株洲湘江四桥42米现浇箱梁贝雷支架受力计算书.doc
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42米现浇箱梁贝雷支架受力计算书
1、支架受力荷载取值
根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ-2000),模板支架设计的有关规定,支架设计及验算时主要荷载为混凝土、模板和支架自重的荷载;施工人员、材料机具等行走和堆放荷载;振捣混凝土时产生的荷载;新浇混凝土对侧面模板的压力;倾倒混凝土时产生的荷载;其它可能产生的如雪荷载、冬季保温设施荷载等;支架稳定性验算荷载主要为风荷载。
1.1、混凝土自重荷载
砼自重为安全计取r=26kN/m3,根据施工图纸各截面尺寸计算荷载qr及其分布长度具体如附图一所示。
1.2、板、支架自重荷载
侧模、内模、底模自重荷载:
偏安全侧模、内模及底模均按照常用钢模板150kg/m2自重计算则:
式中:
l1、l2分别为两侧翼板的宽度;
h1、h2分别为两侧腹板的高度;
l3为模板横桥向内模总长;
B为底模板宽度;
1.3、贝雷片自重荷载
按14片贝雷横向布设,单片贝雷自重270㎏/3.0m,考虑联结销、支撑架取300㎏/3.0m计,则贝雷片自重荷载q2=14kN/m。
1.4、I25工字钢自重荷载
I25工字钢顺桥向按75cm间距布置,42米长支架一共布置57根,没根工字钢长15m,则。
1.5、施工荷载
计算支架受力时,偏安全考虑施工荷载取q=2.5kN/m2,故施工荷载取值,式中:
b为箱梁顶面宽度。
1.6、倾倒混凝土时产生的冲击荷载和振捣混凝土时产生的荷载取q=2.0kN/m2,则没沿米上的荷载值,式中:
b为箱梁顶面宽度。
1.7、风荷载计算
支架水平荷载主要为风荷载,根据《公路桥涵设计通用规范》查全国基本风压图知,金华地区频率1/100的风压为350Pa,风压力计算公式为:
W0:
基本风压400Pa
K0:
设计风速频率换算系数,属临时工程取0.75;
K1:
风压高度变化系数取1.0;
K3:
地形地理条件系数,取1.0;
支架贝雷片以上部分横向风载(偏安全考虑,贝雷片迎风面积每延米1.5m2)
单排支架立柱所产生风荷载:
K2:
风载阻力系数,根据《公路桥涵设计通用规范》要求,贝雷桁架1.5m高度范围内按照桁架计查相关表格取1.9、底模以上(侧模高度2.5m范围内)按照平面结构取1.3,钢管圆形立柱参照圆形桥墩取0.6。
1.8、支架受力情况
承受竖向均布荷载:
承受竖向均布荷载:
2、箱梁支架模板受力系统受力验算
2.1、翼缘板区模板结构计算
42米现浇支架的侧模面板采用竹胶板,用8×10cm木枋作为次梁,次梁下每间隔75cm设置一道8×10cm木枋,木枋下面搭设钢管支撑,钢管直接撑在I25工字钢上。
具体结构附图二:
2.1.1、次梁(8×10cm)木枋计算
翼缘区砼最大厚度为0.5m,最小厚度为0.15m,考虑安全系数,按0.5m厚砼计算:
翼缘处砼荷载:
模板荷载:
设备及人工荷载:
砼浇注时振捣荷载:
则有
木枋每隔30cm布置一道,
木枋子长度一般可达4-5跨,偏安全考虑,按简支梁计算,跨径为0.75m,计算简图如下所示:
则跨内最大弯矩为:
又
应力为:
(参考一般松木木质)
最大剪力在支点处,由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
(参考一般松木木质)
即强度均满足要求。
由规范可知,刚度验算荷载取值只考虑砼、模板、施工人员及机具荷载,不考虑振捣所产生的荷载。
偏安全考虑,其取值大小同强度计算(以下相同,不另说明),可得:
则刚度完全满足要求。
2.1.1、主梁(8×10cm)木枋计算
箱梁翼缘板下模板主梁用8×10cm木枋,木枋下支撑φ48×3.5脚手管间距为50cm,偏于安全考虑,按简支梁进行计算,跨径为0.5m,受到次梁传递的集中荷载,大小为,最不利的受力模式如下图:
则跨内最大弯矩
又
最大剪力在支点处,由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
即强度满足要求。
则刚度也完全满足要求。
2.2、腹板模板结构计算
腹板模板下面次梁和主梁采用10×12cm木方,布置方式跟翼板基本一样,只是布置间距不相一样。
2.2.1、腹板新浇混凝土产生的压力
腹板新浇砼所产生的侧压力按下式计算:
其中:
Pmax为新浇注砼的对侧模的最大侧压力;
K1—外加剂影响修正系数,搀加时取值1.2;
K2—砼坍落度影响修正系数,取0.85;
γ—混凝土容重,取值26kN/m3;
t0—新浇注砼的初凝时间,取14h;
ν—砼浇注速度,取0.5m/h。
所以:
可见在腹板上新浇砼产生的最大的侧压力为57.8kN/m2,且有效压头为2.2米,考虑振捣时所产生的荷载4.0kN/m2,所以最大的侧压力为57.8+4.0=61.8kN/m2。
侧压力从上至下按梯形规律递加,偏安全考虑,取最大荷载值61.8kN/m2计算。
①、次梁10×12cm木枋计算
木枋的布置间距为0.2cm,则
木枋子长度一般为3-4跨,偏安全考虑,按简支梁计算,跨径为0.75m,计算简图如下:
则跨内最大弯矩为:
由梁正应力计算公式得:
由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
即强度均满足要求。
挠度计算按简支梁计算:
则刚度也完全满足要求。
②、主梁10×12cm木枋计算
箱梁腹板下模板主梁用10×12cm木枋,木枋下支撑φ48×3.5脚手管间距为40cm,偏于安全考虑,按简支梁进行计算,跨径为0.4m,受到次梁传递的集中荷载,大小为,最不利的受力模式如下图:
则跨内最大弯矩
又
最大剪力在支点处,由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
即强度满足要求。
挠度按简支梁计算,作用在支点上的力对构件不产生挠度,
则刚度也完全满足要求。
2.3、底模板下构件的计算
2.3.1、次梁(10×12cm木枋)验算
底模下次梁按顺桥向布置,间距30cm和40cm,其具体布置如后附图所示。
在次梁下横桥向布置I25工字钢,间距为75cm。
因此计算跨径为0.75m,按简支梁受力考虑,分别验算底模下斜腹板对应位置和底板中间位置:
其计算简图如下所示:
①、斜腹板对应位置验算
底模处砼箱梁荷载:
模板荷载:
设备及人工荷载:
砼浇注冲击及振捣荷载:
则有:
又
由梁正应力计算公式得:
由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
所以强度满足要求;
由矩形简支梁挠度计算公式得:
刚度满足要求。
②、中间底板位置验算
中间底板位置砼厚度在0.53~0.86m之间,考虑内模支撑和内模模板自重,按0.9m计算,则有:
底模处砼箱梁荷载:
内模和底模荷载:
设备及人工荷载:
砼浇注冲击及振捣荷载:
则有:
又
由梁正应力计算公式得:
由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
所以强度满足要求;
由矩形简支梁挠度计算公式得:
刚度满足要求。
2.3.2、支架贝雷桁片顶底模分配梁工25a型钢受力验算
如“箱梁现浇贝雷支架结构示意图”所示,支架贝雷片铺设完成后在其上按照桁片节点距离75cm铺设底模受力型钢,工25a型钢上再铺设木枋,木枋上铺竹胶板。
横桥向组合贝雷片安装间距为3.0m、箱梁腹板下各安设一组贝雷桁片,因此腹板自重直接作用于底模分配梁工25a的支点上,对底模型钢来讲不产生弯矩及挠度(直接受压),偏安全考虑,对底模型钢在两贝雷桁片之间按照简支梁计算,其受力荷载按照箱梁砼最大厚度计。
则L=3.0m,查表的
型钢承受竖向最大均布荷载为:
式中:
qr为箱梁混凝土自重,由于腹板自重直接作用于贝雷桁片上,因此仅取箱梁底板、顶板(有齿块)总厚度的自重(厚0.9m);
3层表示底模、内模模板总层数,单层模板自重如前所示取1.50kN/m2;
q施表示施工人群、机具荷载,如前所示取1.0kN/m2;
0.75m为型钢间距。
故:
型钢受力满足相关规范要求,翼缘板下受力比中间底板还要小,不需要验算。
3、贝雷桁片受力验算
如附图所示,为方便施工时的吊装,桁片在桩顶均断开设置,受力验算时取单跨箱梁支架中贝雷桁片跨度最大、荷载最大的一跨,跨径相等,因此L=9.0m、qr=209.56kN/m,贝雷横向取10片,贝雷架特性如下:
高×长
cm×cm
弦杆截面积
F〔cm2〕
弦杆惯矩Ix〔cm4〕
桁片惯矩Ig〔cm4〕
桁片允许弯矩kN.m
桁片允许剪力kN
150×300
25.48
396.6
250500
788.0
245.0
则:
(0.8为桁片不平衡受力系数)
贝雷架支点处剪应力验算:
故支架纵向布设10片贝雷满足施工规范要求。
4、支架桩顶500×1000钢箱梁受力验算
钢箱梁布置如附图所示,钢箱梁受力图如下:
则:
500×1000钢箱梁截面性能:
,
经计算,所选构件满足规范要求。
5、支架单桩受力验算
钢管桩受力直接由贝雷架传递的,由上面知支反力。
则单桩承受最大力为:
φ900×10钢管桩截面特性:
考虑钢管桩立柱最长约8米,取8米计算:
强度验算:
稳定性验算:
经计算钢管桩能满足要求。
6、支架整体稳定性验算
支架水平荷载主要为风载,风压力计算如前所述,故支架承受风力对于42m跨径箱梁支架:
由于箱梁横坡调整由自身腹板高度进行调整,故恒载、施工荷载几乎不产生水平作用力,水平荷载仅为风载。
抗倾覆系数:
式中:
G表示支架自重,最不利情况为侧模已经安装完成、尚未绑扎钢筋,此时支架自重包括外模系统、贝雷桁片、钢管立柱自重。
满足规范抗倾覆系数1.3的要求
7、支架立柱基础的形式选择及受力验算
7.1基础形式选择
根据湖南省地勘院提供地质报告,42米现浇支架桥位区覆盖层较浅,一般为2米左右,穿过覆盖层就是亚粘土或者是泥质粉砂岩,推荐承载离为220KPa~260KPa。
并跨过建设路和滨江南路,路面承载力根据相关质料大于1000KPa。
结合现场的实际情况,支架立株基础采用扩大基础。
7.1.1、在老路面上的基础形式拟采用1.2×1.5×0.5m的钢筋混凝土扩大基础,基础按照构造要求配筋。
7.1.2、其它立柱基础采用采用3.0×3.0×0.8m的钢筋混凝土扩大基础,基础按照构造要求配筋,以穿过覆盖层作为基础的持力层。
7.2、基础受力验算
7.2.1、对于以老路面为持力层
(单根立柱所受竖向力最大值)
σ:
为地基承载力设计值,偏安全考虑取较小值1000kpa
A:
扩大基础受力面面积
7.2.2、穿过覆盖层作为基础的持力层
[σ]:
为地基容许承载力,根据地质勘测报告,偏安全取220kpa
A:
扩大基础受力面面积