柳林盖梁支架结构计算.docx

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柳林盖梁支架结构计算

柳林南站龙门会大桥门式墩施工计算

（一）设计说明

柳林南站龙门会大桥位于山西省吕梁市柳林县，桥址地貌为黄土高原峁山丘陵区，地形起伏较大，桥止处于山坡很陡，刷方很大。

本桥设计跨度为：

4×24+3×32m。

墩柱盖梁设计为门式墩，盖梁横向跨度16.2m，纵向长度设计为3.8m，均高3m。

盖梁施工前，设计在墩柱上预埋钢板，在钢板上安装牛腿，在牛腿上安装56工字钢（顺桥向），在56工字钢上安装56工字钢工作带（横桥向跨度9.0m）。

最后在横梁工字钢上铺放方木、及盖梁底模（15mm胶合板），门式墩布置见图。

（二）主要技术参数

2.1计算盖梁荷载：

盖梁高3m；盖梁计算跨度10m；盖梁顺桥向长度3.8m；横桥向长度3.4m；安全系数取1.2倍。

N=3.8×3×2.6×10×1.2=356t

Q1=（356×10000）/（3.8×10）=93.6KN/m2

2.2施工人员及施工机具、材料荷载

施工人员及施工机具、材料荷载标准值取q2=2.5kN/m2。

2.3混凝土冲击及振捣时产生的荷载

混凝土冲击及振捣时产生的荷载标准值可采用q3=2.5kN/m2

2.4主要承重结构布置次序

（1）底、侧模板使用胶合板，t=15mm。

（2）底模下放置10×10cm的方木横带，间距30cm。

（3）下侧放置20×15cm的方木纵带，间距45cm。

（4）再下侧放置20×15cm的方木纵带，间距45cm。

（5）放置纵向56工字钢（沿盖梁方向），间距60cm。

（6）放置56工字钢横梁。

（7）横梁放置在牛腿上。

（8）采用10×10cm的方木作为侧模的纵带。

（9）采用42mm的钢管作为竖带，间距80cm。

（10）采用直径16mm的Q235钢作为对拉钢筋。

（11）E钢=2.1×105Mpa，查表得A3钢【σ】=140Mpa，【τ】=85Mpa。

（路桥施工计算手册P787）

（12）E胶合板=1×104Mpa。

（三）主要检算项目

3．1底板模板及承重带

底板采用15mm厚度的胶合板。

3.1.1斜倒角处：

荷载组成

斜倒角处，胶合板纵向（沿盖梁长度方向）承载长度0.45m，20×15cm的方木按照450mm均匀布置。

1、主要施工机械、人员、材料q1=2.5KN/m2

2、混凝土浇筑及振捣q2=2.5KN/m2

3、侧模板及加固设备q3=1.0KN/m2

4、混凝土自重q4=93.6KN/m2

主要施工荷载组合N=q1+q2+q3+q4=100KN/m2

斜面分力N分=N×COS21°=93.5KN/m2

胶合板截面惯性距

I=1/12bh3=1/12×450×153=126563mm4

胶合板抗弯截面模量W=1/6×bh2

=1/6×450×152=16875mm3

截面最大弯矩M=1/8ql2=1/8×93.5×0.452=2.36KN.m

胶合板正应力：

σ=M/W=2360/（16875×10-5）

=1.4×105pa＜【σ】=14Mpa（符合要求）（路桥施工计算手册P805）

胶合板跨中挠度：

f=ql4/384EI

=（93.5×1000×0.454）/（384×10000×106×126563×10-7）

=7.8×10-7m≈0＜【f】=L/250=1.8mm（符合要求）

3.1.2纵带检算

斜倒角处采用20×15cm的方木纵带，纵带（56工字钢）跨距600mm，计算得纵带的惯性距I=1/12bh3=4×108mm4

抗弯截面模量W=1/6bh2=4×106mm3

纵带总共受力F=0.45×0.6×93.4=25.3KN

单根纵带受力F1=25.3/2=12.65KN

按照简支梁考虑受力情况（保守）：

得跨中最大弯矩M=FL/4=12.65×0.6/4=1.9KN.m

截面正应力：

σ=M/W=1.9×103/（4×10-3）=4.75×106pa＜【σ】=14Mpa（符合要求）。

支点剪应力：

τ=（6.5×1000）/（0.2×0.15）

=2.2×105pa＜【τ】=2.3Mpa（路桥施工计算手册P805）

跨中挠度：

f=Fl3/48EI

=（12.65×1000×0.63）/（48×2.1×1011×10-4）

=0.25×10-5m≈0＜【f】=L/250=2.4mm（符合要求）。

3.1.2盖梁正下位置

盖梁正下端铺设15mm厚度的胶合板，胶合板下放铺设10×10cm的方木带，间距30cm。

竖向荷载：

q=100KN/m2,F=100×0.3×0.45=13.5KN

方木惯性距：

I=1/12bh3=1/12×100×1003=8.34×106mm4

抗弯截面模量W=1/6bh2=1/6×100×1002=1.67×105mm3

按照简支梁考虑受力情况（比较保守）：

得跨中最大弯矩M=FL/4=13.5×0.45/4=1.5KN.m

截面正应力：

σ=M/W=（1.5×103×1000）/（167×103）

=9×106pa＜【σ】=14Mpa（符合要求）。

支点剪应力：

τ=（6.75×1000）/（0.1×0.1）

=6.75×105pa＜【τ】=2.3Mpa

跨中挠度：

f=Fl3/48EI

=（13.5×1000×4503）/（48×10000×106×834×106）

=0.03×10-5m≈0＜【f】=L/250=1.8mm（符合要求）。

3.220×15cm第一层方木检算（按照简支梁计算）

主要荷载：

盖梁自重G1=93.6KN/m2

人员、机械、材料G2=2.5KN/m2

混凝土浇筑冲击、振捣G3=2.5KN/m2

侧模板及加固、底模、10×10cm方木带G4=2KN/m2

荷载组成：

G=∑G=101KN/m2

计算得：

RB=5.1KN

F点弯矩最大M=6.8×0.3×0.15/0.45=0.68KN.m

方木惯性距：

I=1/12bh3=1/12×150×2003=1×108mm4

抗弯截面模量W=1/6bh2=1/6×150×2002=1×106mm3

方木正应力:

σ=M/W=（0.68×103×1000）/（1×106）

=0.68Mpa＜【σ】=14Mpa（符合要求）。

支点剪应力：

τ=（10.2×1000）/（0.2×0.15）

=0.34Mpa＜【τ】=2.3Mpa

跨中挠度：

f=Fb/9EIL×（（a2+2ab）3/3）1/2

=（（6.8×1000×150）/（9×10000×106×1×108×450））×（（3002+2×300×150）3/3）1/2

=1.1×10-5m≈0＜【f】=L/250=1.8mm（符合要求）。

3.356工字钢纵梁检算

（通过计算建议采用40工字钢,布置间距不变）

56工字钢纵梁均匀布置在56工字钢横梁上,组合工字钢间距600mm,盖梁下侧累计布置14根。

主要荷载：

盖梁自重G1=93.6KN/m2

人员、机械、材料G2=2.5KN/m2

混凝土浇筑冲击、振捣G3=2.5KN/m2

侧模板及加固、底模、10×10cm方木带G4=2KN/m2

上部方木G5=2KN/m2

工字钢自重G5=（107×9×14）/（3.8×9）Kg/m2=4KN/m2

荷载组成：

G=∑G=106.6KN/m2

单根工字钢平均承载：

N=（107×3.8×9）/14=26.2t

荷载布置如图：

20×15cm方木均匀布置在工字钢上，求得T=26.2/19=1.38t

简化最大弯矩：

M=GL/4=26.2×9/4=589.5KN.m

计算得RA=RB=26.12/2=13.1t=131KN=Qmax

查得56工字钢惯性距：

IZ=65576cm4

截面抵抗距:

W=2342cm3

IZ/SZmax=65576/1368.8=479.1mm

腹板厚度d=12.5mm

工字钢正应力:

σ=M/W=（589.5×103×1000）/（2342×104）

=25.2Mpa（54.240工字钢）＜【σ】=140Mpa（符合要求）。

工字钢剪应力:

τmax=QmaxSZmax/（dIZ）

带入数据=（131×1000）/（12.5×479.1）

=21.9Mpa（36.340工字钢）＜【τ】=85Mpa。

3.4牛腿56工字钢检算

牛腿上侧工字钢放置在支撑牛腿上,牛腿中心跨距2.5m,采用2根工字钢并行承重,盖梁下侧工字钢按照600mm均匀布置在该工字钢上。

主要荷载：

盖梁自重G1=93.6KN/m2

人员、机械、材料G2=2.5KN/m2

混凝土浇筑冲击、振捣G3=2.5KN/m2

侧模板及加固、底模、10×10cm方木带G4=2KN/m2

上部方木G5=2KN/m2

盖梁下侧工字钢自重G5=（107×9×14）/（3.8×9）Kg/m2=4KN/m2

荷载组成：

G=∑G=107KN/m2

荷载布置见图：

计算知道：

T’=26.2t=262KN

RA=RB=262×8/4=524KN

架设弯矩1等于弯矩2图

最大弯矩

Mmax=PL/4=262×7×2.5/4=1146.25KN.m

每根工字钢承受M=1146.25/2=573.2KN.m

查得56工字钢惯性距：

IZ=65576cm4

截面抵抗距:

W=2342cm3

IZ/SZmax=65576/1368.8=479.1mm

腹板厚度d=12.5mm

工字钢正应力:

σ=M/W=（573.2×103×1000）/（2342×104）

=24.5Mpa（52.840工字钢）＜【σ】=140Mpa（符合要求）。

工字钢剪应力:

τmax=QmaxSZmax/（dIZ）

带入数据=（524×1000）/（12.5×479.1）

=87.5Mpa＜1.2【τ】=102Mpa。

（符合要求）

3.5牛腿钢架检算

牛腿采用2cm厚度的钢板制作，钢板尺寸：

65×80cm，钢板上均匀布置螺栓孔，间距15cm。

施工前，在门式墩上一定部位预埋螺栓板及直径32mm的螺栓。

盖梁施工时，在预埋螺栓板上安装牛腿。

牛腿平面图：

牛腿立面图：

主要荷载：

盖梁自重G1=93.6KN/m2

人员、机械、材料G2=2.5KN/m2

混凝土浇筑冲击、振捣G3=2.5KN/m2

侧模板及加固、底模、10×10cm方木带G4=2KN/m2

上部方木G5=2KN/m2

盖梁下侧工字钢自重G5=（107×9×14）/（3.8×9）Kg/m2=4.5KN/m2

荷载组成：

G=∑G=107.5KN/m2

牛腿肋板采用桥E43焊条,单侧焊接长度615mm。

计算得F=340.5KN

肋板承载全部由两条焊缝承受。

知道焊缝长度615mm，承重170.3KN

已知构件厚度均为20mm。

计算的焊缝最大厚度hfmax=1.2tmin

=1.2×20=24mm。

得he=0.707×24=17mm

竖向作用力平行于焊缝，进行力学平移后产生弯矩，

M=170.3×0.98=166.9KN.m

此弯矩强度全部由连接角焊缝的有效截面承受,

Wx=W=1/6bh2=1/6×20×6152=1.261×106mm3

所以σfmax=M/W=（166.9×106）/（1.261×106）=132.3Mpa

竖向焊缝的抗剪切应力：

τf=N/（he×lw）,lw---为焊缝的长度。

带入数据：

=（170.3×1000）/（17×615）=16.3Mpa

焊缝受到的最大和应力:

δ=（σfmax2+τf2）1/2=（132.22+16.32）1/2

=133.3Mpa＜【τ】=160Mpa,此角焊缝符合要求。

3.6连接螺栓强度检算

牛腿钢架用连接螺栓与预埋钢板相连。

连接螺栓采用直径32mm的普通Q235钢制作。

依据设计得，每片连接螺栓承重：

N=108×38/4=1026KN（已考虑全部荷载，并附带一定安全系数）。

每片预埋系统上共设14棵螺栓。

计算32mm的螺栓的有效面积A=292×3.14×/4=660.5mm2

查得Q235钢筋的抗剪应力：

【τ】=140～185Mpa，取140Mpa作为计算依据，有每片连墙构件抗剪最大荷载：

Nmax=140×660.5×14=1295KN＜【N】=1026KN

安全系数1.26，满足施工要求。

参考资料：

路桥施工计算手册（人民交通出版社）

结构力学（西南交通大学出版社）

材料力学（西南交通大学出版社）

钢结构（中国铁道出版社）