现浇梁支架计算

福建省古武高速公路工程i=j十方互通A匝道桥上部现浇箱梁中铁十七局集团有限公司古武高速公路A1标项目部2011.05.28古武高速公路工程A1合同段现浇箱梁支架设计方案一、工程概况A匝道桥全桥长度为310米，桥型布置为为4X30+3 X30+3 X31m预 应力连续箱梁，全桥共计三联，本桥平面位于Ls=67.22mR=180m的左偏曲 线、Ls=62.5m R=360m的缓和曲线上，纵面位于 R=2600m的凸曲线，及 i=1.434%下坡路段上。下部构造采用柱式墩、薄壁墩、桩基础；桥台采用 肋式桥台、桩基础。箱梁为单箱双室结构，上部构造施工时，先浇注第二 联3X30m，采用单端张拉的施工方法，然后依次浇注第三联、第二联。全 桥现浇梁共有C50砼2623.2m3。二、设计依据1. 福建省十方全东留段高速公路施工图设计；2. 中华人民共和国交通部部标准公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004；3. 中华人民共和国交通部部标准公路桥涵结构及木结构设计规范JTJ025-86 ；4. 中华人民共和国交通部部标准公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024 85)；5. 中华人民共和国国家标准钢结构设计规范(GB50017-2003)；6. 中华人民共和国交通部战备办装备式公路钢桥使用手册；7. 人民交通出版社路桥施工计算手册8. 中华人民共和国交通部部标准公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000。第一部分：现浇梁支架结构设计及验算一、十方枢纽互通A匝道桥第二、三联现浇梁支架结构设计及验算（一）、支架结构设计十方枢纽互通A匝道桥现浇梁采用梁柱式支架，贝雷片作支架纵梁，钢管墩作临 时支墩，钢筋混凝土扩大基础。由于第二联第1跨具有代表性，因此我们取支架第二 联第1跨（4#5#墩）计算受力。1、中间支墩基础：中间临时支墩钢筋混凝土扩大基础为3.0m X12m X0.3m，布 单层1620cm的钢筋网；基底进行换填级配碎石和隧道洞渣处理，确保基底容许承 载力不小于200kPa。2、 墩旁支墩基础：墩旁支墩基础为 1.2m X12m X0.3m钢筋砼基础，布单层 1620cm钢筋网。3、 支墩：中支墩采用双排 =630mm，6 =7mm钢管；桥梁中墩旁支墩采用单 排 =630mm，6 = 7mm钢管，并在管桩顶底部焊接6 = 10mm盖板，每排5根钢管。4、支架纵梁：用国产贝雷片拼成支架纵梁，两排一组。每跨现浇梁支架由两孔贝 雷梁组成，贝雷纵梁跨度分别为12m、15m，12m跨采用6组12排贝雷梁组成，15m 跨采用8组16排贝雷梁组成，均作简支布置。现浇箱梁支架结构图详见附图。（二）、荷载计算及组合1 .荷载计算根据公路桥涵施工规范主要考虑以下荷载： 新浇筑混凝土的自重：A匝道桥二联（墩号4#-7#）设计混凝土数量为738 m3,根据变截面尺寸计 算得：4-5孔混凝土数量为246.9 m3, 5-6孔混凝土数量为244.2m3, 6-7孔混凝土 数量为246.9m3。根据公路桥涵施工技术规范附录D钢筋混凝土的容重采用 26kN/m3。取最不利的4-5孔箱梁进行支架计算，箱梁每延米的自重为：4-5 孑L： q1 =246.9 X26/30 =213.98kN/m 模板自重：本桥现浇箱梁内模采用木模板，在工地自行加工，内模每延米自重 3.2kN/m ；外模底板和翼板采用竹胶板，外模每延米自重4.5kN/m ；模板自重合计7.7kN/m。 支架自重（经主要工程材料数量统计及参考其它类似桥梁资料）：G=270 X12 X9：30X10=9.7kN/m （支架自重包括木楔子、方木、槽钢分配梁、贝雷梁等的重量） 施工人员和施工料具等行走、运输或堆放荷载：4-5 孔：q = 2.5 kN/m2X 12=30 kN/m振捣混凝土时产生荷载：4-5 孔：12 X 2kpa=24kN/m按规范规定验算支架强度时采用荷载组合：4-5 孔：289.68kN/m按规范规定验算支架挠度时采用荷载组合：4-5 孔：235.68kN/m2.纵梁验算（以受力最大的4#5#孔验算）贝雷纵梁强度验算15m、12m跨贝雷纵梁强度验算15m跨横向布置16排贝雷纵梁，12m跨横向布置12排贝雷纵梁，作用在每片贝 雷纵梁上的荷载按均布荷载计算，考虑1.2不均匀分布系数，每排贝雷纵梁的最不利 荷载组合为：（15m 跨）q=（289.68kN/m）/14 X 1.2=24.82kN/m（12m 跨）q=（289.68kN/m）/12 X 1.2=28.97kN/m贝雷梁受力结构简图如下图示经计算贝雷纵梁的最大弯矩：（15m 跨）：Mmax = 1/8ql2=1/8 X 24.82 X 152 = 698.06kN.mM=788.2 kN.m（12m 跨）：Mmax = 1/8ql2=1/8 X 28.97 X 122 = 521.424kN.mM=788.2 kN.m注：M=788.2 kN.m为国产321型贝雷片的容许弯矩值故满足要求。经计算得贝雷纵梁最大剪力：（15m 跨）Qmax = 1/2ql=1/2 X 24.82 X 15 = 186.09kN （发生在两端的支撑处）Q=245kN。（12m 跨）Qmax = 1/2ql=1/2 X 28.97 X 12 = 173.82kN （发生在两端的支撑处）Q=245kN。注：Q=245kN为单排单层贝雷的允许剪力。满足要求。挠度（刚度）较核验算贝雷梁的挠度时荷载取q=213.98kN/m , 计算15m、12m跨贝雷纵梁在荷载做用下的弹性变形：(15m 跨)fmax=5ql4/(384EI)=5 X 24.82 X 150004/(384 X 2.1 X 105 X 2.505 X 104)=30.1 V 15000/400=37.5mm=L/400 (发生在跨中)满足规范要求(12m跨)fmax=5ql4/(384EI)=5 X 28.97 X 120004/(384 X 2.1 X 105 X 2.505 X 104)=14.8 V 12000/400=30mm=L/400 (发生在跨中)满足规范要求4. 36a工字钢横梁演算每排支墩设置一组，每组由2根I36a工字钢拼焊组成，钢管支墩横桥向间距如附 图所示。I36a工字钢截面特性：截面积：A = 76.44cm2惯性矩：Ix= 15796c m4截面抵抗矩：W =877.6cm3x腹板厚：d=10mmIx/Sx = 31cm(1)中支墩顶横梁受力计算(45孔15m跨中支墩横梁)工字钢受力简图、弯矩图、剪力图如下：工字钢受力简图（单位：m）弯矩图（单位：kN- m）-2W.B3剪力图（单位：kN）(2 )强度验算由弯矩图、剪力图可知：最大弯矩发生在中间支柱最大弯矩Mmax =122.11KNm、 Qmax =290.83KN。一组工字钢由2根组成，则每根所受弯距为122.11 /2 = 61.05 KNm, 剪力为 290.83/2 = 145.41 KN。O max二Mmax/2/Wz=61.05 X 106N.mm/877.6 X 103mm3=65.8Mpa O = 140Mpa 满足要 求。T max=Qmax/2/( IJSx)d)=145.41/(31 X 10-2 X 10 X 10-3)=46.9Mpa所以T max T =85Mpa 满足要求。(3)中支墩顶横梁受力计算(45孔12m跨中支墩横梁)工字钢受力简图、弯矩图、剪力图如下：工字钢受力简图(单位：m)弯矩图（单位：kN- m）剪力图（单位：kN）（2）强度验算由弯矩图、剪力图可知：Mmax =182.7KNm(发生在中间两根钢管支墩处)、Qmax =338.1KN。一组工字钢由2根组成，则每根所受弯距为182.7/2 = 91.35 KN - m，剪力 为 338.1 /2 = 169.05 KN。O max二Mmax/2/Wz=91.35 X 106N.mm/877.6 X 103mm3=104.1Mpa O = 140Mpa 满足 要求。T max=Qmax/2/( Ix/Sx)d)=169.05/(31 X 10-2 X 10 X 10-3)=54.54Mpa所以T max T =85Mpa 满足要求。5. 钢管支墩受力验算取u 630 X 7mm螺旋焊钢管材料进行验算，考虑钢管可能锈蚀，壁厚按6 = 6mm进行计算。其钢管截面特性如下：A=117.24cm2I=56705.18cm4M = 92.83Kg/m由以上计算得各贝雷纵梁在支墩顶产生压力，中支墩靠15m跨一侧支墩受力最大，其最大荷载值为：45 孑L Nmax = 289.68 X 15/2=2167.5kN。考虑1.2的不均匀分布系数，单根钢管支墩承受的竖向荷载：45 孑L Pmax = 1.2 X Nmax /5=520.2kN。强度验算单根u 630mm，6 = 6mm钢管截面承受的允许压力NN =AXo = 2n R 6 o =2X3.14159 X0.315 X0.006 X 140000= 1661.69 kN45 孔 Pmax=520.2kN N(满足要求)稳定性较核按两端铰支计算钢管稳定容许应力，按高差最大（互通主线左幅7#墩，考虑地基 换填标高可能变化，按高15m）支墩验算其稳定性，钢管支墩最大自由长度为L=15m。 按路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力：O L = U 。 = 0.387 X140=54.18MPa式中：u 压杆稳定系数，由压杆柔度系数入查表得出；入=v L/y = 1.2X 15/0.22 =81.81，该处u =；v 压杆的长度系数，该处取v =1.2 ；L压杆的自由长度，该处L=15m；Y 压杆对轴的惯性半径，该处Y = I/A = 0.22 ；O 压杆材料的容许应力，钢管O = 140MPa。 单根钢管的稳定容许压力：P = O L A = 54.18 X 103X 11.724 X 10-3 = 635.21 kN式中：o L 钢管的稳定容许应力（由上式求得）；A钢管壁的横截面面积（直径0.63m，壁厚0.006m ） 将单根钢管的稳定容许压力P与单根钢管支墩承受竖向荷载N作比较45 孑L Pmax=520.2kN P（满足要求）6. 支墩基础承载力验算桥位处地质上层有的为填筑土（层厚0.8m），下层为粉质粘土（层厚3m5m）， 粉质粘土设计地基承载力基本容许值为180Kpa。设计将支墩基础的持力层设在粉质粘 性土层上。由支墩传下荷载由两边扩大基础承受；中间支墩基础受力较大，但设计钢 筋混凝土基础面积较大，墩旁钢筋混凝土基础面积较小，下面对4#墩旁支墩基础受力 进行验算。按粉质粘土作持力层验算地基承载力： 基础面积：S=1.2m X12m=14.4m2地基实际承受的最大荷载：Pmax = G1+G2+G3=2321.98kN。式中：G1 上部结构传至钢管墩顶的总荷载：G1=15/2 X 289.68 = 2172.6kNG2钢管支墩自重(含纵横垫梁及连接件)47.5 kNG3支墩基础自重：G3= (1.2 X12 X0.3)X 24=103.68 kN 基实际承受应力：a = P/S=2321.98/14.4 =161.24KPa。故要求地基承载力不小于165KPa，粉质粘土能满足设计要求，但因桩基系梁开挖， 已扰动土需挖除，并换填洞渣或鹅卵石，换填最小厚度不小于60cm，经过压实处理后 方可施工支墩基础。