杨梅互通A匝道现浇梁计算书.docx
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杨梅互通A匝道现浇梁计算书
杨梅互通A匝道桥现浇梁施工
支架搭设结构计算书
一、工程概况
本合同段起讫里程为：
K309+620-K316+380，路线长度6.760km，主线桥梁全长892.7m/5座，其中大桥812.1m/4座，中桥80.6m/1座，涵洞22道；桥隧总长占路线总长的13.206%；互通立交1处，服务区1处，通道12座；路基挖方279.6万方，填方243.2万方。
其中现浇梁1座为杨梅互通A匝道桥，起讫里程为AK0+685-AK0+749，中心里程为AK0+717，A匝道桥共2跨，0#-3#墩上部结构全部采用现浇箱梁结构，桥跨布置为22+35m，桥宽17.5m，桥梁全长64m（含耳墙），桥梁面积1120㎡，桥梁位平面位于R=210m右偏圆曲线上，桥梁交角为90度，桥台背墙前侧线、桥墩中心线与路线设计线的右偏角为90度，采用径向布置，桥梁跨径指路线设计线上的曲线长度。
根据设计图纸，A匝道桥上部为等宽预应力现浇连续箱梁，箱梁梁高为1.8m，桥宽17.5m，箱梁采用单箱三室截面形式，顶板宽17.5m，底板宽12.82，两侧悬臂各2m，顶板厚25cm，腹板厚45-75cm，在1#墩跨中设置中横梁，0#、3#墩设置端横梁。
二、编制依据
（1）《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》（TB10110—2011）；
（2）《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）；
（3）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；
（4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
（5）《公路施工手册》；
（6）《》公路施工计算手册》。
三、上部梁体施工方案
杨梅互通A匝道桥现浇箱梁共两跨，其中第二跨位于主线路基上，地形较平坦，梁底至原地面高度在6-7m，第一跨跨径为22m，第二跨跨径为35m，两跨均采用碗扣式满堂支架现浇施工。
主要施工流程为：
场地平整、地基处理、满堂支架搭设、安装支座、堆载预压、沉降观测、逐级卸载、设置预拱度、安装外模、底腹板钢筋制作及安装、底腹板混凝土浇筑、顶板钢筋及防护栏预埋筋安装、顶板混凝土浇筑、混凝土养护、拆除侧模、张拉压浆、拆除底模板、拆除满堂支架。
支架具体布置见施工方案。
1、地基处理
在清除表面松散土后，碾压平整后浇筑15cm厚C20混凝土，宽度21米。
2、满堂支架施工
在清除表层土后，碾压平整再浇筑15cmC20混凝土，宽度21m，作为支架基础。
选用碗式支架作为支撑骨架，支架布置为：
满堂支架顺桥向立杆排距0.6m，横桥向立杆中间底腹板位置为23排排距0.6m，两侧翼缘板按6排排距0.9m，翼缘板外为2排排距0.9m立杆作为操作平台，所有横杆步距均为1.2m。
支架支撑在专用地托上，以确保受力均匀,支架上端采用专用天托，纵向采用10×10cm方木间距0.3m，横向采用10×10cm方木,间距0.6米,通过支架上端的天托设置预拱度。
3、堆载预压
为消除非弹性变形，取得碗式支架弹性变形量和地基沉降变形量。
在方木铺设完毕且加固稳固后选用砂带进行分级堆载预压。
预压采用分跨预压，从A匝道桥第一跨向第二跨进行，施加荷载总重：
梁体自重＋施工荷载（梁体自重10%）。
模拟砼施工过程按30%、70%、110%逐级加载。
在加载过程中设置沉降观测点，观测点分别设在翼缘板、底板处，每断面设5点，每4米设一个观测断面。
堆载预压时间不小于48小时，卸载采用分级逐步卸载。
每次堆载、卸载均做好沉降观测，并做好记录。
4、预拱度设置
预拱度计算公式为f=f1+f2，其中f1支架弹性变形（由预压得出数据），f2=梁片设计预拱度值。
最大预拱度值设置在梁的跨中位置，并按二次抛物线形式进行分配，算得间距2米各点处的预拱度值后，按折线通过钢管脚手架对底模和翼缘板进行调整。
5、钢筋制安
钢筋在钢筋加工场地制作，采用机械连接接头工艺连接,根据钢筋绑扎的先后顺序采用人工配合汽车、吊车运输到模板。
钢筋绑扎顺序：
从一段向另一段进行，箱梁底板、箱梁腹板、箱梁底、腹板波纹管、箱梁顶板、预留钢筋和预埋件埋设。
按照设计图纸和验标要求进行钢筋的绑扎安装，同时注意钢筋接头按要求错开，钢筋绑扎时要按设计图纸的钢筋编号从下到上、从一头到另一头分顺序绑扎，为避免在安装时将误差集中到某一头，可分成几段进行。
保证所有的钢筋规格、型号、间距、数量及保护层等满足设计要求。
钢筋交接点绑扎均采用十字交叉绑，不允许采用梅花跳绑，且绑扎铁丝的尾段不应伸入保护层内。
钢筋保护层采用购买的同等级砂浆垫块，梁体侧面和底面的垫块至少应为4个/m2。
箱梁施工中主要预埋件有泄水孔、透气孔、伸缩缝预埋件、防撞护栏预埋筋、施工预埋件等，施工时应严格按照设计图纸要求进行预埋。
6、砼施工
砼浇筑采用2台混凝土汽车泵从0#台边跨向2#边跨一次进行。
混凝土浇筑水平分层、斜向分段、对称、连续浇注的原则。
浇注砼时，每层砼的厚度30厘米为宜，不得超过50厘米，砼振捣和下料交替进行，采用插入式振捣棒振捣。
砼浇注成型终凝后，覆盖土工布浇水养护。
四、满堂支架结构验算
1、碗扣支架相关参数
立杆和横杆设计允许荷载
立杆
横杆
步距（m）
允许载荷（KN）
横杆长度（m）
允许集中荷载（KN））
允许均布荷载（KN）
0.6
40
0.9
4.5
12
1.2
30
1.2
3.5
7
1.8
25
1.5
2.5
4.5
2.4
20
1.8
2.0
3.0
碗口支架钢管外径48㎜,钢管内径41㎜,壁厚3.5mm，截面积4.89*102mm2
惯性矩I=1.215*105mm4，单位重量62kg/m
回旋半径i=｛[π（484-414）/64}/{π（484-414）/4}｝1/2=15.78㎜
2、支架荷载分析
根据本工程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：
⑴q1——箱梁自重荷载，新浇混凝土密度取26KN/m3。
根据我部现浇箱梁结构特点，我们取中横梁截面为代表截面进行箱梁自重计算，并对这个代表截面下的支架体系进行检算，首先分别进行自重计算。
⑵q2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载，按均布荷载计算；取q2＝1.2kPa
⑶q3——因施工时面积分布广，需要人员及机械设备不多，取q3=2.0KN/m2（施工中要严格控制其荷载量）。
⑷q4——振捣混凝土产生的荷载，对底板取2.0kPa，对侧板取4.0kPa。
⑸q5——新浇混凝土对侧模的压力。
因现浇箱梁采取水平分层以每层30cm高度浇筑，在竖向上以V=1.2m/h浇筑速度控制，砼入模温度T=28℃控制，因此新浇混凝土对侧模的最大压力
q5=
K为外加剂修正稀数，取掺缓凝外加剂K=1.2
当V/t=1.2/28=0.043＞0.035
h=1.53+3.8V/t=1.69m
q5=
⑹q6——倾倒混凝土产生的水平荷载，取2.0kPa。
⑺q7——支架自重，经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示：
满堂钢管支架自重
立杆横桥向间距×立杆纵桥向间距×横杆步距
支架自重q7的计算值（kPa）
60cm×60cm×120cm
3.38
荷载组合
模板、支架设计计算荷载组合
模板结构名称
荷载组合
强度计算
刚度检算
底模及支架系统计算
⑴＋⑵＋⑶＋⑷＋⑺
⑴＋⑵＋⑺
侧模计算
⑸＋⑹
⑸
3、支架结构验算
3.1底模面板检算
底模面板采用15mm厚竹胶板，竹胶板尺寸为122*244*1.5cm。
竹胶板下纵桥向设置100*100mm方木小肋，中心间距300mm，取1m板宽按净跨径300mm连续梁检算。
（1）荷载
取底腹板荷载进行计算：
梁体砼1m截面均布荷载：
2
底模面板宽度自重
2
箱内支撑架荷载
2，实际取0KN/m2。
（2）强度验算
Mmax=0.57kN·mQmax=11.46kN
底模力学参数：
S=1/8×bh2=1/8×1.0×0.0152=2.8×10-5m3
I=1/12×bh3=1/12×1.0×0.0153=2.8125×10-7m4
W＝1/6×bh2=1/6×1.0×0.0152=3.75×10-5m3
强度条件：
σ=Mmax/W=0.57/（3.75×10-5）=15.2MPa＜[σ]=45Mpa
τ=QmaxS/（Ib）=（11.46×2.8×10-5）/（2.8125×10-7×1.0）
=1.14MPa＜[τ]=4MPa
（3）刚度验算:
fmax＜[f]
fmax=0.677ql4/（100EI）其中E=9×103MPa
fmax=（0.677×63.642*1000×0.24）/（100×9×103×106×2.8125×10-7）
=0.27mm＜[f]=1/400m=0.75mm
1.5cm的竹胶板作为底模满足要求。
3.2模板底纵桥向方木计算：
竹胶板底部桥顺向设置100*100mm方木小肋，中心间距300mm，方木下设置横桥向方木，方木中心间距为60cm，按单根方木受力（单根方木承受宽度600mm的系梁荷载）按三跨连续梁检算。
（1）、荷载组合
取底腹板荷载进行计算：
梁体砼顺桥向均布荷载：
2
底模面板宽度自重
2
方木自重：
2
Mmax=0.69kN·mQmax=6.91kN
方木力学参数：
S=1/8×bh2=1/8×0.1×0.12=1.25×10-4m3
I=1/12×bh3=1/12×0.1×0.13=8.3×10-6m4
W＝1/6×bh2=1/6×0.1×0.12=1.67×10-4m3
强度条件：
σ=Mmax/W=0.69/（1.67×10-4）=4.1MPa＜[σ]=12Mpa
τ=QmaxS/（Ib）=（6.91×1.25×10-4）/（8.3×10-6×0.1）
=0.1MPa＜[τ]=1.3MPa
刚度验算:
fmax＜[f]
fmax=0.677ql4/（100EI）其中E=9×103MPa
fmax=（0.677×19.2×0.64）/（100×9×109×8.3×10-6）
=0.23mm＜[f]=1/400m=1.5mm
底模纵向方木截面尺寸符合设计要求
3.3横向方木计算：
横桥向方木采用10*10cm方木,铺设于支架立杆顶撑上，间距为60cm，跨度60cm，所受荷载为上部纵向方木传递的集中荷载，间距按30cm布置，其荷载大小为：
P=1.143*ql=1.143*19.2*0.6=13.17KN/m
按四跨连续梁计算。
Mmax=1.27kN·mQmax=8.7kN
方木力学参数：
S=1/8×bh2=1/8×0.1×0.12=1.25×10-4m3
I=1/12×bh3=1/12×0.1×0.13=8.3×10-6m4
W＝1/6×bh2=1/6×0.1×0.12=1.67×10-4m3
强度条件：
σ=Mmax/W=1.27/（1.67×10-4）=7.6MPa＜[σ]=12Mpa
τ=QmaxS/（Ib）=（8.7*1.25×10-4）/（8.3×10-6×0.1）
=0.013MPa＜[τ]=1.3MPa
刚度验算:
fmax＜[f]
fmax=1.764ql3/（100EI）其中E=9×103MPa
fmax=（1.764×13.17×0.63）/（100×9×109×8.3×10-6）
=0.04mm＜[f]=1/400m=1.5mm
底模横向方木截面尺寸符合设计要求
3.4扣件式钢管支架立杆强度及稳定性验算
边支点V-V截面处
钢管扣件式支架体系在箱梁底腹板采用60×60×120cm的布置结构，在翼缘板采用60×90×120cm的布置结构，如图：
①、立杆强度验算
根据立杆的设计允许荷载，当横杆步距为120cm，立杆可承受的最大允许竖直荷载为［N］=30kN（参见公路桥涵施工手册）。
立杆实际承受的荷载为：
N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK（组合风荷载时）
NG1K—支架结构自重标准值产生的轴向力；
NG2K—构配件自重标准值产生的轴向力;
ΣNQK—施工荷载标准值；
于是，在底腹板位置有：
NG1K=0.6×0.6×q1=0.6×0.6×45.9=16.5KN
NG2K=0.6×0.6×q2=0.6×0.6×1.2=0.432KN
ΣNQK=0.6×0.6×（q3+q4+q7）=0.36×（2.0+2.0+3.38）=2.657KN
则：
N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK=1.2×（16.5+0.432）+0.85×1.4×2.657=23.48KN＜［N］＝30kN，强度满足要求，安全系数23.48/24.57=0.96。
在翼缘板位置有：
NG1K=0.6×0.9×q1=0.6×0.9×8.19=4.42KN
NG2K=0.6×0.9×q2=0.6×0.9×1.2=0.648KN
ΣNQK=0.6×0.9×（q3+q4+q7）=0.54×（2.0+2.0+3.38）=3.985KN
则：
N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK=1.2×（4.42+0.648）+0.85×1.4×3.985=10.82KN＜［N］＝30kN，强度满足要求。
均满足要求。
②、立杆稳定性验算
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》有关模板支架立杆的稳定性计算公式：
N/ΦA+MW/W≤f
N—钢管所受的垂直荷载，N=1.2（NG1K+NG2K）+0.85×1.4ΣNQK（组合风荷载时），同前计算所得；
f—钢材的抗压强度设计值，f＝205N/mm2参考《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》表5.1.6得。
A—φ48mm×3.5㎜钢管的截面积A＝489mm2。
Φ—轴心受压杆件的稳定系数，根据长细比λ查表即可求得Φ。
i—截面的回转半径，查《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录B得i＝15.8㎜。
长细比λ＝L/i。
L—水平步距，L＝1.2m。
于是，λ＝L/i＝76，参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》查附录C得Φ＝0.744。
MW—计算立杆段有风荷载设计值产生的弯距；
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10
WK=0.7uz×us×w0
uz—风压高度变化系数，参考《建筑结构荷载规范》表7.2.1得uz=1
us—风荷载脚手架体型系数，查《建筑结构荷载规范》表6.3.1第36项得：
us=1.2
w0—基本风压，查〈〈建筑结构荷载规范〉〉附表D.4w0=0.35KN/m2
故：
WK=0.7uz×us×w0=0.7×1.25×1.2×0.35=0.368KN
La—立杆纵距0.6m；
h—立杆步距1.2m，
故：
MW=0.85×1.4×WK×La×h2/10=0.03784KN
W—截面模量查表〈〈建筑施工扣件式脚手架安全技术规范〉〉附表B得：
W=5.08×103mm3
则，N/ΦA+MW/W＝35.39×103/（0.744×489）+0.03784×106/（5.08×103）＝104.72KN/mm2≤f＝205KN/mm2
计算结果说明支架是安全稳定的。
3.5满堂支架整体抗倾覆验算
依据《公路桥涵技术施工技术规范实施手册》第9.2.3要求支架在自重和风荷栽作用下时，倾覆稳定系数不得小于1.3。
K0=稳定力矩/倾覆力矩=y×Ni/ΣMw
采用57m验算支架抗倾覆能力：
跨中支架宽20.5m，长57m采用60×60×120cm支架来验算全桥：
支架横向31排；
支架纵向95排；
高度7m；
顶托TC60共需要31*95=2945个；
立杆需要31*95×7=20615m;
纵向横杆需要31×7/1.2×57=10307.5m；
横向横杆需要95×7/1.2×18.5=10252m；
故：
钢管总重（20615+10307.5+10252）×3.84=158t;
顶托TC60总重为：
2945×7.2=21t；
故q=158×9.8+21×9.8=1754KN；
稳定力矩=y×Ni=8×1754=14032KN.m
依据以上对风荷载计算WK=0.7uz×us×w0=0.504KN/m2
跨中57m共受力为：
q=0.504×7×57=201.096KN；
倾覆力矩=q×5=201.096×5=1005.48KN.m
K0=稳定力矩/倾覆力矩=14032/1005.48=13.96>1.3
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求
3.6跨中门洞支架体系验算
本桥施工方案中A匝道第二跨中门式通道采取间距30cm碗扣支架和工字钢平台支架体系，工字钢平台支架体系由碗扣支架上铺设10*10的纵向方木，方木上铺设间距为60cm的I40a工字钢作为横向分配梁，工字钢上纵向向满铺10×10cm方木及搭设满堂扣件式钢管支架。
（1）门洞横梁工字钢验算
门洞处荷载为
取底腹板荷载进行计算：
梁体砼顺桥向均布荷载：
2
底模面板宽度自重
2
方木自重：
2
上部拱肋自重及支撑架宽度荷载
2
取立杆间距为0.6*0.6m；则门洞横梁处每根立杆受力为：
67.77*0.6*0.6=24.4KN;
门洞横梁受力图如下:
Mmax=128.1kN·mQmax=109.8kN
横梁所需要的截面抵抗矩为：
W=
查《桥涵计算手册》“热轧普通工字钢截面特性表”可知，需使用I40a型号的工字钢，该型号工字钢截面特性如下：
S=86.07mm2Ix=21714cm4Wx=1085.7cm3M=67.56kg/mtw=16.5mm
Ix/Sx=34.1cm
I40a自重为0.6756KN/m（查桥涵手册）
I40a自重产生弯距为：
M=
总弯距Mx=128.1+2.11=130.21KN·m
弯距正应力为
（临时结构，取1.3的容许应力增加值），满足要求
支点处剪力为：
Qx=109.8+0.6756×2.5=114.5KN
为腹板厚度
=15mm
max=
Mpa<1.3×85Mpa（1.3为容许应力增大值），满足要求。
工字钢跨中挠度验算：
I40a单位长度上的荷载标准值为：
q=43.98+0.6756=44.66KN/m
I40a刚度满足要求，所以采用I40a。
（2）门洞支撑墩立杆上枕梁计算
若枕梁按图中布置，纵梁将只起到传力作用，不需要特别的验算，
但在实际施工中考虑最不利情况，支撑立杆顶枕梁承受由门洞横梁传递的上部荷载和自重，横梁传递的力以端头支墩处剪力最大，取此处计算。
支撑立杆顶枕梁按跨中受集中荷载这一最不利的情况进行验算。
验算时按连续梁进行，L=0.6m
纵梁传递的剪力：
Qx=114.5KN
每边支撑墩立杆共7排，故支撑墩立杆顶单根枕梁跨中集中荷载
P=1/7Qx+Wx=1/7*114.5=16.36KN
Mmax=1/4*0.6*16.36=2.454KN.m
最大应力计算
强度符合要求
挠度验算:
满足要求。
（3）门洞两边支撑墩立杆验算：
立杆强度验算
按接受由支撑墩立杆顶枕梁传递的荷载P及自重这一最不利的情况进行验算。
则支墩立杆所受压力N=P+W自重=16.36+2.2=18.56KN；
立杆轴心受压应力计算
强度符合要求。
立杆稳定性验算：
立杆步距为1.2m,碗扣脚手架立杆Φ＝48mm,壁厚为3.5mm
参照《扣件式规范》，按下式计算
l0=h+2a
h——步距，h=1200mm；
a——立杆上端顶托伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度；a=0.650m；
则立杆计算长度
l0=h+2a
=1200+650×2
=2500mm
则立杆受压长细比：
l0/i=2500/15.8
=158.23
参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》表A.0.6得
φ=0.2801
则钢管立杆的最大应力计算值：
σ=N/φA
=18.56/（0.2801×4.89×102）
=135.51N/mm2＜f=205N/mm2
∴立杆满足设计要求。
3.7立杆底座和地基承载力计算
⑴立杆承受荷载计算
在底腹板两侧立杆的间距为60×60cm，每根立杆上荷载为：
N＝a×b×q＝a×b×（45.9+q2+q3+q4+q7）
＝0.6×0.6×（45.9+1.2+2.0+2.0+3.38）=19.6kN
⑵立杆底托验算
立杆底托验算：
N≤Rd
通过前面立杆承受荷载计算，每根立杆上荷载最大值为：
N＝a×b×q＝a×b×（45.9+q2+q3+q4+q7）
＝0.6×0.6×（45.9+1.2+2.0+2.0+3.38）=19.6kN
底托承载力（抗压）设计值，一般取Rd=40KN;
得：
19.6KN＜40KN立杆底托符合要求。
（3）立杆地基承载力验算
地基承载力计算公式如下所示
P=N/A;
式中：
N---支架传递基础顶面的轴心力；
A---硬化地基受力面面积。
立杆底座为150cm*150cm,直接支承在混凝土垫层上，则混凝土局部受压面积为Ad=15cm×15cm=225cm2；有前面计算得知道立杆最大轴心力N=19.6KN。
则混凝土垫层局部承压应力计算如下：
，C20混凝土轴心抗压强度设计值9.6MPa。
则混凝土局部受压满足受力要求。
C20混凝土容重为24KN/m3，轴心抗压强度设计值9.6MPa，其刚性角取45°；应力按45°角扩散，则15cmC20混凝土垫层下的承载力：
（19.6+0.45*0.45*0.15*24）/（0.45*0.45）=100.4KPa，及地基要求承载力不小于110KPa。
由于A匝道位于主线路基挖方上，主线路基已到挖方路基顶，清除松土压实后，承载力满足要求。
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