西南大桥主桥主塔下横梁支架设计及施工计算

西南大桥主桥主塔下横梁支架设计及施工计算一、工程概况 西南大桥工程起点位于迎宾大道，跨仙衣路、石鼓江、鲤鱼江，在贵糖集团至郁江左岸，此段地势较为平坦，地面高程一般4447m，轴线处石鼓江宽60m，断面呈“V”型，河床面最低高程32.4m，轴线处鲤鱼江宽约70m，断面呈“V”型，河床面最低高程26.6m；桥址区郁江宽310m，河床断面呈不对称的“U”型，左岸宽缓，右岸陡峭，水域宽252m；南引桥及接线部分地势平坦，地面高程一般4548m，主要为耕地，接近江南大道分布有学校及居民区。全桥分主桥、引桥，桥梁总长1280.0m，主桥为548.0m双塔双索面预应力混凝土边主梁斜拉桥。主塔：主塔采用流线弧线框架钢筋混凝土结构，塔柱高102.5m，分别由上、下塔柱及上、下横梁组成；上塔柱高78.3m，下塔柱高24.2m。上塔柱外轮廓尺寸为横桥向按流线型变宽，最小处6.5m，顺桥向等宽6m；下塔柱外轮廓尺寸横桥向宽6.59m、顺桥向1.4m。二、编制依据1、公路工程技术标准（JTG B01-2003）2、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）4、钢结构设计规范 (GB 50017-2003)5、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130-2001；6、建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范JGJ166-2008；7、建筑地基基础设计规范8、路桥施工计算手册三、支架主要材料和性能参数根据施工设计方案，横梁混凝土支架采用大直径钢管配贝雷片梁支架结构，对支架体系，支架杆件稳定性及斜塔柱支撑力进行计算，计算采用MIDAS civil 2010 有限元分析软件配合计算。1、Q235型钢容许应力及弹性模量钢模板采用的钢材均为Q235，根据钢结构设计规范(GB50017-2003)中，表3.4.1-1钢材的强度设计值=205 Mpa、E=2.1105 MPa2、贝雷架是以形成一定单元的钢架，可以用它拼接组装成很多构件、设备，如：龙门吊，施工平台等。用贝雷架组装成的桁梁就是贝雷梁。销子为30鉻锰钛钢，插销为弹簧钢，桁片、加强弦杆、纵横梁及支撑架材质为16锰钢。16锰钢的拉应力、压应力及弯曲应力：1.3*210=273MPa。16锰钢的剪应力：1.3*120=156MPa。30鉻锰钛的拉应力、压应力和弯曲应力：0.85*1300=1105MPa。30鉻锰钛的剪应力：0.45*1300=585MPa。焊缝容许应力与母材相同。四、下横梁支架设计横梁支撑体系由立柱、分配横梁、贝雷梁、碗扣架、成品钢底模系等组成。下横梁支撑立柱采用2排5列共10根82010mm的钢管，钢管最大长度17.7m，分别焊接于承台和临时桩预埋件上，横桥向每跨间距4.5m和7.5m，顺桥向间距4.4m。分配横梁为2根H588型钢，顺桥向布置；主梁为贝雷梁横桥向布置，间距0.45m；顶部安装12工字钢，间距60cm，安装碗扣脚手架纵间距60cm，横间距30cm，步距60cm；底模为面部6mm厚钢板，加强肋采用8号槽钢，纵间距60cm，横间距30cm。下横梁支架如图。1、支架荷载根据主塔下横梁的结构特点，在施工过程中涉及以下荷载型式：q1下横梁自重荷载，钢筋混凝土密度取26kN/m3。下横梁支架处混凝土图下横梁支架设计图下横梁支架部位混凝土方量472.8m3。横梁每平方米荷载：q1=472.8 *26/（29.1*5） =84.5kN/m2，横梁支架设计中考虑到腹板处荷载较大在该处布置二片贝雷片，使支架布置的贝雷片承受荷载基本均衡，加之横梁底钢架对荷载的分散作用，在施工验算中可以按照均布荷载进行计算。q2箱梁内外模及支撑、底模、分配梁荷载，按均布荷载计算，经计算取q2=2 kN/m2（取值按偏于安全考虑）。q3施工人员及设备荷载，规范取值为3kN/m2。q4振捣砼时产生的荷载，规范取值为2kN/m2。q5支架自重，每根立柱处支架重量4t荷载组合模板结构名称荷载组合底板计算q1+ q2+ q3+ q4支架系统计算q1+ q2+ q3+ q4+ q5 注：偏安全考虑，荷载组合系数按1考虑。2、底模强度验算底模为面部6mm厚钢板，加强肋采用8号槽钢，纵间距60cm，横间距30cm。（1）下横梁底模板加强肋验算采用8号槽钢，纵间距60cm，横间距30cm。将加强肋简化为如图的简支结构（偏于安全）。上均布荷载q=( q1+ q2+ q3+ q4) 0.3=27.45=（1/8）27.450.62=1.24kNm则：最大应力 max=M/W=1.24/（2532510-9）=49Mpa=205Mpa挠度计算f=5ql4/384EI=5*27.45*0.64/（384*2.1*105*101.3）=0.2210-3mL/400=0.6/400=1.510-3m 结论：加强肋验算满足要求。（2）横梁底模验算底模采用底模为面部6mm厚钢板则有：底板的截面惯性矩I=(bh3)/12=（1*0.0063）/12=1.8*10-9m4取1米宽模板进行演算：模板均布荷载q=( q1+ q2+ q3+ q4)=91.5kN/m2则：M=ql2/8 =91.5*0.262/8=0.774kNm模板需要的截面模量：W=M/w =0.774/（2.1*105）=3.69*10-6m3取模板的宽度b为1m，根据W、b得h为：0.006m挠度计算f=0.00127ql4/(Eh3/(12(1-v2)=0.00127*91.5*0.264/（2.1*105*0.0063/(12*(1-0.32)）=0.12810-3mL/400=0.26/400=0.6510-3m结论：采用6mm厚钢板底模板满足要求。 3、碗扣脚手架验算1）荷载设计参数锚室搭设部分扣件式脚手架，扣件式脚手架纵间距60cm，横间距30cm，步距60cm，整体高的2.7m。立杆的稳定性：N/（A）f模板支架立杆的轴向力：N91.50.60.316.47KN模板支架立杆的计算长度 l0h2ah支架立杆的步距，h0.6 ma模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。a0.45 ml00.620.451.5 m立杆截面回转半径，查表，对于外48 mm，t3.5 mm的钢管，i1.58 cm长细比 l0 / i1.5100 / 1.5894.9轴心受压构件的稳定系数，查表，采用直线内插法计算，0.625立杆的截面面积，查表 A4.89cm2N（A）16.47103/（0.6254.89102）53.9Mpa205Mpa，合格。结论：碗扣支架满足要求。4、贝雷梁验算贝雷梁长度跨度L=27m，跨度为7.5m和4.5m的连续梁，贝雷梁均布荷载Q1=61.6KN/m，每榀贝雷梁结构由二片对称贝雷片组成，本次计算取一片进行验算，一片上的均布荷载q=61.6/2=30.8kN/m。军用梁采用MIDAS Civil计算软件进行杆件内力分析。计算荷载及结构简图支点反力+桁架弯矩图弯矩图桁架轴力图轴力图桁架内力表贝雷梁内力表单元荷载轴向 (kN)剪力-z (kN)弯矩-y (kN*m)71横荷载-30.690072横荷载97.09-7.760.873横荷载-78.929.05-274横荷载-70.950075横荷载-11.960076横荷载-78.92-9.04-277横荷载54.780079横荷载54.430080横荷载97.09-15.353.6481横荷载-80.580082横荷载-80.300杆件验算通过桁架内力分析，受力最大杆件为72和85号杆件,为轴线受压杆件其：1、轴力N=97.09kN2、弯矩M=3.64kN*m杆件同时受到轴力和弯矩，属于压弯组合构件，贝雷梁上下杆件均采用10（16Mnq），W=396603，A=12742， Sx=28.2cm3，tw= 7.6mm，I=245cm4, =1.05按钢结构设计规范（GB 50017-2003）第5.2.1式，验算其强度：=M/*W+N/A=848/1.053966010-9+99500/（127410-6） 10-6 =78.1MPa f =310 MPa，满足临时结构的要求。最大应力= QmaxSx/I/tw=15.35*28.2/(245*7.6)=23.2MPa fv=125 MPa，满足要求。跨中挠度计算跨中挠度时，其均布荷载q=30.8kN/m，军用梁上下弦杆均采用210，上下弦杆的中心距离为1.5m，（16Mnq），其中Ix=1983000mm4：上下弦杆组合截面的惯性矩I=4（Ix+Ad2）=4(1983000+12747502)=2874432000mm4，则计算如下：f=5qL4/384EI=530.875004/（3842.11052874432000）=2.130=L/400，满足规范要求。5、分配横梁本次下横梁采用2根H588工字钢，受贝雷梁的支座反力，支座反力479.4kN，贝雷梁安装比较均匀，贝雷梁之间采用连接件形成一个整体，贝雷梁对横梁的作用可以按均布荷载考虑。Q=479.4*4/4.5=426.1KN/m,单根H588型钢均布荷载213.1 KN/m，安装跨度4.5m简支梁计算。=（1/8）213.14.52=539.3KNm则：最大应力 max=M/W=539.3/（786666710-9）=68.5Mpa=205Mpa挠度计算f=5ql4/384EI=5*213.1*4.54/（384*2.1*105*118000）=0.46cmL/400=4500/400=1.1cm 结论：分配梁满足要求。6、立柱验算立柱变形0.7cmL/400=1860/400=4.65cm 结论：立柱满足要求。立柱杆件应力表单元轴向 (kN)剪力-z (kN)弯矩-y (kN*m)7-1530.27-345.55-354.258-1941.4900929.99-0.03-0.011047.40.981.1111-1936.660012-1548.82-27.14-23.7513-782.3311.3534.76立柱应力验算立柱受力最大一组集中荷载为：1941.5KN。钢管稳定性计算：钢管支撑最大轴力为1941.5KN。钢管回转半径长细比 =L/i=17.7/0.29=61 查表用内插法得=0.88，则=(A)=1941.5/0.883.14(0.822-0.82) /4=85.7Mpa205 Mpa立柱满足要求。立柱剪应力= Qmax/A/2=345.55/0.0254/2=6.8MPa fv=125 MPa，满足要求。7、扩大基础验算立柱扩大基础下挖至中风化灰岩1m，扩大基础长6m，宽2.5m，高度1.5m。采用上下二层间距150mm，25钢筋网片。混凝土标号C35。立柱扩大基础荷载为：1917.6*2=3835.2KN。参照路桥施工计算手册中风化灰岩容许承载力800KPa2.5*6*800=10000KN3835.2KN扩大基础满足设计要求。