钢管桩支架计算书.doc
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钢管桩支架计算书
一．工程概况
1.1工程简介
A匝道2号大桥是陕西神木至府谷高速公路永兴镇立交互通的匝道桥，全桥长221.5m，跨径组合为：
3×35m+46.5m+2×35m,，主梁横截面设计为单箱四室结构，箱梁高2.4m，顶板宽19.5m，底板宽14.5，箱梁自重每延米45.9吨，全桥采用现浇连续施工，其中主跨下面通过主干桥西尔沟2号大桥构成立交体系。
1.2建设条件
该地区属于山谷地区且常年少雨，气候干燥。
高程变化有时较剧烈，施工条件较困难。
1.2.1地形地貌
典型的黄土高原沟壑地形，气候干燥，地下水位较深，地形沿高程方向变化较剧烈。
1.2.2地质情况
地质情况主要为，多属于分化砂岩和分化泥岩，岩土层大部或全部受到分化。
承载力从中密碎石土的250KPa到风化砂岩的1200KPa不等，摩阻力相应的大体变化为80KPa到100KPa。
1.2.3气候
气候干燥少雨，年均降雨量很小，早晚温差变化较大。
二．施工方案总体布置和荷载设计值
2.1支架搭设情况说明
A匝道2号大桥上部结构采用现浇式预应力钢筋混凝土变截面箱梁。
根据工程实际情况采用钢管桩支架方案进行现浇施工，砼浇筑分两次浇筑，即第一次浇筑箱梁底板和腹板，第二次浇筑箱梁顶板和翼缘板。
根据大桥结构设计情况及现场施工条件的特点，综合考虑安全性、经济性和适用性，拟采用钢管桩支架作为该现浇体系的临时支承结构。
钢管桩采用Φ800mm×8mm-Q235的无缝焊接钢管。
方木布置情况：
横桥向放置截面尺寸为15cm×15cm的方木，间距0.3m。
15cm×15cm方木放置在工10型钢上，工10型钢放置在贝雷梁上，贝雷梁放置在钢管桩顶端的沙桶上。
2.2设计荷载取值
混凝土自重取：
26.5kN/m3
箱梁重：
24.1kN/m2
模板自重：
2.5kN/m2
施工人员和运输工具重量：
2.5kN/m2
振捣混凝土时产生的荷载：
2.5kN/m2
考虑分项系数后的每平米荷载总重：
31.6kN/m2
三．贝雷梁设计验算
大桥第四跨跨径为46.5m,其他跨径为35m,在计算中需要对不同的跨径进行验算。
其中第一跨采用满堂支架法施工，验算过程参考满堂支架法计算书。
神杨路方向第二、三、五、六跨
神杨路方向第二跨，第三跨，第五跨，第六跨，跨中布置两排钢管桩，计算采用间距17m进行计算，现场可以根据实际情况减小间距。
采用双排单层加强型贝雷梁，每组贝雷梁间距1m,全截面使用21组。
混凝土箱梁每平方米荷载：
31.6kN/m2
贝雷梁每片自重：
2×3kN/m
荷载总重：
6kN+31.6kN/m=37.6kN/m
双排单层加强型贝雷梁力学性能：
[M]=3375kN·m
[Q]=490kN
最大弯矩：
Mmax=ql2/8=34.6×172/8=1358kN·m<[M]=3375kN·m
最大剪力：
Qmax=0.5×ql=0.5×34.6×17=319.6kN<[Q]=490kN
纵梁最大挠度:
17/400=0.043m满足要求
神杨路方向第四跨
A匝道2号大桥第四跨下面有西耳沟1号大桥，属于互通立交体系。
西耳沟1号大桥是变截面箱梁，在A闸道2号桥位置处桥面宽度为38.66米，其中左幅宽16.29m,右幅宽22.37m。
考虑到作业空间，钢管桩在此跨度的最大计算间距为23m。
采用双排单层加强型贝雷梁，每组贝雷梁间距1m。
采用21组双排单层加强型贝雷梁。
混凝土箱梁每平方米荷载：
31.6kN/m2
贝雷梁自重：
2×3kN/m
荷载总重：
6kN/m+31.6kN/m=37.6kN/m
最大弯矩：
Mmax=ql2/8=37.6×232/8=2486kN·m<[M]=3375kN·m
最大剪力：
Qmax=0.5×ql=0.5×37.6×23=432kN<[Q]=490kN
纵梁最大挠度:
<23m/400=0.058m,满足要求
四．方木、竹胶板、工10型钢计算
第二、三、四、五、六跨
将5组双排加强型贝雷梁组成一联桁架，整体吊装放置在分配梁上。
贝雷梁上顺桥向间距1米布置一根工10型钢，其上沿横断面间隔0.3m布置一根尺寸为15cm×15cm的方木，方木上布置厚度为1.5cm的竹胶板。
具体的布置如下图所示：
钢管桩支架横截面
钢管桩支架侧面图
1.竹胶板计算
模板采用15mm厚的竹胶板，其材料特性为：
容许弯曲强度为70MPa，弹性模量为E=10GPa。
上图可以看出，竹胶板承担着箱梁底部传递的荷载，根据板计算理论，取用竹胶板单位宽度1m,按照三跨连续简支计算。
1m宽的竹胶板的截面特性为：
面积A=1×0.015=1.5×10-2m2
截面模量为W=1×0.0152/6=3.75×10-5m3
截面惯心矩为I=1×0.0153/12=28.13×10-6m4。
方木间最大横向间距为0.3m，竹胶板所受到的作用力为q=1×31.6=31.6kN/m。
跨中最大弯矩:
Mmax=0.08ql2=0.08×31.6×0.32=0.288kN.m
最大剪力:
Qmax=0.6ql=满足
剪应力τ=Qmax/A=5.66kN/（1.5×10-2m2）=0.37MPa
挠度验算：
f=0.677×ql4/（100×E×I））
=0.677×31.6×106×3004/（100×10×109×28.13×106）
=0.006mm<300/400=0.13mm
2.方木计算
方木承担着竹胶板传递下的荷载，方木横向间距为0.3m，在方木上传递的荷载为:
31.6kN/m2×0.3m=9.48kN/m
15cm×15cm方木的截面特性为：
A=225cm2；I=4218.8cm4；W=562.5cm3；E=9×103MPa；[σ]=12MPa
计算简图如下：
跨中最大弯矩:
Mmax=0.08ql2=kN.m
最大剪力:
Qmax=0.6ql=kN
弯曲应力:
σ=M/W
=0.785×103/（562×10-6）
1.4MPa<[σ]=12MPa满足要求（木结构设计规范）
剪应力τ=Qmax/A=5.7kN/（0.025m2）
=0.228MPa<[τ]=2.0MPa满足要求（木结构设计规范）
挠度验算：
f=0.677×ql4/（100×E×I））
=0.677×9.48×106×10004/（100×9×109×4218.8×104）
=0.00139mm<1000/400=2.5mm满足要求
最大支点反力：
RA=1.1ql=kN
3.工10型钢计算
工10型钢承担着方木传递下来的集中荷载，根据上面计算，型钢承担每个集中荷载值为10.43kN，计算简图为：
工10型钢的几何特性：
A=14.345cm2；Wx=49.cm3
根据多跨连续梁，使用Midas软件进行计算分析：
计算结果可知，Mmax=3.66kN.m
Fmax=19.94kN
3.66kN/43.6×10-6=74Mpa
五．分配梁计算
神杨路方向第二、三、五、六跨
采用长度为22m的4根I63c作为分配梁，分配梁放置在沙桶上，将沙桶和钢管桩顶端固结在一起。
工63c型钢的几何特性为：
h=630mm
b=180mm
W=3298cm3
分配梁上面的荷载布置情况如下图所示：
计算采用偏安全计算方案，采用单跨简支计算方案。
每组贝雷梁传递给分配梁的荷载为：
37.6×17/2=319.5kN
考虑不确定因素，计算中取330kN
Mmax=1831kN.M
Fmax=1155kN
分配梁的最大应力为：
<145Mpa
<90Mpa
第四跨
采用长度为22m的3根I63c作为分配梁，分配梁放置在沙桶上，将沙桶和钢管桩顶端固结在一起。
（为施工方便，实际施工中等同其他跨径采用4根工63c型钢）
计算采用偏安全计算方案，采用单跨简支计算方案。
每组贝雷梁传递给分配梁的荷载为：
37.6×23/2=432.4kN
考虑不确定因素，计算中取450kN
工63c型钢的几何特性为：
h=630mm
b=180mm
W=3298cm3
Mmax=1350kN.M
Fmax2475kN
分配梁的最大应力为：
<145Mpa
<90Mpa
六.钢管桩承载力验算
神杨路方向第二、三、五、六跨
钢管桩用于支撑贝雷梁，上部荷载经过钢管桩传递给临时基础，按照箱梁肋部的荷载最大原理，在箱梁每条肋部底布置一根Φ800mm×8mm-Q235钢无缝焊接钢管，每根间距6.6m，每排布置4根，高度按照设计图纸取用。
回转半径查钢结构设计规范得
i=m
i=
刚度验算：
λ=L/i=30/0.281=106.8＜[λ]=150满足要求
根据查表，整体稳定系数为：
每根钢管桩可以承担的荷载为：
N=
每根钢管桩实际承担的荷载为：
<2440kN
第四跨
钢管桩用于支撑贝雷梁，上部荷载经过钢管桩传递给临时基础，按照箱梁肋部的荷载最大原理，在箱梁底部布置一根Φ800mm×8mm-Q235钢无缝焊接钢管，每根间距5m，每排布置5根，高度按照设计图纸取用。
每根钢管桩实际承担的荷载为：
<2440kN
七．基础验算
由于工程所在地主要为风化类土层，承载力较小，需要砌筑混凝土临时基础用于支撑钢管桩。
混凝土临时基础采用C20混凝土，抗压强度为fc=9.6MPa.矩形基础形式。
具体验算如下：
单根钢管桩上部传递荷载最大值为：
1254kN
考虑钢管的自身荷载：
800kg/m3×3.14×（0.82-0.7922）×30/4=6kN
钢管传递的荷载总重为：
1254+6=1260kN
根据竖向荷载作用下混凝土按45度冲切传递规律，为达到地基的承载力需要设置混凝土高度为1.2m。
单根钢管桩下设置混凝土临时基础为3m×3m×1.2m。
每根钢管桩的传递荷载为：
1260kN;
混凝土临时基础自重为：
3×3×1.2×26.5=286.2kN
临时地基荷载计算：
满足要求
结合上边计算结果，每根钢管桩下的混凝土临时基础设计尺寸为3m（宽），×3m（长）×1.2m（高），采用C20混凝土浇注。
施工时，先挖一个深度为1.2m,长为3m，宽为3m的坑，然后浇注混凝土，浇注至地表。
临时基础表面预先布置一块2.5m×2.5m的钢板，布置方式参考施工详图。
在用厚度为2cm的钢板将钢管桩和预埋连接，采用焊接方式连接。
八．钢管桩和基础连接部分验算
钢管桩下部和混凝土基础上的预埋件相连接，采用焊接方式连接。
围绕着钢管桩用8块厚度为2cm的三角钢板将钢管桩和预埋钢板连接。
并且假设钢管桩传递的荷载全部由8块钢板传递给混凝土临时基础。
钢板的具体尺寸如下：
钢管桩底部和预埋件焊接侧面图
钢板为Q235钢，采用E43型焊条：
最小焊脚尺寸：
最大焊角尺寸：
采用满足上述要求
保证安全期间，
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