碗扣支架计算书.doc

西安至银川高铁DK110+217DK138+151.98干板沟特大桥（40+64+40）m连续梁桥现浇支架计算书中铁十二局集团有限公司陕西通宇公路研究所有限公司二零一七年四月第一部分 概述一、编制依据1、现行铁路工程施工技术指南、规程、验收标准及工程建设的相关文件；2、施工单位提供的有关资料。二、计算及参考依据计算及参考的依据主要有：1、铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程（TB10110-2011）2、铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）3、建筑结构荷载规范（GB50009-2012）4、钢结构设计规范（GB50017-2014）5、铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005 ）6、铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005 ）三、工程概况西安至银川高铁DK110+217DK138+151.98干板沟特大桥（40+64+40）m连续梁桥，采用支架现浇法施工，箱梁为变截面箱梁。本桥采用双线矩形空心桥台基础，圆端形实体桥墩、圆端形空心桥墩，桩基共有150、125两种形式，全桥均采用钻孔灌注桩基础。第二部分 现浇支架计算一、支架布置干板沟特大桥支架体系自上而下依次为6mm定制钢模，I20工字钢分配梁，483.5碗口脚手架，立杆底托安置在厚30cm C20混凝土硬化层上，采用15cm10cm木垫板支垫，纵桥向立杆间距为60cm，横桥向立杆间距60cm，立杆步距60cm，12#，11#桥墩两侧梁体腹板区横、纵桥向立杆间距加密为30cm，10#、13#现浇直线段横桥向立杆间距加密为30cm。支架在桥纵向每360cm间距设置剪力撑，剪力杆与地面成45度，剪力撑按构造要求布置。支架布置示意图如下所示。图1 纵桥向支架布置图（单位：cm）图2 中跨现浇支架布置示意图（单位：cm）二、荷载分析施工期间需要考虑的荷载有：混凝土自重、模板及其它支撑体系自重、支架自重、施工荷载、混凝土振捣荷载等。各项荷载按照铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程（TB10110-2011）取用。根据本桥现浇箱梁的结构特点，在施工过程中将涉及到以下荷载形式：（1） q1 箱梁自重荷载。（2） q2 箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑、分配梁荷载。（3） q3 施工人员、施工材料和机具荷载。（4） q4 振捣混凝土产生的荷载。（5） q5 新浇混凝土对冲击压力。（6） q6 风荷载其中：q1混凝土容重按26kN/m3计。q2箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑，分配梁荷载分别为1.2KN/m2、2.2 KN/m2、1.3 KN/m2、2.35 KN/m2。q3施工人员和机具等荷载为1.0 KN/m2；q4混凝土振捣荷载按2.0 KN/m2 取值；q5浇筑混凝土时的冲击荷载按2.0 KN/m2 取值；q6风荷载按公式计算强度荷载组合采用1.2倍的（1）+（2）恒载与1.4倍的（3）+（4）+（5）活载。刚度荷载组合采用（1）+（2）恒载。稳定性计算荷载组合采用1.2倍的（1）+（2）恒载与1.40.9倍的（3）+（4）+（5）+（6）。因为10号与13号墩周围支架布置形式以及支架上方梁体结构相同，且13号墩身高度大于10号墩，按照最不利条件验算，验算13号周围支架结构。同理，比较12号墩与11号墩，验算12号墩周围支架结构。13号墩上的梁块为9#梁块，12号墩上的梁块为1号梁块。图3 13号墩上的9#梁块图4 12号墩上的1#梁块三、底模板检算模板面板为5mm的q235钢板，面板下为10#槽钢横向分布肋，间距为0.19m、0.39m竖向肋板为5mm钢板，间距为0.3m、0.2m。所有连接孔用M20螺栓。模板材料的力学特性1、模板面板、纵肋均采用q235钢板厚5mm钢板（取0.3m宽计算） 弹性模量：E2105MPa 截面惯性矩：I(bh3)/12= 30053/12=3125 mm4 截面抗矩：W(bh2)/6= 30052/6=1250mm3 容许弯应力：容145MPa 容许剪应力：容85MPa 截面积：S30051500mm22、10#槽钢竖向肋（横向分布肋） 弹性模量：E2105MPa 截面惯性矩：I198.3cm4 截面抗矩：W39.4cm3 容许弯应力：容145MPa 容许剪应力：容85MPa 截面积：S12.74cm2因为在9#梁块腹板下的钢模板处在最不利条件下，验算取本块模板进行计算。9#梁块腹板下的钢模板验算（1）面板选用梁体腹板下0.39m0.2m板格进行计算，板格所受面载为q=1.26.0526+7.05+1.46.5=206.32kN/m2本块模板属于空间受力板单元结构，其边界条件可简化为2面简支2面固定，在Midas FEA中建立模型其应力云图结果如下在模板中心的上顶面出现最大应力-148.3MPa215MPa满足强度要求其变形结果如下图所示最大纵向变形为0.644mmL/400=0.975mm变形满足要求。四、底模下横向工字钢检算9#梁块底模下的横向工字钢验算横向分布梁采用I20工字钢，钢材抗弯强度设计值215MPa，弹性模量206GPa。腹板下工字梁承受的荷载为：强度荷载组合：1.2(3.0526+7.05)0.6+1.45.50.6=66.792kN/m刚度荷载组合：(3.0526+7.05)0.6=51.81kN/m底板下的纵向方木承受的荷载为：强度荷载组合：1.2(1.826+7.05)0.6+1.45.50.6=43.392kN/m刚度荷载组合：(1.826+7.05)0.6=32.31kN/m计算时采用腹板下的荷载数值。1、应力验算荷载q=66.792kN/m，按连续梁验算。截面抵抗矩W=141.3cm3截面抗弯强度 =ql210W=66.7920.3210610237103=2.536MPa215.0MPa，抗弯强度满足要求。截面抗剪强度=1.5VA=1.50.6qlA=1.50.666.7921030.335.5102=3.39MPa125MPa抗剪强度满足要求。2、变形验算E=2.06105MPa; I=2370cm4 截面最大挠度=0.677ql4100EI=0.6775181060041002.06105237010000=0.6mmCR=600400=1.5mm刚度满足要求。综上，横向工字钢安全满足要求。1#梁块底模下的横向工字钢验算横向分配梁采用I20工字钢，工字钢分配梁间距为0.3m,其均布荷载分布将下图。计算时采用腹板下的荷载数值。腹板下的横向工字钢承受的荷载为：强度荷载组合：1.2(6.0526+7.05)0.3+1.46.50.3=61.89kN/m刚度荷载组合：(6.0526+7.05)0.3=49.31kN/m=ql210W=61.89 0.3210610237103=2.36MPa215MPa，抗弯强度满足要求。截面抗剪强度=1.5VA=1.50.6qlA=1.50.661.89103(0.3)3550=4.71MPa125MPa抗剪强度满足要求。（2）变形验算E=2.06105MPa; I=2370cm4截面最大挠度=0.677ql4100EI=0.6774931030041002.06105100002370=0.5mmCR=600400=1.5mm刚度满足要求。五、支架立杆检算考虑到碗扣支架的周转使用，给支架一个折旧系数0.8。9#梁块下支架立杆检算1立杆强度验算图5 13#桥墩支座上梁体截面（1）腹板下立杆荷载分析：碗扣式立杆分布60cm30cm，层距60cm。连续梁单侧腹板面积：a=3.66m2；腹板处断面面积为3.66m2，3.6626/1.279.3kN/m2，单根立杆的计算恒载：（79.3+1.2+1.3+2.2+2.35）0.60.3=15.54kN单根立杆的计算活载：50.60.3=0.9kN则单根立杆受力为：N1.215.54+1.40.9=19.91kN 40kN0.8=32kN（满足）。（2）中底板下立杆荷载分析：碗扣式立杆分布60cm60cm，层距60cm。连续梁中底板面积：b=7.74m2 7.7426/4.346.8kN/m2，单根立杆的计算恒载：（46.8+1.2+1.3+2.2+2.35）0.60.6=19.39kN单根立杆的计算活载：50.60.6=1.8kN则单根立杆受力为：N1.219.39+1.41.8=25.788kN 40kN0.8=32kN（满足）。2立杆稳定性（1）立杆计算长度Lo=层距+2a=1.9m，其中层距0.6m。a-模板支架立杆伸出顶层水平杆中心线至模板支撑点长度，取0.65m。（2）钢管截面特性外直径48mm，壁厚3.5mm，截面积A=4.893cm2，惯性矩I=12.187cm4，回转半径r=1.578cm，立杆截面抵抗矩W=5.08cm3。（3）立杆稳定性计算长细比=Lo/r=190/1.578=120，查表知折减系数=0.437不考虑风荷载N_max/A=（25.78810）/（0.4374.89310）=120.6MPa考虑风荷载：作用于脚手架上的水平风荷载标准值，按下式计算：式中：风压高度变化系数； 脚手架风荷载体型系数；基本风压；根据建筑结构荷载规范(GB50009-2012)，桥位处地面粗糙程度为B类，风压高度变化系数取1.13，如表所示：风压高度变化系数离地面高度510152030405060风压高度变化系数1.001.001.131.231.391.521.621.71为脚手架风荷载体型系数，根据规范，敞开式脚手架的风载体型系数，值是将脚手架视为桁架，按照建筑结构荷载规范(GB50009-2015)单榀桁架的体型系数，对于圆形截面杆件，为挡风系数：为桁架构件和节点挡风的净投影面积，为桁架构件和节点迎风的净投影面积：，所以挡风系数：，所以桁架的体型系数：脚手架沿横桥向有26排，所以：s=0.32626=8.476为基本风压，查建筑结构荷载规范(GB50009-2012)中全国基本风压分布，西安地区10年一遇基本风压，50年一遇基本风压，100年一遇基本风压,对于100年一遇的风荷载，离地面高度15m时，得水平风荷载标准值为k=0.71.138.4760.4=2.681M=1.40wkLxL028=1.412.6810.61.928=1.016Nm0.9MW=0.91.0165.0810-6=0.18MPa=NmaxA+0.9MW=120.6+0.18=120.78MPa215MPa0.8=172MPa结论：13#墩连续梁端立杆稳定性。3碗口式支架竖向位移计算（中底板）x=Q1HEA+式中Q1立杆计算恒载； H立杆总高度； E钢材弹性模量；立杆接头变形； A立杆截面面积，x=(19.3910313103)/(2.061054.893102 )+21=2.5+21=23.5mm1#梁块下支架立杆检算图6 14#桥墩支座上梁体截面1立杆强度验算（1）腹板下立杆荷载分析：碗扣式立杆分布30cm30cm，层距60cm。连续梁单侧最大截面腹板面积：a=10.285m2；连续梁单侧最大截面中板面积：b=4.3m2；腹板处断面面积为10.285 m2，10.28526/1.7157.3kN/m2，单根立杆的计算恒载：（157.3+4.7+2.35）0.30.3=14.79kN单根立杆的计算活载：50.30.3=0.45kN则单根立杆受力为：1.214.79+1.40.4518.38kN40 kN0.8=32kN（满足）。（2）底板下立杆荷载分析碗扣立杆分布60cm60cm，层距60cm。底板处断面面积为4.3m2，4.326/2.1552kN/m2，单根立杆的计算恒载：（52+4.7+2.35）0.60.6=21.258kN单根立杆的计算活载：50.60.6=1.8kN则单根立杆受力为：1.221.258+1.41.828.03kN40 kN0.8=32kN（满足）。2、立杆稳定性立杆计算长度Lo=层距+2a=1.9m，其中层距0.6m。a-模板支架立杆伸出顶层水平杆中心线至模板支撑点长度，取0.65m。钢管截面特性外直径48mm，壁厚3.5mm，截面积A=4.893cm2，惯性矩I=12.187cm4，回转半径r=1.578cm，立杆截面抵抗矩W=5.08cm3。立杆稳定性计算长细比=Lo/r=120/1.578=120.4，查表知折减系数=0.437不考虑风荷载Nmax/A=（28.0310）/（0.4374.89310）=131.09MPa215MPa0.8=172MPa考虑风荷载后，风荷载计算方法与13#墩同理=NmaxA+0.9MW=131.09+0.18=131.27MPa172MPa结论：立杆稳定性满足3碗口式支架竖向位移计算（腹底板）x=Q1HEA+式中Q1立杆计算恒载； H立杆总高度； E钢材弹性模量；立杆接头变形； A立杆截面面积，x=29.583103131032.061054.893102+33=3.8+33=36.8mm六临时钢管柱验算1#梁块下临时钢管柱验算在主墩两侧的承台上分别支立2根609mm壁厚16mm的钢管作为临时支撑。两个钢管横向间距为两米。钢管顶底部用直径800mm厚16mm的钢板封口。封底钢板预埋在承台内，封顶钢板与0#块底板混凝土表面接触，钢板上设25锚固钢筋和钢板满焊。每侧2根钢管内预埋共4根精轧螺纹钢，一端预埋在承台内，深入承台底部，一端从钢管中穿至1#节段底板顶面以上50cm。待0#块混凝土强度达到要求后，每根钢管内精轧螺纹钢施加50T预应力，并且在主墩墩顶两侧分别预埋2根32精轧螺纹钢，预埋深度1m，深入连续梁腹板1m，起抗倾覆作用，待边跨合龙后拆除临时支撑。具体结构尺寸见下图。钢管采用q235型号钢材。图5 连续梁临时支撑体系示意图1.临时钢管强度验算单根钢管直径为60.9cm，按最不利荷载计算其顶部支撑荷载：立杆处在1号块底板下方单根钢杆的计算恒载：（226+1.2+1.3+2.2+2.35）6.36.3=2343.69kN单根钢杆的计算活载：56.36.3=198.45kN则单根立杆受力为：N1.22343.69+1.4198.45=3090.26kN单根钢管截面面积为1.51104mm2单根钢杆所能承受轴力为2351.51104=3547.8kN3090.26kN3547.8kN,钢管强度验算合格。2. 临时钢管稳定性验算钢管长细比为=L0/i=30000/212.5=141.18稳定系数计入风荷载影响M=1.40wkLxL028=1.412.6810.63028=253.35Nm0.9MW=0.92533502239737=0.102MPa=NmaxA+0.9MW=850320.33915097+0.102=16.72MPa215MPa七、地基承载力计算9#桥墩下支架地基承载力计算由以上结果对比可知，中底板处立杆轴立最大Nmax=25.788 kN，立杆下底托尺寸为0.150.15m，混凝土厚度为0.2m，则立杆下混凝土承载力d=N/A=(25.788103)/（0.15+20.2）2 =85kPa1#桥墩下支架地基承载力计算由以上结果对比可知，中底板处立杆轴立最大N_max=36.7596 kN，立杆下底托尺寸为0.150.15m，混凝土厚度为0.2m，则立杆下混凝土承载力d=N/A=(36.7596103)/（0.15+20.2）2 =121.164kPa采用2倍安全系数，所以地基承载力不低于250KPa，地基处理注意做好防排水工作。八、结论综上支架结构安全，可以通过验算。