钢管支架的计算书说课材料

钢管支架的计算书

路基边坡防护施工钢管支架工程专项安全方案

设计计算书

一、计算目的

路基边坡坡面防护施工是在斜坡上进行，特别是对于锚杆锚索施工，需要专门

的操作平台来进行锚孔的钻进，所以需搭设钢管支架作为操作平台。对于钢管支架

结合实际地质情况，管架的受力是否合理，有必要对其进行受力计算，掌握支架的

受力情况，实现合理搭设，既经济又保证安全。

支架布置见附件详图。

为了确保安全，为了确保支架结构的受力合理、安全可靠、稳定，满足施工荷载

的需要，确保施工安全，特进行支架的设计及受力计算。

二、支架的设计

（1）材料选择

钢管：支架纵、横向水平杆、立杆均选用直径φ=48mm、壁厚t=3.5mm的钢管，长度分别为2m、3m、6m；钢管截面面积A=489mm 2,截面惯性矩I=1.215×105mm4,抵抗矩 W=5.078×103 mm3，回转半径15.78 mm，每延米理论重量为3.84㎏。

铸铁扣件：基本形式有三种，即直角扣件、回转扣件、对接扣件。

竹跳板：规格3 m×0.2m；用于铺设出渣通道。

安全网：规格4.5 m×1.2 m。

（2）支架的布置

(a)立杆

立杆垂直于地面，是把脚手架上所有荷载传递给基础的受力杆件。立杆纵向间距

1.2m, 横向间距1m。

(b)纵、横向水平杆

纵、横向水平杆是承受并传递荷载给立杆的受力杆件。纵向水平杆在纵向水平连接各立杆，横向水平杆在横向水平连接内、外排立杆。间距见附件详图。

(c)剪刀撑

设置剪刀撑或斜撑，可增强脚手架的纵、横向刚度。剪刀撑是设在脚手架内、外侧面的十

字交叉斜杆，而斜撑是单独的斜杆。

(d)纵、横向水平扫地杆

纵向扫地杆连接立杆下端距底座下方10c m～20cm处的纵向水平杆，起约束立杆底端在纵向发生位移的作用；水平扫地杆设置在位于纵向水平扫地杆上方处的横向水平杆，起约束立杆底端在横向发生位移的作用。

（e）扣件

直角扣件用于两根垂直相交钢管的连接，依靠扣件与钢管表面间的摩擦力来传递荷载；回转扣件用于两根任意角度相交钢管的连接；对接扣件用于两根钢管对接接长的连接。支架各部分具体尺寸、钢管间距以及支架搭设详细要求等详见附图和施工方案。

三、支架杆件的受力计算及强度的验算

1.计算断面

支架沿路线纵向间距均为1.2米，沿坡面方向为1.0米，计算断面如下：

图1.小横杆受力计算图示

2.荷载

作用在支架小横杆上的荷载主要是施工荷载，主要是工人和钻孔机械的自重；根据施工现场的实际情况，对于1.2m×1.0m的布置情况，考虑2个人及钻孔机械的重量，得计算荷载为：工人每人重50㎏，机械自重150㎏，断面上的荷载总计为250㎏×10N/㎏=2500N，视为作用在小横杆上的均布荷载，考虑支架上的荷载为动荷载，计1.2的冲击系数，则均布荷载q=3000/1.2=2.5（KN/m）。

3.内力计算

（1）顶端小横杆内力的计算

荷载布置图：

图2.小横杆荷载布置图

为了计算结果方便绘图，采用程序计算。得到计算结果如下：

小横杆弯矩图：单位KN.m

图3.弯矩图

最大弯矩Mmax=0.45 KN.m；

小横杆剪力图：单位KN；

图4.剪力图

（2）顶端大横杆内力的计算

大横杆按照三垮简支梁计算，计算跨径1.2米；大横杆荷载布置图:

作用在大横杆上的动荷载是由小横杆传来的集中力，为1.5KN，动荷载作用下跨中弯矩影响线如图5、图6、图7.

图5. 第一垮跨中弯矩影响线图

图6. 第二垮跨中弯矩影响线图

图7. 第二垮跨中弯矩影响线图

根据弯矩影响线，得跨中弯矩大小相等，以荷载布置在第二垮跨中为例，计算得到弯矩及剪力图：

大横杆弯矩：最不利位置布载；

图8.弯矩图（单位KN.m）

图9.剪力图（单位KN）

（3）立杆内力：

立杆在最不利荷载作用下，受力是由大横杆传来的，其大小N=1.5KN。

4．杆件强度的验算

（1）小横杆

弯曲强度：σ=M/W=0.5KN.m/(5.078×103mm3)=88.65Mpa＜［σ］=215 Mpa；［σ］表示钢材的极限强度。

抗弯刚度：最大正弯矩M=0.45KN.m，查《路桥施工计算手册》得，最大挠度f=(5×ql4)/(384EI)=2.6mm＜［f］=3mm 。满足要求。

（2）大横杆

弯曲强度：σ=M/W=0.32KN.m/(5.078×103mm3)=63.0Mpa＜［σ］=215 Mpa；

挠度：f=1.883FL2/(100EI)=0.002mm＜［f］=3mm；满足要求。

（3）立杆

由于下层大横杆步距为1m ,长细比λ=L /i=55,查表得Φ=0.74，得

［N］=ΦA［σ］=0.74×489×140=50.6KN；而 N=1.5＜［N］；满足要求。

（4）扣件抗滑力的计算

由R=1.5KN＜R C=2.5 KN，满足要求。

5.立柱地基处理措施及承载力验算

①立柱地基处理措施

由于是针对路基边坡防护工程施工，所以钢管支架的基础部位不可能采取其他措施，所以只得将钢管深入土体里面一定的深度，增大杆件的抗倾覆能力，同时深入较深一层基底更有利于承受施工荷载的作用，底下的土层比较密

实，承载力相对表层有成倍增加的趋势，同时呢埋在土体里面，雨水的冲刷对其支架的稳定影响很小。

为确保支架的稳定，可以在竖杆与土接触部位用砂浆进行砌筑固定。

②立杆地基基础承载力验算

作用在地基基础上的立杆所受最大荷载为1.5KN，而立柱直接作用在地基上，查现行《建筑地基基础设计规范》，并充分考虑地基受其他因素的影响如水的浸泡、冲刷等导致承载力的折减，在最不利的情况下得该地基基础容许承载力［σ］=195Kpa,对基础受力面积为0.01㎡，则立拄作用在地基上的平均压力值为：

P=1.65/A=150Kpa＜［σ］=195Kpa；即地基基础满足受力要求。不会产生局部受力不均基础沉陷的情况。

6.钢管支架的抗倾覆稳定措施

对于该支架方案，路基边坡呈1：0.75或1：0.5、1：1的坡度，而支架随着坡度靠内侧与坡面一致倾斜，竖杆深入土体，搭设了纵横向扫地杆、剪刀撑和斜撑，并在坡面的下方和护坡道处均加设了两排管架，目的是促使整个支架连接更加紧密，施工荷载比较小，即使钻孔施工，在增减钻杆时最多能产生0.5米左右的位移，这对整个支架的稳定性是承受得起的。

在支架的内外侧均设置得有加强斜撑，支架的稳定性能够满足要求。

经上述计算及其验算，按照设计拟定的尺寸及步距布置支架，支架的受力合理，方案可行。