主梁施工设计计算.docx

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主梁施工设计计算

施工设计计算

A主梁

第一部分：

主梁0#块施工计算

第二部分：

主梁施工模架后吊挂计算

第三部分：

主梁施工支墩基础设计计算

主梁0#块施工计算

主梁0#块分三段施工，施工采用支架法，分别用万能杆件柱和钢管桩作为支墩，贝雷桁梁作为支架梁，贝雷桁梁横桥向由31片桁片组成，具体见图纸所示。

一、有关荷载

1、0#块主梁自重荷载

0#块主梁砼量共计977.2m3,根据计算：

0#块主梁钢筋砼容重约为2.61t/m3,0#块主梁分段0-1#砼量为427m3；0–2#砼量各为275.1m3。

0-2#块主梁自重荷载分为四部分分别考虑：

主梁上悬臂板自重荷载；

横梁处除去顶、底、侧板的砼自重荷载P1;

主梁下悬臂板外侧3.55m宽范围的自重荷载q1，（由最外侧两片桁架承受）；

除去悬臂板，横梁的主梁自重荷载q1（由中间27片贝雷桁架承受）。

2、木板及模架的自重荷载

模板以0.2t/m2计；

模架贝雷桁片及附属结构以0.12t/m2计（每片）。

3、施工荷载

施工荷载以0.15t/m2计。

4、钢的允许应力［σ］=2000kg/cm；木材的允许应力［σ］=90kg/cm；模板允许刚度［f/l］=1/400

二、主梁0-1#块施工

主梁0-1#块墩身范围内部分采用扣件式钢管支架、方木分配梁及木面板模板施工；主梁悬出部分采用万能杆件支墩，贝雷桁梁及钢模板。

1、验算悬臂板处贝雷桁片及支墩

悬臂板可视为外侧3.55m范围内外侧两片桁片支承，且承台附近砼扩大基础支墩承受该两片桁荷载。

计算图示

R1=10.6tR2=10.6t

贝雷桁片及万能杆件显然满足受力要求。

对于砼扩大基础，单个扩大基础荷载包括R1、R2及万能杆件、砼自重荷载，共计：

10.6×2＋5.0＋19.8=46.0t

基底应力σ=46.0/（27.5×3）=5.6t/m2㎡（满足要求）

2、墩身内部主梁0-1#块部分施工钢管脚手支架及底模验算

底模验算

沿桥纵向取腹板处1m宽范围主梁砼及其范围的木板及其它施工荷载作为验算荷载，如截面图示：

该截面钢筋砼每延米自重为（0.5×3.1＋0.5×1.0＋0.2×0.2×2）×2.6

=4.6t

内模自重荷载取0.1t/m2㎡；施工荷载取0.15t/m2㎡

a、底模δ=40mm木面板验算，简化图示

取木面板1m宽范围验算

W=1/6bh2=1/6×1×0.042=0.000267m3=267cm3

弯曲应力σ=M/W=0.1×48.5×702/267=89.5kg/cm2<［σ］=90kg/cm2

最大挠度fmax=0.667×48.5×704/（100EI）

=0.667×48.5×704/（100×10000×100×43/12）=0.15cm

fmax/l=0.15/700=1/467<［f/l］=1/400满足要求

b、带木（120mm×100mm）验算

腹板处带木支撑间距为400mm,计算简图：

单根带木W=1/6×10×122=240cm3

带木间距为0.7m，每延米带木W=240×1/0.7=342.8cm3

弯曲应力σ=M/W=0.125×48.5×402/342.8=28.3kg/cm2<［σ］=90kg/cm2

f=0.667×48.5×404/（100EI）

=0.667×48.5×404/（100×10000×10×123/12）=0.05cm

除腹板外的其余位置带木支撑最大间距为800mm

无腹板处q=2.6+0.1+0.15=2.85t/m

σ=M/W=0.125×28.5×802/342.8=66.5kg/cm2<［σ］=90kg/cm2

最大挠度fmax=0.667×28.5×804/（100EI）

=0.667×28.5×804/（100×10000×10×123/12）=0.08cm

fmax/l=0.08/80=1/1000<［f/l］=1/400显然满足要求

钢管（φ48mm）强度验算

腹板处钢管布置为0.4m×0.7m,底模上荷载q=4.85t/m2㎡

非腹板处钢管布置不利处为0.8m×0.7m,荷载q=2.85t/m2㎡

则单桩钢管支撑荷载最大为：

2.85×0.8×0.7×1.3=1.9t

此处1.3系数考虑包括支架钢管、底模自重及不均衡影响对荷载的影响。

此施工钢管支架横杆步距未超过1m，钢管立杆的允许承载力由表查得大于1.9t,强度满足要求，另钢管立杆联结采用对接扣件。

三、主梁0-2#块的施工

0-2#块主梁上悬臂板自重荷载为26.6m3×2.61t/m3=69.4t；上悬臂板后浇施工，此荷载不计入验算荷载；单根横梁砼自重P1=17.0m3×2.61t/m3=44.4t;下悬臂板外侧3.55m宽范围自重荷载18.8m3×2.61t/m3=49.1t,即每侧自重荷载q1,=2.5t/m；主梁除去悬臂般，横梁部分自重荷载为275.1×2.61－44.4－69.4－49.1=555.1t,即q1=56.41t/m

1、除去悬臂板3.55m外中间部分支架验算

中间部分由27片贝雷桁片承受主梁自重荷载，且桁片布置基本与自重荷载分布一致。

贝雷桁片承受荷载如图示：

q1=56.41t/m，P1=44.4t，模板自重：

q2=0.2×24.9=4.98t/m；施工荷载：

q3=0.15×24.9=3.74t/m

模架自重荷载：

q4=0.12×27=3.24t/m

q=q1＋q2＋q3=65.13t/m

由电算得出结果：

R1=108.6tR2=163.8tR3=517.2t

Mmax=427.5t·mQmax=372.6t

fa=8.1mmfb=8.3mmfc=8.6mmfd=4.0mmfe=4.8mm

以上均未计非弹性及地基变形

考虑27片桁片间的荷载不均衡取不均衡系数1.1，则单片桁片：

R1=108.6×1/27×1.1=4.4t

R2=163.8×1/27×1.1=6.7t

R3=517.2×1/27×1.1=21.1t

Mmax=427.5×1/27×1.1=17.4t·m

Qmax=372.6×1/27×1.1=15.2t

2、臂板外侧3.55m部分支架验算

两侧悬臂板该部分荷载分别由两片桁片承受，该3.55m宽范围内（计算图示参见上页）

q1,=18.8×1/2×2.61×1/9.84=2.5t/m

q2,=3.55×0.2=0.71t/m

q3,=0.15×3.55=0.53t/m

q4,=0.12×2=0.24t/m

p1,=0

由计算得出单片桁片

R1=3.5tR2=10.7×1/2=5.4tR3=22.0×1/2=11.0t

Mmax=3.2t·mQmax=8.5t

3、万能杆件支墩验算

由以上计算所得贝雷桁片支反力R可知支墩顶的荷载分布情况

a、处先取荷载较大一侧对支墩顶分配梁进行验算，计算图示：

P1=5.4tP2=6.7t

由计算得出：

R1=5.5tR2=5.4tR3=19.8tR4=9.0tR5=21.0tR6=10.2t

R7=8.1tR8=22.2t

Mmax=2.74t·mQmax=16.6t

弯曲应力σ=Mmax/W=274000/926.4=296.0kg/cm2显然满足要求。

b、显然万能杆件柱也满足强度要求

此工况下承台附近砼扩大基础荷载为：

（5.5＋5.4）×（3.5＋4.5）/4.5＋5.0＋19.8=44.2t

4、钢管柱支墩验算

由1、2计算所得贝雷桁片支反力R3可知支墩顶的荷载分布情况，计算图示如下

计算得出：

R1=30.6tR2=74tR3=39.2tR4=69.4tR5=43.2tR6=55.4t

则钢管柱Ei-1（Wi-1）的承载力为：

（考虑由于桩位误差引起的安全系数1.1）

（30.6＋74）×1.1=115.0t

钢管柱Ei-2（Wi-2）的承载力为：

（39.2＋69.4）×1.1=119.5t

钢管柱Ei-3（Wi-3）的承载力为：

（43.2＋55.4）×1.1=108.5t

同时柱顶结构中，分配梁最大弯矩Mmax=15.9t·m（悬臂段根部）

此处轴向力N=25.6t

（1）柱顶结构：

分配梁采用2［30c槽钢，W=463.2×2=926.4cm3根据受力情况，在伸出外侧桩位外的分配梁部分在顶面上加焊δ=10mm钢板，见图示

I=6947.9×2＋55.89×2×1.942＋16×1×（30.5－16.94）2=17258.5cm4

W=1018.8cm3

σ=Mmax/W＋N/A=1590000/1018.8+25600/（55.89×2＋16）

=1761.0kg/cm2<［σ］

分配梁其余位置应力由计算可看出远小于悬臂段的应力，此处省略。

（2）钢管柱身验算

0#墩E1、W1排钢管柱采用δ=8mm钢板卷制、外径为φ600mm,其下端通过法兰盘与基础预埋件联结，钢管柱身验算分为两种工况：

a、工况一：

主梁砼施工时作用于钢柱最大荷载P1

P包括柱顶承受的荷载以及钢管柱自重荷载

P1=119.5+2.0=121.5t

钢管柱（δ=8mm、φ600mm）截面积A=150cm2

I=π（604－58.44）/64=65160cm4

W=2172cm4

λ=（I/A）1/2=（65160/150）1/2=20.8L约为8m，

查表得受压稳定系数ψ=0.943

E1、W1钢管柱最大压应力σ=P1/ψA=121500/（0.943×150）

=860kg/cm2<［σ］=2000kg/cm2

b、工况二：

主梁滑动模架滑移时受竖向荷载P2侧向荷载作用F2，

模架滑移时，模架与墩顶的摩擦会产生对柱顶的侧向作用力F2,，对于整个贝雷模架自重荷载全作用于某一墩顶的工况为控制工况。

贝雷模架共重（包括底模）：

2.4×3.7＋1.8×18×25=146.2t

另计入动载系数1.3,则该工况的柱顶竖向荷载为

P2=146.2×1.3+2.0=192.0t

由于模架分组滑移，验算时仅取当前滑移组对柱顶的作用力，取次外侧的模架组对其底下的钢管柱进行验算，该组模架共计9片桁片，自重约为9/31×192=55.8t

模架与柱顶滑道间垫设四氟板，钢材与四氟板间摩阻系数取0.05,则该组模架对柱顶作用力：

F2=55.8t

P2=55.0×0.05=2.79t

该作用力可视为有次外侧两根钢管柱共同承受。

对于单柱作用力：

F，2=1.4tP，2=27.9t

该工况下柱身最大压应力

σ=P，2/ψA＋F，2×L/W=27900/（0.943×150）＋1400×800/2172

=712.9kg/cm2<［σ］=2000kg/cm2

c、对于柱底的法兰盘联结，采用φ16mm螺栓沿φ700均布12个

钢管底部最大弯矩M=F，2L=1400×750=1050000kg·cm

Nmax=35×1050000/（352×2＋30.32×4＋17.52×4）－27900/12=2680kg

M16螺栓拉应力σ=Nmax/A=2680/（π×1.62×1/4）=1405<［σ］=2000kg/cm2

除0#墩外各排钢管柱Ei、Wi采用δ=6mm、φ600mm钢管，

除E1，W1排钢管柱外的E2~E6、W2~W6柱中最大柱顶荷载为75.8t

a、工况一：

P1=75.8+2.0=77.8t

钢管柱（δ=6mm、φ600mm）截面积A=113cm2

I=π（604－58.84）/64=49385cm4

W=1646cm4

λ=（I/A）1/2=（49385/113）1/2=21L=7m，

查表得受压稳定系数ψ=0.943

钢管柱截面最大压应力σ=P1/ψA=77800/（0.943×113）=730kg/cm2<［σ］=2000kg/cm2

b、c对于工况二及法兰盘联结，因E1、W1钢柱满足要求，此处也必满足要求。

5、主梁底模验算

主梁底模采用∠75×8肋＋δ=6mm钢面板，以纵向的贝雷桁片作为底模分配梁，底模的刚度与强度验算分为横梁处底模验算和没有横梁处底模验算，计算图示：

a、横梁处底模验算

取横梁处1.3米宽范围（包括横梁厚0.5及倒角0.4×2）的钢筋砼自重作为验算荷载q=6.56t/m

横梁底模加劲肋∠75×8间距为0.3m，底模受力的肋截面如下图示

I=264.4cm4W=49.9cm3

由计算得出Mmax=1.92t·m

σ=Mmax/W/0.3=19200/（49.9/0.3）=1154.3kg/cm2<［σ］=2000kg/cm2

fmax=1.2mm（中跨中央位置）

b、主梁非横梁处底模验算

q=2.1t/m

此处底模加劲肋∠75×8间距为0.5m，

由计算得出Mmax=0.62t·m

σ=Mmax/W/0.5=6200/（49.9/0.5）=621.2kg/cm2<［σ］=2000kg/cm2

fmax=0.65mm满足刚度要求

另：

标准段底模考虑多次倒用及增大刚度的考虑将加劲肋间距改为0.4m,显然满足要求。

主梁施工模架后吊挂计算

各节段主梁施工后吊挂荷载见附表所示：

取其中最大后吊挂荷载进行验算

总后吊挂荷载为516.7t，左半幅R1=259.8t，右半幅R2=256.9t。

1、除悬臂板处的中间部分每个吊杆（双根）最大荷载为1.1×0.16R1=45.8t

悬臂板处吊杆2荷载每根为10.4t。

吊杆1采用双根φ

，设计允许荷载约为90t

吊杆2采用单根φ

，设计允许荷载约为45t

显然吊杆强度满足设计要求。

2、后吊挂分配梁验算

a、分配梁G2验算

除去悬臂板外侧各两桁片，其中间27片桁片作用于G2的最大荷载平均为

（516.7-10.4×4）/27=17.6t

考虑各桁片不均衡荷载影响，取不均衡系数1.1

则单片桁片对G2作用力为17.6×1.1=19.36t

取最不利工况位置图示如下：

P=19.36t

Mmax=P×0.875=19.36×0.875=16.94t·m

分配梁采用2[

W=537.7×2=1075.4cm3

则σ=Mmax/W=16.94×1000×100/1075.4=1575.2kg/cm2<[σ]=2000kg/cm2

满足要求

b、悬臂板斜吊带及分配梁G3验算

悬臂板处计算简化图示如下：

F=10.4t

由计算得出：

T=25.5t

R1=2.8t

R2=18.0t

Mmax=6.24t·m（此处N=18.0t）

、斜吊带采用δ=20mm，宽120mm的A3钢板，销子采用φ65的45号钢。

吊带设计允许张力为2.0×12.0×1700=40800kg=40.8t（满足要求）

φ65销子设计抗剪力为：

（6.5/2）2×π×2×1100=73000kg=73.0t

（满足要求）

、分配梁G3采用2［

，W=463.2×2=926.4cm3

σ=N/A+Mmax/W=18000/（55.89×2）+624000/926.4=834.6kg/cm2<[σ]

c、上吊挂分配梁G1显然满足要求，同时梁面垫块每次受压荷载约为45.8/2=22.9

显然梁面砼局部承压满足要求。

主梁施工支墩基础设计计算

主梁施工支墩基础分为挖孔桩基础和砼扩大基础。

一、挖孔桩基础设计计算

分两种工况进行验算

工况1：

主梁节段砼浇筑过程中对支墩基础的最大竖向荷载。

工况2：

主梁施工模架滑移时，支墩顶的最大竖向荷载及侧向荷载。

工况1：

桥位处地基情况如下：

杂填土

厚1.0~3.2m

f=50kpa

亚粘土

厚3.3~6.2m

f=30kpa

σ0=120kpa

中砂

厚0~4.2m

f=50kpa

σ0=250kpa

砾砂

厚6.4~13.8m

f=100kpa

a、E1、W1排支撑挖孔桩基础承受钢管柱的最大竖向荷载为

P1=121.5t

该排支墩挖孔桩采用φ1.2m直径，桩身入土深度12m

单桩允许承载力为：

[p]=UΣfili/2+m0A[σ]

其中l1=1.6mf1=5.0t/m2（取最不利状况）

l2=6.2mf2=3.0t/m2

l3=4.2mf3=5.0t/m2

m0=0.7

[σ]=σ0+k2γ2（4d-3）+k2’γ2（h-4d）

其中σ0=250kpak2取4γ2=18KN/m2

h=12.0mk2’取2

[σ]=250+4×18×（4×1.2-3）+2×18×（12-4×1.2）

=638.8kpa=63.9t/m2

[p]=1/2×π×1.2×（1.6×5.0+6.2×3.0+4.2×5.0）+0.7×1.22/4×63.9×π

=140.3t

此处承载力只要满足P1+G-W<[P]即可。

P1+G-W=121.5+2.4×π×0.62×12-1.8×π×0.62×12

=129.5t<[P]

b、E2~E4，W2~W3排支墩挖孔桩基础钢管柱的最大竖向荷载为

P1=77.8t

该处各排支墩挖孔桩采用φ1.2m直径，桩身入土深度10m。

单桩允许承载力

[P]=1/2UΣfili+m0A[σ]

其中l1=1.0mf1=5.0t/m2

l2=6.2mf2=3.0t/m2

l3=2.8mf3=5.0t/m2

[σ]=250+4×18×（4×1.2-3）+2×18×（10-4×1.2）

=566.8kpa=56.7t/m2

[P]=1/2×π×1.2×（1.0×5.0+6.2×3.0+2.8×5.0）+0.7×1.22/4×56.7×π=115.8t

此处只要满足P1+G-W=77.8+（2.4-1.8）×π×0.62×10

=84.6t<[P]

工况2

此工况下，挖孔桩顶最大的荷载有

P2=27.9t

M2=1.4×8=11.2t·m

该工况下桩身强度显然满足要求。

二、砼扩大基础设计计算

同样分两种工况进行验算

工况1：

主梁块段砼浇筑过程中对基础的最大竖向荷载。

工况2：

滑动模架滑移时，对基础的最大竖向作用力及基础稳定性。

工况1：

各砼扩大基础采用台阶式，基础底面为3.0m×3.0m,底阶厚0.8m,顶阶平面尺寸为1.5m,厚0.6m，基础内构造配筋。

E5、E6、W4~W6各支墩中对扩大基础最大荷载为71.8+2.0=73.8t

另基础自重为21.0t，此处不计置换的土层。

基底应力

σ=（73.8+21.0）/（3.0×3.0）=10.5t/m2

桥位处亚粘土层的容许承载力

[σ]=120kpa=12.0t/m2

因此要求砼扩大基础底面进入亚粘土层，或将亚粘土层上的杂填土层以容许承载力不低于亚粘土的土层换填处理。

工况2：

模架滑移时，钢管桩底作用于砼扩大基础的荷载为

P2=27.9t

M2=1.4×6.0=8.4t·m

基底应力

=（P2+G）/A±M2/W=（27.9+21）/（3×3）±8.4/（1/6×3×32）=7.3（4.1）t/m2

满足地基允许承载力要求。

块号

荷载（t）

单桩平均荷载

（t）

单桩最大荷载

（t）

块号

荷载（t）

单桩平均荷载

（t）

单桩最大荷载

（t）

左半幅

右半幅

左半幅

右半幅

+1#

148．8

206．6

68．9

75．8

（E2）

-1#

131．2

43．8

48．2

（W2）

+2#

84．8

89．0

50．7

55．8

（E3）

-2#

82．0

84．9

43．5

47．9

（W3）

+3#

97．8

103．9

-3#

91．9

96．8

+4#

134．1

152．0

-4#

119．2

130．3

+5#

97．5

68．2

75．0

（E4）

-5#

95．6

65．2

71．8

（W4）

+6#

118．3

-6#

116．2

+7#

204．5

-7#

195．7

+8#

88．5

49．8

54．8

（E5）

-8#

88．5

49．8

54．8

（W5）

+9#

103．1

-9#

103．1

+10#

149．5

-10#

149．5

+11#

88．5

49．8

54．8

（E6）

-11#

88．5

49．8

54．8

（W6）

+12#

103．1

-12#

103．1

+13#

149．5

-13#

149．5

附表一沈阳公和斜拉桥主梁悬臂施工前支墩荷载表

表格中单桩平均承载力为荷载较大半幅的平均荷载，单桩最大荷载为

平均荷载乘以不均衡系数1.1。

计算：

复核：

附表二沈阳公和斜拉桥主梁悬臂施工后吊挂荷载表

块号

荷载（t）

左右幅差值

（t）

全幅

荷载

R（t）

块号

荷载（t）

左右幅差值

（t）

全幅

荷载

R（t）

两侧

差值

（t）

备注

左半幅

右半幅

左半幅

右半幅

+1#

171.2

113.4

57.8

342.4

-1#

205.5

0.0

410.9

68.5

考虑左右

半幅平衡

压重57.8t

+2#

256.9

252.7

4.2

509.6

-2#

259.8

256.9

2.9

516.7

7.1

+3#

244.0

237.8

6.2

481.8

-3#

249.9

245.0

4.9

494.9

13.1

+4#

207.6

189.8

17.8

397.4

-4#

222.7

211.5

11.2

434.2

36.8

+5#

244.2

0.0

488.4

-5#

246.1

0.0

492.2

3.8

+6#

223.4

0.0

446.8

-6#

225.5

0.0

451.0

4.2

+7#

137.3

0.0

274.5

-7#

146.0

0.0

292.0

17.5

+8#

253.2

0.0

506.3

-8#

253.2

0.0

506.3

0.0

+9#

238.6

0.0

477.2

-9#

238.6

0.0

477.2

0.0

+10#

192.2

0.0

384.4

-10#

192.2

0.0

384.4

0.0

+11#

253.2

0.0

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