椭圆位置处只有单竖杆，其余都是双腹杆，红圈部位局
部应力结果如图6.4所示：
图 6.4重新布置后的贝雷梁局部应力示意图
由图6.4可知该处竖杆仍然应力超标，最大应力319mpa，因此需要加强此处竖杆。

其余竖杆受力如图6.5所示：可见最大竖杆应力为168mpa，满足要求。

图 6.5薄弱位置之外贝雷梁局部应力示意图
弦杆受力如图6.6所示：可见弦杆最大拉应力为222mpa，最大压应力为
219mpa，整体受力性能较差，建议采用加强型弦杆，可以满足受力要求。

弦杆重新设置后，下面的三联工字钢受力如图6.7所示：
图 6.7 重新调整后的弦杆应力示意图
由图6.7可见，在钢管桩与工字钢相连处，工字钢出现较大的应力，应进行局部应力分析。

7 分析结果与建议
（1）贝雷梁支架中有局部杆件的应力不满足规范要求，杆件最大应力值发生在承力杆件与工作平台杆件交界处，建议将贝雷梁与下部横撑连接处改为双竖杆，弦杆改为加强型，以满足受力要求。

（2）贝雷梁下部3联工字钢在与钢管连接处存在应力集中，建议进行局部应力分析并加强；
（2）钢管支撑应力满足规范要求，最大应力约为116Mpa。

（3）钢管支撑稳定性满足规范要求。

（4）支架局部稳定性计算结构表明支架各杆件满足局部稳定性要求。

（5）本设计严格按照支架设计图进行搭设，施工过程中如有变动，请与设计方联系协商处理。

（6）支架施工及上部梁体混凝土浇筑要严格遵守国家相关法规的规定和行业规范规定，加强施工管理。

（7）支架的连接件一定要严把质量关，做到牢固可靠，坚固耐用。

（8）施工过程中如发现任何异常，请及时与业主、设计、监理等单位联系，及时处理，确保施工万无一失。

（9）钢管的锈蚀在施工过程中应严格监控，如果发现内径锈蚀过多，请立即更换或采取其他相关保护措施。