省道349门洞设计计算书.docx
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省道349门洞设计计算书
附件3：
跨S349省道门洞设计计算书
1、概述
我标段32-33#墩第七联箱梁上跨既有S349省道，为满足施工需要，保证S349省道通行及行车、行人的安全，我标段在S349省道上设临时通道。
第七联箱梁3跨130m，桥跨布置是25＋34＋32＝81m，桥宽33.5m，梁高1.8m。
与既有S349省道相交的是该联的第2跨即32～33#墩之间。
既有S349既有道路宽12m,方案中所设计通道分大小四个门洞，实行上下行线单向通行，机动、非机动分离通行，确保行车行人安全。
路中两个联体门洞为机动车道，机动车道门洞净高5.25m大于4.5m机动车通行高度要求，门洞净宽4.2m大于3.75m机动车通行宽度要求。
非机动车道在机动车道的两侧，净高2.25m，净宽1.8m，同样单向通行。
机动车道纵向分配梁采用I32b工字钢（39根12m），腹板下间距30×2＝60cm，箱室下经计算平均间距147.5×5＝590cm。
I32b工字钢下的横向分配梁采用I10工字钢，每排两根，中支墩5排；两边支墩3排。
通道下顶、底托最大调节高度<20cm。
支墩处立杆横向步距60cm，纵向步距30cm，横杆步距60cm。
立杆横向设剪刀撑，纵向不设，立杆顶部布置两层纵向钢管支撑，以增加支架纵向稳定性。
非机动车道纵向分配梁采用15×15（或两根10×10方木叠放）方木，横向布置间距同支架。
方木下设3层横杆，方木跨中增设立杆以抵消部分集中荷载。
支架布置详见《支架设计图》。
2、计算依据
1）《蓝钟河特大桥第17标段设计施工图》
2）《公路桥涵设计规范》
3）《公路桥涵施工技术规范》
4）《钢结构设计规范》2003-12-01版
5）《路桥施工计算手册》人民交通出版社
6）《施工结构计算方法与设计手册》中国建筑工业出版社
7）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86
3、计算中所采用的数据
3.1、本计算书中采用的数据
碗扣式脚手架钢管
φ外＝48mm，σ＝3.5mm,A=489.303mm2,每米重=3.841Kg/m=37.63N/m.
I=12.19×104mm4，W=5.08×103mm3，i＝15.78mm；
E=2.1×105Mpa,[σ]=67.6Mpa;[P]=33.1KN；
方木：
顺纹弯曲应力σw＝9.5Mpa,E=8500Mpa
部分工字钢截面特性表摘自《施工结构计算方法与设计手册》
型号
尺寸（mm）
A
（cm2）
重量
KN/m
x-x（cm）
h
b
d
t
I
W
i
I:
Sx
10
10
68
4.5
7.6
14.3
11.2
245
49
4.14
8.59
20a
200
100
7
11.4
35.5
0.273
2370
237
8.15
17.2
20b
200
102
9
11.4
39.5
0.305
2500
250
7.96
16.9
22a
220
110
7.5
12.3
42.0
0.323
3400
309
8.99
18.9
22b
220
112
9.5
12.3
46.4
0.357
3570
325
8.78
18.7
25a
250
116
8
13
48.5
0.373
5024
401.9
10.18
21.6
25b
250
118
10
13
53.5
0.412
5284
422.7
9.94
21.3
28a
280
122
8.5
13.7
55.45
0.425
7114
508.2
11.32
24.6
28b
280
124
10.5
13.7
61.05
0.469
7480
534.3
11.08
24.2
32a
320
130
9.5
15
67.05
0.516
11076
692.2
12.84
27.5
32b
320
132
11.5
15
73.45
0.565
11621
726.3
12.58
27.1
摘自《施工结构计算方法与设计手册》
3.2、荷载取值（公路桥规）
新浇混凝土容重26KN/m3；（含钢材）
施工机具、人员、堆载物荷载：
2Kpa
倾倒混凝土时产生的冲击荷载：
2Kpa;
振捣混凝土时产生的水平荷载：
2Kpa;
振捣混凝土时产生的竖直荷载：
4Kpa;
模板单位重:
63.5Kg/m2=0.62Kpa;
根据门洞处连续梁的截面图，可知在腹板处是荷载最大的截面，本计算书分别以腹板处截面和箱室处截面分别进行设计.
4、纵向工字钢分配梁设计
4.1、腹板处
砼重为G=A·γ混=1.22×26＝31.72KN/m
其它荷载为1.2×（2+2+2+4+0.62）=10.62KN/m
折算为均布荷载为q=31.72+10.62=42.34N/mm
4.1.1、根据[σ]求工字钢型号
12m工字钢纵向分配梁按两跨连续梁均布荷载计算，
荷载计算简图
根据荷载计算简图求各支座反力和弯距
FA=FB=0.375ql=0.375*42.34*6=95.265KN,
Fc=1.25ql=1.25*42.34*6=317.55KN.
Mmax跨中=0.07ql2=0.07*42.34*62=106.7KN·m,
MC=0.125ql2=0.125*42.34*62=190.53KN·m
W=M/[σw]=190.53×106/145/1000=1314cm3,查表可知，
3根I32a（3*692.2=2076.6）满足要求,按I32b检算。
3I32b的截面抗弯模量为：
W=726.3×3=2178.9cm3>1314cm3
4.1.2、3-I32b分别进行强度、刚度检算
3-Ⅰ32b
W=726.3×3=2178.9cm3,
I=11621×3=34863cm4,
G=0.565×3=1.695KN/m。
q=42.34+0.565×3=44.035KN/m
M=0.125×ql2=0.125×44.035×62=198.16KN.M
σ＝M/（W）=198.16×106/（3×726.3×103）
＝90.95pa<[σ]=145Mpa合格
f＝0.521ql4/（3×100×EI）
＝0.521×44.035×60004/（3×100×2.06×105×11621×104）
=4.14mm腹板处工字钢纵向分配梁选用3Ⅰ32b。
3.2，箱室部分
3.2.1荷载计算：
长12m（等于工字钢分配梁长），
则箱室部分砼重为
G=A·γ混=1.65×26=42.9KN/m
32b工字钢自重：
57.7×9.8/1000=0.57KN/m
施工荷载为3.55×8.62=30.6KN/m
折算为均布荷载为q=42.9KN/m+30.6KN/m=73.5KN/m
3．2．2．根据[σ]求工字钢型号
12m工字钢纵向分配梁按两等跨均布荷载计算，
Mmax=0.125qL2=0.125×73.5×62
=330.75KN·m
W=M/[σ]
=330.75×106/145/1000=2281.03cm3
查表：
4Ⅰ32b（692.2×4=2768.8cm3满足要求,按I32b检算。
4Ⅰ32b的截面抗弯模量为:
W=726.3×4=2905.2cm3＞2281.03cm3
3.2.3对4Ⅰ32b分别进行强度、刚度检算
q＝42.9+30.6+0.565×4=75.76KN/m
M=0.125×Ql2=0.125×75.76×62=341KN·m
σ＝M/（W）=341×106/（4×726.3×103）
＝117.4Mpa<[σ]=145Mpa合格
f＝0.521ql4/（4×100×EI）
＝0.521×75.76×60004/（4×100×2.06×105×11621×104）
＝5.3mm4，横向工字钢分配梁设计
横向分配梁两端采用3排横向工字钢支撑，中间部位由5排横向工字钢支撑。
横向分配梁视为跨距为0.6m的两端简支梁，且纵向分配梁都支撑在其跨中的最不利情况来考虑。
4.1确定横向分配梁工字钢型号
4.1.1支点反力计算
腹板处纵向分配梁3根；箱室处纵向分配梁4根，两端支点由3排横向分配梁支撑，中支点由5排横向分配梁支撑。
腹板处均布荷载q＝53.2KN/m;箱室处均布荷载q＝73.5KN/m。
a，腹板处端支点：
qa＝0.375ql/（3*3）=0.375*53.2*6/（3*3）=13.3KN
b，腹板处中支点：
qb＝1.25ql/（5*3）=1.25*53.2*6/（5*3）=26.6KN
c，箱室处端支点：
qc＝0.375ql/（3*4）=0.375*73.5*6/（3*4）=13.78KN
d，箱室处中支点：
qd＝1.25ql/（5*4）=1.25*73.5*6/（5*4）=27.56KN
I32b自重：
0.565KN/m*12=6.78KN,
端支点反力＝6.78*（0.375/（0.375*2+1.125）=1.27KN。
取Fmax=27.56KN考虑I32b工字钢自重后支点反力
Fmax=qd＋1.27=27.56+1.27=28.83KN。
I10计算按0.6m简支跨中集中荷载计算。
Mmax=Fl/4=28.83×0.6/4=4.32KN·m
W=M/[σ]=（4.32×106/145）/103=29.8cm3,查表I10（Ix=49cm3）满足要求。
强度检算：
σ＝4.32*106/（49*1000）=88.16Mpa<[σ]=145Mpa。
挠度检算：
f=Fl3/（48EI）=4.32*60003/（48*2.05*105*245*104）=0.04mm。
对I10抗剪强度验算，I10:
I:
S=8.59cm2
τ＝V·S/（I·b）＝V/（I·b/S）=28.83*1000/2/（8.59*100/68）
=14415/859/68
=2.5Mpa<[τ]=85Mpa。
合格
5，非机动车道设计
5.1荷载计算：
5.1.1腹板处：
计算截面积2.33m2,计算长度1.8m,计算梁底面积：
2.45×1.8=4.41m2
混凝土自重：
2.33×1.8×26＝109KN,其他荷载：
8.62×4.41=38KN,
总荷载：
（109＋38）×1.2＝176.4KN。
5.1.2箱室处：
计算截面积1m2,计算长度1.8m,计算梁底面积：
2.3×1.8=4.14m2
混凝土自重：
1×1.8×26＝46.8KN,其他荷载：
8.62×4.14=35.69KN,
总荷载：
（46.8＋35.7）×1.2＝99KN。
5.2立杆承载力计算：
5.2.1腹板处
确定立杆数量
单根立杆承载力按30KN计算，176.4/30=5.88根，设计根数6根，合格。
5.2.2箱室处
确定立杆数量
单根立杆承载力按30KN计算，99/30=3.3根，设计根数4根，合格。
5.2.3立杆稳定性验算
横杆步距0.6m，故立杆长度按L=1.2m计。
λ＝L/i=600/15.78=38.02<57
故立杆为短粗杆，其稳定性按强度条件验算，强度条件验算结果是合格的。
A：
（I10工字钢）
非机动车道在机动车道的两侧，净宽1.8m，同样单向通行。
5.3根据[σ]求工字钢型号
1.8m工字钢纵向分配梁按两跨连续梁计算
5.3.1腹板处:
腹板处折算均布荷载q=98KN/m。
MMAX=0.125ql2=0.125×98×0.92=9.92KN.m
W=M/[σ]=9.92×106/145/1000=68.43cm3.
3根I10的截面抗弯模量为：
W=3×49cm3=147cm3>68.43cm3
对3I10进行强度、刚度验算
σmax=MMAX/w=9.92×106/147×1000=67.48Mpa<[σ]=145Mpa。
合格
fmax=f＝0.521ql4/（3×100×EI）
=0.521×98×9004/（3×100×2.06×105×245×104）
＝0.22mm<1/500=1.8mm合格
5.3.2箱室处:
箱室处折算均布荷载q=55KN.m
MMAX=0.125ql2=0.125×55×0.92=5.57KN.m
W=M/[σ]=5.57×106/145×103=38.4cm3。
2根I10的截面抗弯模量为：
W=2×49cm3=98cm3>38.4cm3
对2根I10进行强度和刚度验算
σmax=MMAX/w=5.57×106/98×1000=56.84Mpa<[σ]=145Mpa。
合格
fmax=f＝0.521ql4/（2×100×EI）
=0.521×55×9004/（2×100×2.06×105×245×104）
＝0.19mm<1/500=1.8mm合格
根据计算，非机动车道纵向分配梁在腹板处布置3根I10工字钢，在箱室处布置2根I10工字钢。
B：
（10×10方木叠放）
5.42×10方木纵向分配梁计算
5.4.1腹板处
单根立杆荷载：
176.4/6=29.4KN
强度计算
P=29.4-15=14.4
3排2×10方木的截面抗弯模量为
W=3×100×2002/12=1000000mm3
M=q×l/4=14.4×1.8×106/4=6480000mm.n
σ=M/W=6480000/1000000=6.48Mpa<[σ]=8Mpa合格。
挠度计算（木材E值取9000Mpa）
I=100×2003/6=133333333mm4
W=P×l3/（48×E×I）=14.4×1000×（1.8×103）3/（48×9000×133333333）=1.45mm
5.3.1箱室处：
单根立杆荷载：
99/4=24.75KN
强度计算
P=24.75-15=9.75KN
2排2×10方木的截面抗弯模量为
W=2×100×2002/12=666666mm3。
M=q×l/4=9.75×1.8×106/4=4387500mm.n
σ=M/W=4387500/666666=6.58Mpa<[σ]=8Mpa合格。
挠度计算（木材E值取9000Mpa）
I=100×2003/6=133333333mm4
W=P×l3/（48×E×I）=14.4×1000×（1.8×103）3/（48×9000×133333333）=1.45mm
四、地基承载力验算
由以上计算数据可知跨中1.8m×30m地基基础承受总荷载G1＝4×1.25ql腹板+5×1.25ql箱室＋1.8×0.6×30×26＝5330.4KN.两端1.2m×30m地基基础承受总荷载G2=4×0.375ql腹板＋5×0.375ql箱室＋1.2×0.6×30×26＝1908KN。
故P跨中＝G1/A=5330.4/（1.8×30）×1000＝0.099MPa,P两端＝G2/A=1908/（1.2×30）×1000＝0.053MPa
原地基基础为S349省道（一级公路）快车道，完全满足要求。
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