48m持续箱梁桥施工满堂支架计算书.docx

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48m持续箱梁桥施工满堂支架计算书

1工程概况

1.1项目概况

哈尔滨至大连铁路客运专线是为了减缓我国东北铁路运输最忙碌的南北骨干线之一的哈大铁路（哈尔滨至大连）的运输能力紧张状况，实现客货分线运输，形成大能力快速度的客运通道而修建的。

新建铁路哈尔滨至大连客运专线线路起讫里程K0+681.9～DK933+200，线路正线全长905.8千米，其中辽宁省554.4正线千米，吉林省268.8正线千米，黑龙江省82.5正线千米。

中交二公局哈大铁路客运专线工程领导部四分管区内共有6处预应力混凝土持续箱梁，别离位于苇子沟特大桥和火炬特大桥范围内。

依照设计图纸，苇子沟特大桥和火炬特大桥共三处主跨48米持续梁采纳满堂支架现浇施工

1.248m箱梁概述

依照设计图纸，本标段范围内主跨为48m的苇子沟特大桥（12＃～15＃）、48m火炬特大桥（92＃～95＃、157＃～160＃）均采纳碗扣式满堂支架施工，其具体跨径及数量见表1所示。

表1－1持续梁跨径数量统计表

序号

所处

桥位

编号

墩号

墩高（米）

（含托盘

高度）

跨度（米）

桩号及跨越线路

苇子沟特大桥

12#～15#

12#

9.5

32+48+32

跨越高速联络线，桩号

DK635+847～DK635+960

13＃

11.5

14＃

10.5

15＃

12.0

火炬特大桥

92#～95#

92#

12.5

32+48+32

跨越沥青路8，桩号

DK639+619～DK639+731

93#

12.0

94#

11.0

95#

11.5

火炬特大桥

157#～160#

157#

13.5

32+48+32

跨越碎石路6，桩号

DK641+734～DK641+910

158#

13.0

159#

13.0

160#

14.0

由表1可知，最大墩身高度为14m，本计算书取支架高度为14m进行计算。

依照设计图纸，梁体为单箱单室、等高度箱梁。

箱梁顶宽12m，底宽5.4m，高度为3.25m，梁端部份取Ⅳ－Ⅳ断面为计算截面，跨中部份采取Ⅰ－Ⅰ断面为计算断面。

图1－1箱梁Ⅰ－Ⅰ断面

图1－3箱梁Ⅳ－Ⅳ断面

2桥位处自然条件

2.1地形地貌

哈大客专沈哈段南起沈阳市北界，沿松辽平原东部穿越辽宁、吉林、黑龙江三省抵达哈尔滨，地形整体呈中间高、南北低，地形较为平坦。

沿线可分为辽河、松嫩平原两个主腹地貌单元。

辽河平原夹于辽东、辽西山地丘陵间，要紧由辽河及其支流冲洪积而成，地形自北向南缓倾。

沈阳至铁岭间地形平坦开阔，高程约50～80m，要紧为一级阶地，局部可见二级阶地；铁岭至陶家屯段由剥蚀缓丘与冲洪积平原组成，高程一样在50～250m间，地形波状起伏，缓丘与带状河谷冲积平原相间。

松嫩平原为松花江及其支流冲洪积形成的平原。

本项目所在位置为微丘状剥蚀平原（DK632+750～DK652+350）：

地形呈宽缓波状起伏，地形较平坦，海拔高程200～250m间，向西或西北缓倾斜，坡度2°～5°

。

北北东向线状冲沟较发育，断面多呈“U”字型。

本线沿途集镇、村落广布，农田、灌渠纵横，城镇范围厂矿、企业林立，衡宇、人口密集。

沿线交通要紧有既有哈大铁路、京哈高速公路和G102国道，多与客专线路并行，县、镇、乡村道路发达，交通便利。

2.2气象特点

沿线属中温带亚湿润季风气候区，其特点是：

四季分明，春天干旱多大风，夏日湿润多降雨，秋季凉爽多早霜，冬季严寒而漫长。

年平均气温4.4℃～8.4℃，极端最高温度36.1℃～39.8℃，极端最低温度-39.9℃～-32.8℃，年平均降雨量481.8～682.7mm，年平均蒸发量1226.0～1781.5mm，平均相对湿度62%～65%，年平均风速2.8～3.9m/s，最大按时风速12.0～34.0m/s，年平均八级以上大风日数4～40.5天，最大月平均日较差11.6℃～14.3℃，最大积雪厚度17～30cm，最大季节冻土深度137～205cm。

详见气象资料汇总表。

站台名称

四平

公主岭

长春

德惠

地理位置海拔高程

四平市铁西区公园北街82号

（N43°31'；E124°48'）

长春市绿园区绿园西郊外

德惠市建设街新村8委5组

海拔高程

165.7m

200.1m

236.8m

185.3m

代表里程及地点

DK580+125～DK624+070

DK624+070～DK678+500

DK678+500～DK731+000

DK731+000～DK810+600

平均气压（mb）

995.9

991.4

986.8

993.2

气

温

（°C）

年平均

6.7

6.2

5.7

4.9

极端

最高

37.3

36.5

39.8

最低

-34.6

-35.5

-36.5

-39.9

最热月平均

23.7

23.5

23.1

最冷月平均

-13.5

-14.4

-15.1

-16.9

最大月平均日较差

13.2

12.9

12.2

14.3

湿

度

绝对

（mb）

平均

8.6

最大

34.5

33.6

33.2

34.6

最小

0.2

相对

（%）

平均

最小

降

水

量

（mm）

年平均

632.7

573.9

570.4

511

年最大

778.3

861.2

821.9

728.9

年最小

448.1

368.9

329.7

270.9

月最大

361.6

485.1

443.6

299

日最大

157.1

194.5

130.4

137.8

一次最大及延续时间

191.5

273.2

185.7

206.2

年平均降水日数

97.1

97.7

98.7

90.3

蒸发量

（mm）

年平均

1226

1689.8

1628.1

1586.9

年最大

1392

1986.6

1886.7

1890.8

风

（m/s）

平均风速及主导风向

2.8SSW

3.4SW

3.9SW

3.4SW

各季平均风速及主导风向

春

4.0SSW

4.3SW

4.4SW

4.8SW

夏

2.2SSW

2.9SW

2.8SSW

秋

2.8SSW

3.3SW

3.9SW

3.5SW

冬

2.6SSW

3.1SW

3.7SW

3.1SW

年平均大风日数（≥8级）

28.1

29.2SW

40.5

25.8

最大风速及其风向

定时

28.0SW

34.0WSW

瞬时

23.0SW

27.4SW

34SW

34WS

雪冻

（cm）

降雪初终期

10月24日～4月19日

10月21日～5月1日

10月28日～3月28日

10月19日～4月16日

最大积雪厚度

最大季节冻土深度

148

156

169

182

其

它

平均雾天日数

7.5天

11.7

11.9

16.2

平均雷天日数

32.7天

34.7

33.9

35.7

土壤最大冻结深度采用值

148cm

156cm

169cm

182cm

2.3地质条件

残积层：

要紧散布于新昌图至新公主岭段微丘状剥蚀平原区之微丘上，厚薄不等。

（1）粉质粘土（Q4el1）：

褐黄色、灰色、棕红色等，土质较均一，厚度1～15m，硬塑，中等紧缩性，

级一般土,硬塑，σ0=120～150kPa。

（2）中砂（Q4el5）：

浅黄色、褐黄色、浅灰色，厚度1～4m，颗粒成份以石英、长石为主，含云母碎屑，均匀，较纯净，稍密－中密，潮湿－饱和，

级松土，稍密，σ0=250kPa；中密，σ0=300kPa。

（3）粗、砾砂（Q4el5）：

厚2～7m，潮湿，稍密－中密，

级松土,潮湿－饱和，σ0=300～350kPa。

3、荷载及工况分析

依照《公路桥涵施工技术标准》JTJ041－2000，支架计算需考虑以下荷载：

一、支架、模板自重，分项系数：

γi=1.2；

二、箱梁自重,分项系数：

γi=1.2；

3、施工人员及施工机具运输或堆放的荷载，分项系数：

γi=1.4；

4、倾倒混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：

γi=1.4；

五、振捣混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：

γi=1.4；

六、风荷载（验算稳固性）；

工况一：

支架自重＋模板自重＋箱梁自重＋施工人员施工机具运输或堆放的荷载＋振捣混凝土时产生的竖向荷载＋倾倒混凝土时产生的竖向荷载

工况二：

（稳固性验算）：

支架自重＋模板自重＋风荷载

4、荷载计算

（1）支架、模板系统自重

模板自重按1.5kN/m2计，支架自重按材料重度计

（2）箱梁恒载

预应力钢筋混凝土自重每方按26kN计算。

箱梁为等高度、变截面梁。

（3）人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载

每平方米按2.5kN操纵设计，

（4）倾倒混凝土时产生的竖向荷载

每平方米按6.0kN操纵设计，

（5）振捣混凝土时产生的竖向荷载

每平方米按2.0kN操纵设计，

（6）风荷载

风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：

W0——大体风压值（Pa），W0＝V102/1.6，V10为10米高度处的设计风速，

取V10＝34m/s，那么W0＝722.5Pa；

K1——风载体型系数，取1.3；

K2——风压高度转变系数，20m以下高度处取1.0；

K3——地形、地理条件系数，属于一样平坦空旷取1.0；

因此，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa，

转化为风荷载，那么q＝0.94KN/m2。

五、结构计算分析

依照箱梁构造及截面特点，结合现场实际施工需要，拟采纳WDJ型φ48×3.5mmA3碗扣脚手架，支架系统由下而上依次为：

地基基础、底托、Φ48碗扣钢管支架、顶托、横梁、纵梁、模板。

支架立柱纵桥向间距墩顶周围7m（4.55m）间距0.6m，跨中范围内间距0.9m。

横桥向腹板下间距0.3m，箱室下0.6m，翼板下0.9m。

钢管支架顶部设顶托和工12.6横梁，横梁上设纵梁采纳12cm×12cm方木，间距为30cm。

钢管支架设置纵、横向水平杆，水平杆步高为120cm，在纵桥向设置剪子撑，剪子撑按300cm间距布置，横桥向布置斜撑，斜撑按500cm间距布置。

满堂支架具体布置见以下图:

图5－1满堂支架断面图

表5-1箱梁荷载合计

部位

模板系统自重kN/m2

施工荷载kN/m2

振捣混凝土时产生的竖向荷载kN/m2

梁体砼自重kN/m2

荷载组合后合计

kN/m2

箱室

腹板

翼板

箱室

腹板

翼板

跨中

1.5

2.5

6.0

2.0

26.1

87.1

17.65

54.12

121.02

29.28

梁端

1.5

2.5

6.0

2.0

39.45

87.1

17.65

69.4

121.02

29.28

关于Φ48×3.5mm钢管，截面积A＝4.89×102mm2，抗弯模量W＝5.078×103mm3，回转半径r＝15.78mm，每延米重量3.84kg。

支架顶部横梁采纳工12.6型钢，A＝18.1cm2，W＝77.5cm3，I＝488cm4，每延米重量14.21kg。

横梁上设纵梁采纳采纳12cm×12cm方木。

5.1梁端位置处小钢管支架计算（Ⅳ－Ⅳ断面）

梁端位置处钢管纵向间距0.6m，横桥向腹板下立柱间距0.3m，底板下为0.6m，翼板下为0.9m。

钢管支架顶部设顶托和工12.6横梁，横梁上设纵梁采纳12cm×12cm方木，间距为30cm，那么计算如下：

横梁计算：

腹板下：

σ＝qL2/8W＝（121.02×0.6×3002）÷（8×77500）＝11MPa＜[σ]＝140MPa，知足要求。

τ=QS/Ib=10892÷（109×5）＝20MPa＜[τ]＝85MPa，知足要求。

f＝5qL4/384EI＝0.1mm＜[f]＝L/400=0.75mm，知足要求。

底板下：

σ＝qL2/8W＝（69.4×0.6×6002）÷（8×77500）＝24.2MPa＜[σ]＝140MPa，知足要求。

τ=QS/Ib=12492÷（109×5）＝23MPa＜[τ]＝85MPa，知足要求。

f＝5qL4/384EI＝0.1mm＜[f]＝L/400=1.5mm，知足要求。

翼板下：

σ＝qL2/8W＝（29.28×0.6×9002）÷（8×77500）＝23MPa＜[σ]＝140MPa，知足要求。

τ=QS/Ib=7906÷（109×5）＝15MPa＜[τ]＝85MPa，知足要求。

f＝5qL4/384EI＝0.2mm＜[f]＝L/400=2.25mm，知足要求。

立杆计算：

查《建筑工程脚手架有效手册》得，碗扣式构件设计荷载：

当横杆步距为1.2m时，单根立杆许诺荷载Pmax＝33.6KN。

腹板下：

N＝121.02×0.3×0.6＝21.78kN＜[N]＝33.6kN，知足要求。

底板下：

N＝69.4×0.6×0.6＝24.98kN＜[N]＝33.6kN，知足要求。

翼板下：

N＝29.28×0.6×0.9＝15.81kN＜[N]＝33.6kN，知足要求。

5.2标准断面位置处小钢管支架计算（Ⅰ－Ⅰ断面）

该位置处钢管纵向间距0.9m，底板下横向间距0.6m，腹板下0.3m，翼板下0.9m，顶部设顶托和工12.6横杆，横梁上设纵梁采纳12cm×12cm方木，间距为30cm，那么计算如下：

横梁计算：

腹板下：

σ＝qL2/8W＝（121.02×0.9×3002）÷（8×77500）＝15.81MPa＜[σ]＝140MPa，知足要求。

τ=QS/Ib=16338÷（109×5）＝30MPa＜[τ]＝85MPa，知足要求。

f＝5qL4/384EI＝0.2mm＜[f]＝L/400=0.75mm，知足要求。

底板下：

σ＝qL2/8W＝（54.12×0.9×6002）÷（8×77500）＝28.28MPa＜[σ]＝140MPa，知足要求。

τ=QS/Ib=14612÷（109×5）＝27MPa＜[τ]＝85MPa，知足要求。

f＝5qL4/384EI＝0.2mm＜[f]＝L/400=1.5mm，知足要求。

翼板下：

σ＝qL2/8W＝（29.28×0.9×9002）÷（8×77500）＝34.43MPa＜[σ]＝140MPa，知足要求。

τ=QS/Ib=11858÷（109×5）＝21.76MPa＜[τ]＝85MPa，知足要求。

f＝5qL4/384EI＝0.25mm＜[f]＝L/400=2.25mm，知足要求。

立杆计算：

查《建筑工程脚手架有效手册》得，碗扣式构件设计荷载：

当横杆步距为1.2m时，单根立杆许诺荷载Pmax＝33.6KN。

腹板下N＝121.02×0.3×0.9＝32.68kN＜[N]＝33.6kN

底板下N＝54.12×0.6×0.9＝29.22kN＜[N]＝33.6kN

翼板下N＝29.28×0.9×0.9＝23.72kN＜[N]＝33.6kN，都可知足要求。

5.3支架整体稳固性验算

1）横向抗倾覆稳固性验算：

风力作用计算

风荷载：

取单位（1m）长度计算（顺桥向）

风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：

W0——大体风压值（Pa），W0＝V102/1.6，V10为10米高度处的设计风速，

取V10＝34m/s，那么W0＝722.5Pa；

K1——风载体型系数，取1.3；

K2——风压高度转变系数，20m以下高度处取1.0；

K3——地形、地理条件系数，属于一样平坦空旷取1.0；

因此，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa，

关于箱梁范围（H1高度内），W1＝939.25Pa

关于支架范围（H2高度内），W2＝0.5W＝469.625Pa

F1＝H1×1×W1＝3.25×1×939.25=3.053KN

作用点距离地面高度：

h1＝H2+H1/2=15.625m

F2＝H2×1×W2＝14×1×469.625=6.575KN

作用点距离地面高度：

h2＝H2/2=7m

稳固性验算

横向按整体计算，以背风面支架底部A为转点

风力产生的力矩：

MF=F1×h1+F2×h2＝3.053×15.625+6.575×7=93.73KN.m

验算支架稳固性时，支架在搭设完成、模板立好未浇筑混凝土时为最不利情形，现在竖向荷载仅考虑外模和支架自重。

模板自重取1.0kN/m2，那么P模=1.0×13.4=13.4kN/m

支架自重P支架＝15KN/m

竖向荷载产生的力矩：

MP0=P总×B/2=28.4×6.7＝190.28KN.m

考虑30％施工不平稳荷载系数（横向偏心）那么：

MP＝MP0/1.3=146.37KN.m

KP=MP/MF=146.37/93.73＝1.56>1.3知足要求。

2）纵向抗倾覆稳固性验算：

依照《路桥施工计算手册》纵向风压为70％横向风压，迎风面积也比横向小，因此支架无需验算纵向稳固性。

5.4地基承载力验算

由以上计算可知立杆受力Nmax＝32.68KN。

支架持力层为粉质粘土[σ0]＝150KPa

翼板和底板下碗扣支架底托支撑在40×60×15cm混凝土垫块上

σ=N/A=29.22/（0.4×0.6）=122KPa＜σ0]＝150KPa知足要求。

腹板下碗扣支架底托支撑在160×60×15cm混凝土垫块上

σ=N/A=32.68×4/（1.6×0.6）=136KPa＜[σ0]＝150KPa知足要求。

六、支架预压

为了保证支架系统的平安性，在进行箱梁混凝土浇注之前，须在超重情形下逐级进行支架预压。

预压可采纳沙袋、水箱或钢筋堆载的方式进行。

加载的位置应与箱梁结构相对应，腹板、底板和翼板位置处加载应不同。

加载时严格观测，并记录观测数据。

加载时采取逐次增重的方式。

按设计重量的80％、100％和110％逐级加载。

严禁一次加载至110％。

7、支架变形计算

支架变形包括弹性变形、非弹性变形和基础紧缩沉降变形等三项，其中弹性变形、基础紧缩沉降变形和自重挠度变形能够通过计算取得，非弹性变形要紧由支撑体系间隙在钢箱梁荷载作用下紧缩造成的。

①弹性变形：

依照广义虎克定律ΔL=PL/EA＝5mm为支架最大弹性变形量。

②非弹性变形：

即模板、分派梁、型钢、小钢管支架等构件之间的接头处，在施工进程中，由于接头间的装配间隙被紧缩而产生的变形，此部份的变形一样无法精准计算，依照施工体会，本工程按一个接头1mm计算。

合计有5个接头，共计h2=5mm。

③基础紧缩沉降变形：

采纳单向应力分层总和法计算地基沉降量：

式中S———地基总沉降量（cm）

hi———第i层土的厚度（cm），土的分层厚度宜不大于基础宽度（短边或直径）

的0.4倍；

、

———别离为第i层土受到平均自重应力

和平均最终应力（

）紧缩稳固时上的孔隙比；

n———地基紧缩范围内所划分的土层数

ms———沉降计算体会系数，按地域建筑体会确信

因此，合计最大变形值为f=5+5+10

八、排除支架变形阻碍的方法

①支撑体系的非弹性变形在安装时应尽可能减少间隙，并用薄钢板垫实所有间隙。

②支架系统搭设完成后采纳堆载预压并进行承载实验，以排除非弹性变形。

③依照计算值，设置支架预拱值，最大需预举高20mm。

九、门洞计算

全线共有3处跨线门洞，别离跨工业大道、沥青路和高速路引线，均采纳大钢管支架方案。

从下到上依次所用材料为：

钢管Φ600×14mm、垫梁、沙桶、2H600×300型钢、工55c型钢、工20a型钢。

桥梁轴线与工业大道斜交角度为38°，设两个车辆通行孔；与沥青路斜交角度为54°，设一个车辆通行孔；与高速路引线斜交角度为58°，设两个车辆通行孔。

9.1工业大道门洞计算

门洞采纳大钢管加型钢的形式，从下到上依次所用材料为：

钢管Φ600×14mm、垫梁、沙桶、2H600×300型钢、工55c型钢、工20a型钢。

分派梁（工20a）：

梁端位置处（分派梁间距0.6m）：

成立分派梁模型

得Mmax=-8.39KN•m，Qmax=47.34kN

，知足要求

，知足要求。

最大挠度

，知足要求

标准断面处（分派梁间距0.9m）：

成立分派梁模型

得Mmax=-12.61KN•m，Qmax=68.01kN

，知足要求。

最大挠度

，知足要求。

将分派梁所受各反力作为荷载加于工55c型钢之上，成立纵梁、横梁及钢管组成的整体结构模型如下：

由分析结果，可得以下数据：

纵梁（工55c型钢）

Mmax=971.91/4=242.98kN•m，

，知足要求

Qmax=651.328/4=162.832kN

，知足要求

fmax=0.0172m≤l/400=0.0225m，知足要求

横梁（2H600×300×12×20）

Mmax=860.33kN•m，Qmax=779.535kN

，知足要求。

知足要求。

关于13m的横梁：

，知足要求

关于7.5m的横梁：

，知足要求

关于16m的横梁：

，知足要求

关于25m的横梁：

，知足要求

钢管支架稳固性计算

一、整体稳固性

风荷载计算

①模板

风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：

W0——大体风压值（Pa），W0＝V102/1.6，V10为10m高度处的设计风速，取连年最大按时风速V10＝34.0m/s，那么W0＝722.5Pa；

K1——风载体形系数，取1.3；

K2——风压高度转变系数，20m以下取1.0；

K3——地形、地理条件系数，平坦空旷地域取1.0；

因此，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa

迎风面积：

3.25×33=107.25m2

风力：

939.25×107.25=.56N=101kN

②分派梁

迎风面积：

1.5×33=49.5m2

风力：

939.25×49.5=46.5kN

③钢管及剪子撑

由风压转化为风荷载，取q＝1.0kN/m2，施加于钢管之上。

关于斜撑及平联的最大轴力Nmax=114.41kN

，知足要求

二、钢管稳固性

钢管（Φ600×14mm）：

取最不利荷载Nmax=2572.642KN，M=5.9147KN.m；Mmax=114.81KN.m，N=42.83KN进行计算：

假设钢管下端固定，上端自由，那么取μ=2，那么由i=286.4mm，l暂取8m计算，得：

，查表可得压杆稳固系数φ=0.828，因此，

，知足要求。

知足要求。

9.2沥青路门洞计算

门洞采纳大

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