5.2.4根据作业层脚手板搭设的需要,可在两立柱之间在等间距设置增设1~2根小横杆,保证脚手板端头距离小横杆不超过15cm。
5.3剪刀撑
5.3.1本脚手架剪刀撑随立柱、纵横向水平杆同步搭设,用通长剪刀撑沿架高连续布置。
5.3.2脚手架外侧立面必须设剪刀撑,剪刀撑一般每5步5跨设置一道,斜杆与地面的夹角为50.2度。斜杆相交点处于同一条直线上,并沿架高连续布置。
5.3.3剪刀撑的一根斜杆扣在立柱上,另一根斜杆扣在小横杆伸出的端头上,两端分别用旋转扣件固定,在其中间每个主节点处均设固定点。所有固定点距主节点距离不大于15㎝。
5.3.4最下部的斜杆与立杆的连接点距地面的高度控制在30㎝内。
5.3.5施工中应根据结构物的高度及脚手架的长度和宽度,结合现场实际情况合理设置剪刀撑和斜撑。
5.3.6剪刀撑的杆件连接采用搭接,其搭接长度≥100㎝,并用不少于2个旋转扣件固定,端部扣件盖板的边缘至杆端的距离≥10㎝。
5.4脚手板铺设
5.4.1脚手板首选采用松木,厚5㎝、宽20-30㎝、长度不少于3.5米的硬木板;也可以采用竹串片脚手板。
5.4.2脚手板设置在3根横向水平杆上,并在两端8㎝处用直径1.2㎜的镀锌铁丝箍绕2~3圈固定。当脚手板长度小于2米时,可采用两根小横杆,各杆距接缝的距离均不大于15㎝。
5.4.3里外立杆间应满铺脚手板。拐角交接处平整,避免出现探头及空档现象,铺设时要选用完好无损的脚手板,发现有破损的要及时更换。
5.4.4斜道
(1)墩台高度大于6m的脚手架,采用之字型斜道;
(2)斜道宜附着外脚手架或建筑物设置;斜道宽度不小于0.6m,坡度采用1∶1;拐弯处应设置平台,其宽度不应小于斜道宽度;
(3)斜道两侧及平台外围均应设置栏杆及挡脚板。栏杆高度应为1.2m,挡脚板高度不应小于20cm;
(4)斜道脚手板横铺时,应在横向水平杆下增设纵向支托杆,纵向支托杆间距不应大于50cm;脚手板顺铺时,接头宜采用搭接;下面的板头应压住上面的板头,板头的凸棱外宜采用三角木填顺;斜道脚手板上应设置防滑木条,木条厚度宜为2~3cm。
5.5防护设施
5.5.1在作业层下部架设一道水平兜网,随作业层上升,同时作业不超过两层,设置安全网防护。
5.5.2脚手架外侧使用建设主管部门认证的合格绿色密目式安全网封闭,且将安全网固定在脚手架外立杆里侧。
5.5.3选用18铅丝张挂安全网,要求严密、平整。
5.5.4脚手架外侧必须设1.2m高的防护栏杆和30cm高踢脚杆,顶排防护栏杆不少于2道,高度分别为0.6m和1.2m。
5.6脚手架参数
5.6.1搭设尺寸为:立杆的纵距为1.20米,立杆的横距为1.00米,大小横杆的步距为1.5m;
内排架距模板边缘度为0.15米;
采用的钢管类型为Φ48×3.0;
横杆与立杆连接方式为单扣件;取扣件抗滑承载力系数 1.00;
5.6.2活荷载参数
施工均布荷载标准值(kN/m):3.000;同时施工层数:1层;
5.6.3风荷载参数
本工程地处河南省焦作市,最大风速22m/s;脚手架计算中考虑风荷载作用;
5.6.4静荷载参数
脚手板自重标准值(kN/m2):0.300;
安全设施与安全网(kN/m2):0.005;
脚手板类别:木板脚手板;
每米脚手架钢管自重标准值(kN/m):0.033;
脚手板铺设总层数:20;
5.6.5地基参数
地基土类型:粉质粘土;地基承载力标准值(kPa):150.00;
立杆基础底面面积(m2):0.3;地基承载力调整系数:1.00。
5.7脚手架计算
5.7.1小横杆的计算:
根据JGJ130-2001第5.2.4条规定,小横杆按照简支梁进行强度和挠度计算,大横杆在小横杆的下面。小横杆自重,脚手板自重作为恒载,在最不利荷载布置下计算小横杆的最大弯矩和变形。
(1)荷载值计算
小横杆的自重简化为均布荷载:q1=0.033kN/m;
脚手板的自重简化为均布荷载:q2=0.3×0.6=0.18kN/m;
活荷载标准值:P=3×1×0.6=1.8kN;
最不利位置部载如下图:
小横杆力学简图
(2)受力验算
小横杆净跨径为1米,总长为1.3米;
均布荷载最大弯矩(跨中)计算公式如下:
Mqmax=(1.3×0.033+0.18)×1/8=0.028kN.m;
集中荷载最大弯矩(跨中)计算公式如下:
Mpmax=1.8×1/4=0.45kN.m;
最大弯矩 M=Mqmax+Mpmax=0.478kN.m;
最大应力计算值σ=M/W=0.478×106/5080=94.094N/mm2;
小横杆的最大弯曲应力σ=94.094N/mm2 小于小横杆的抗压强度设计值 205N/mm2,满足要求。
3、挠度验算
最大挠度考虑为小横杆和脚手板自重均布荷载与活载集中荷载的设计值最不利分配的挠度和;
均布荷载引起的最大挠度计算公式如下:
Vqmax=5×(0.033+0.18)×10004/(384×2.06×105×121900)=0.11mm;
集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度计算公式如下:
Vpmax=3.024×1800×10003 /(48×2.06×105×121900)=4.516mm;
最大挠度和V=Vqmax+Vpmax=0.11+4.516=4.626mm;
小横杆的最大容许挠度计算值为[V]=1000/150=6.667mm,规范规定值为10mm,4.626<6.667,满足要求。
5.7.2大横杆的计算:
按照《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)第5.2.4条规定,大横杆按照三跨连续梁进行强度和挠度计算,大横杆在小横杆的下面。将大横杆跨中上面的小横杆传递荷载作为集中荷载(活载),主节点处小横杆直接扣在立杆上,不在传递到大横杆上,大横杆自重作为均布荷载(恒载)计算大横杆的最大弯矩和变形。
(1)荷载值计算
大横杆的自重标准值:q1=0.033kN/m;
活荷载产生集中荷载值:P=(1.3×0.033+0.18)/2+1.8=1.912kN;
大横杆设计荷载组合简图
(2)受力验算
用连续梁弯矩计算软件计算得出活载作用下及自重(恒载)作用下大横杆支点最大负弯矩和跨中最大正弯矩分别为:
活载Mmax支=-0.466kN.m Mmax中=0.47kN.m
恒载Mmax支=-0.006kN.m Mmax中=0.003kN.m
支座最大弯距为M1max=-0.466-0.006=-0.472kN.m
跨中最大弯矩为M2max=0.47+0.003=0.473kN.m
注:弯矩以杆件下侧受拉为正。
选择支座弯矩和跨中弯矩的最大值进行强度验算:
σ=M/W=0.473×106/5080=93.11N/mm2;
大横杆的最大弯曲应力为σ=93.11N/mm2小于大横杆的抗压强度设计值 [f]=205N/mm2,满足要求。
(3)挠度验算:
最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠度。
计算公式如下:
其中:静荷载标准值:q=0.033kN/m;
活荷载标准值:P=3×1=3kN/m;
最大挠度计算值为:
V=0.677×0.033×12004/(100×2.06×105×107800)+0.99×3×12004/(100×2.06×105×107800)=2.794mm
大横杆的最大容许挠度计算值为[V]=1200/150=8mm,规范规定值为10mm,2.794<8,满足要求。
5.7.3扣件抗滑力的计算:
按规范表5.1.7,直角、旋转单扣件承载力取值为8.00kN,按照扣件抗滑承载力系数1.00,该工程实际的旋转单扣件承载力取值为8.00kN。
纵向或横向水平杆与立杆连接时,扣件的抗滑承载力按照下式计算(规范5.2.5):R≤Rc
其中 Rc - 扣件抗滑承载力设计值,取8.00kN;
R - 纵向或横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值;
纵向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值:
大横杆的自重标准值:P1=0.033×1.2=0.0396kN;
跨中小横杆的自重标准值:P2=0.033×1.3/2=0.0215kN;
脚手板通过跨中小横杆传至大横杆的自重标准值:P3=0.3×1×1.2/2=0.18kN;
活荷载标准值:Q=3×1×1.2/2=1.8kN;
按1.2×恒载+1.4×活载进行荷载组合得传至扣件最大荷载的设计值: R1=1.2×(0.0396+0.0215+0.18)+1.4×1.8=2.809kN;
横向水平杆传给立杆的竖向作用力设计值:
小横杆的自重标准值:P1=0.033×1.3/2=0.0215kN;
脚手板传至小横杆的自重标准值:P2=0.3×1×1.2/2=0.18kN;
活荷载标准值:Q=3×1×1.2/2=1.8kN;
按1.2×恒载+1.4×活载进行荷载组合得传至扣件最大荷载的设计值:
R2=1.2×(0.0215+0.18)+1.4×1.8=2.762kN;
Rmax=2.809<8.00kN,单扣件抗滑承载力的设计计算满足要求。
5.7.4脚手架立杆计算:
(1)荷载计算
作用于脚手架立杆的荷载包括通过大横杆和小横杆通过扣件传递的静荷载、活荷载组合值,立杆自重产生的静载,防护栏杆、防护网产生的荷载,斜道产生荷载,风荷载。
1)已经计算出每层大横杆和小横杆传递至立杆的竖向荷载,整理得恒载和活载分别为:
恒载P1恒=1.2×(0.0396+0.0215+0.18+0.0215+0.18)=0.531kN
活载P1活=1.4×(1.8+1.8)=5.04kN
2)立杆自重产生的荷载计算
本桥桥墩最高为36m,立杆计算高度取37.5m,组合系数为1.2;
立杆自重荷载为:P2=1.2×37.5×0.033kN/m=1.485kN
3)防护措施荷载
防护栏杆每层两根,材料按水平杆同材料计算,0.033kN/m,防护网0.005kN/㎡,由此计算出每层产生荷载:
P3=1.2×(0.033×1.5×2+0.005×1.5×1.8)=0.125kN
4)斜道产生荷载计算
斜道坡度为1:1,取一跨计算,跨度1.5m,上升高度1.5m,斜道长2.1m,按30cm一道脚踏横梯计算,斜道宽度60cm,
斜杆及扶手钢管自重:p1=2.1×2×0.033=0.139kN
脚踏横梯自重:p2=0.8/2×5×0.033=0.066
P4=1.2×(p1+p2)=0.206kN
5)风荷载标准值按照以下公式计算
其中Wo--基本风压(kN/m2),按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
Wo=0.3kN/m2;
Uz--风荷载高度变化系数,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用:
Uz=2.09;
Us--风荷载体型系数:取值为0.48;
经计算得到,风荷载标准值
Wk=0.7×2.09×0.48×0.3=0.21kN/m2;
综合得立杆最大轴向受力为:
不考虑风荷载 Pmax=(0.531+0.125+0.206)×20+1.485+5.04=23.765kN
考虑风荷载 Pmax=(0.531+0.125+0.206)×20+1.485+0.85×5.04=23.009kN
风荷载设计值产生的立杆段弯矩 Mw 为
Mw=0.85×1.4WkLah2/10=0.850×1.4×0.21×1.2×1.5×1.5/10
=0.067kN.m;
(2)立杆稳定计算
脚手架采用双立杆搭设,按照均匀受力计算稳定性。
1)不考虑风荷载时,双立杆的稳定性计算公式为:
立杆的轴向压力设计值:N=23.765kN;
计算立杆的截面回转半径:i=1.58cm;
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:k=1.155;当验算杆件长细比时,取块1.0;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:μ=1.5;
计算长度,由公式lo=k×μ×h(h=1.5)确定:l0=2.599m;
长细比lo/i=164;
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的计算结果查表得到:φ=0.262;
立杆净截面面积:A=5.08cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):W=4.89cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:[f]=205N/mm2;
σ=23765/(0.262×489)=185.49N/mm2;
立杆稳定性计算σ=185.49N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求。
2)考虑风荷载时,双立杆的稳定性计算公式
立杆的轴心压力设计值:N=23.009kN;
计算立杆的截面回转半径:i=1.58cm;
计算长度附加系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:k=1.155;
计算长度系数参照《扣件式规范》表5.3.3得:μ=1.5;
计算长度,由公式l0=kuh确定:l0=2.599m;
长细比:l0/i=164;
轴心受压立杆的稳定系数φ,由长细比lo/i的结果查表得到:φ=0.262
立杆净截面面积:A=5.08cm2;
立杆净截面模量(抵抗矩):W=4.89cm3;
钢管立杆抗压强度设计值:[f]=205N/mm2;
σ=23009/(0.262×489)+6700/5080=189.11N/mm2;
立杆稳定性计算σ=189.11N/mm2小于立杆的抗压强度设计值[f]=205N/mm2,满足要求。
此设计满足需求,其桥梁墩柱支撑体按此方案执行。