明阳互通箱梁现浇门洞支架计算书DOC.docx
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明阳互通箱梁现浇门洞支架计算书DOC
吴圩机场第二高速公路No.1合同段
明阳互通主线箱梁桥
现浇门洞支架计算书
广西路桥工程集团有限公司
机场第二高速公路No.1标项目经理部
二〇一五年六月
目录
目录2
第一章、编制说明和编制依据3
1.1、编制说明3
1.2、编制依据3
第二章、分项工程概况3
第三章、方案设计4
3.1、第一部分,主桥碗扣式支架计算4
3.2、第二部分,上跨光明大道门洞计算8
第一章、编制说明和编制依据
1.1、编制说明
本实施性施工方案依据有关设计文件和图纸、有关合同文件、有关施工技术规范及安全技术规范、现场实际施工条件等资料编制而成。
作为重要分项工程独立的施工方案,具体针对现浇箱梁跨线桥工程而编制,对该工程的箱梁施工能起实际性的指导意义;由于本桥梁上构为1联跨连续箱梁,本项目结合项目的实际情况,采用扣件式满堂钢管支架和螺旋钢管两种施工方案。
1.2、编制依据
南宁吴圩机场第二高速公路NO.1标两阶段施工图设计
南宁吴圩机场第二高速公路NO.1标合同技术规范
《中华人民共和国建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001
《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-2002)
《建筑工程模板施工手册》
《建筑质量安全管理规范大全》
《钢结构设计规范》(GBJ17-88)
《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)
《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
《路桥施工计算手册》
第二章、分项工程概况
明阳互通主线桥全桥左幅共9联:
布置形式为4x25+4x25+4x25+4x27.625+4x28
+(3x25.8+18)+2x33+4x25+5x25,右幅共9联:
布置形式为4x25+4x25+4x25+3x25+
(2x32+33.5+32)+(18+3x25.8+24)+2x33+4x23.5+5x25;上部结构采用预应力砼现浇箱梁,下部结构桥台采用肋板台,桥墩采用花瓶墩,墩台采用桩基础。
本桥平面位于R=1000m的左偏圆曲线上,桥面横坡为单向-3%,纵断面位于R=20000m的竖曲线上;墩台径向布置。
桥台及桥墩采用盆式橡胶支座;0、35号桥台采用GQF-E60伸缩缝,1、2、3(左幅)、4、5、8、6(右幅)号桥墩采用120伸缩缝,6(左幅)、7、3(右幅)号桥墩采用GQF-E80伸缩缝。
该桥在24-26号墩横跨光明大道。
本计算书分两部分,第一部分为明阳互通箱梁碗扣式满堂支架设计;第二部分为24-26号墩跨光明大道的支架门洞设计。
主桥箱梁截面形式如下图
结构形式一、二
结构形式三
结构形式四
结构形式五
左幅0-12号墩为1.4米高箱梁,12-24号墩为1.6米高箱梁,24-26号墩为1.8米高箱梁,26-35号墩为1.4米高箱梁;右幅0-15号墩为1.4米高箱梁,15-19号墩为1.8米高箱梁,19-24号墩为1.6米高箱梁,24-26号墩为1.8米高箱梁,26-35号墩为1.4米高箱梁。
第三章、方案设计
第一部分:
碗扣式支架管的设计
3.1支架材料规格
一、支架采用WDJΦ48×3.5mm钢管碗扣式钢管架,立杆主要采用3.0m、2.4m、1.8m、1.2m、0.6m、0.3m几种,立杆接长错开布置,顶杆长度为1.5m、1.2m、0.9m,横杆采用1.2m、0.9m、0.6m、0.3m三种组成,顶底托采用可调托撑。
二、支架布置
箱梁在桥墩两端各6米范围内布置为纵距为0.9m,横距0.6m和1.2m,其余箱梁段纵距为0.9m,横距为腹板0.6m,底板0.9m和翼沿板1.2m,步距统一为1.2m。
即横桥向布置
截面一、二(13米)
(跨中段):
2×1.2+1×0.9+1×0.6+3×0.9+1×0.6+3×0.9+1×0.6+1×0.9+2×1.2
(实体段):
2×1.2+1×0.9+12×0.6+1×0.9+2×1.2
截面三(24.5米)
(最大截面):
2×1.2+1×0.9+30×0.6+1×0.9+2×1.2
(最小截面):
2×1.2+1×0.9+24×0.6+1×0.9+2×1.2
截面四(17米):
2×1.2+1×0.9+1×0.6+3×0.9+1×0.6+4×0.9+1×0.6+3×0.9+3×0.9+1×0.6+1×0.9+2×1.2
截面五(29.2米)
(最大截面):
3×1.2+38×0.6+3×1.2
(最小截面):
3×1.2+30×0.6+3×1.2
支架在纵横桥向每隔4排设置剪刀撑;立杆顶部安装可调节顶托,立杆底部支立在可调底托上,顶托底托可调自由度按30cm设计。
箱梁的顶托上面纵桥向分布10cm槽钢为分布梁,横桥向分布10cm×10cm方木,每30cm一道,方木上铺设1.5cm厚竹胶板。
三、荷载计算
横向分布荷载计算
1、钢筋砼容重取26kN/m3
2、模板支架自重为1kN/m2;
3、由于支架较矮,取最底层立杆承受的自重为1kN/m2。
4、施工人员及设备荷载2kN/m2;混凝土振捣产生的荷载2kN/m2;
各构件计算
3.2、底模计算
底模采用1.5cm厚的黑色胶合板,其底模下的10×10cm方木的布置间距为0.3m,则:
截面特性:
取最不利的位置——腹板下进行计算:
按三跨连续梁计算,查常用结构计算手册得:
弯矩
(净距0.2米)
剪力
挠度
满足要求
3.3、方木的验算
取最不利的1.8米高梁端实体段下方木计算(方木横桥向、槽钢纵桥向)
每根方木承受0.6m跨度范围内的力,其纵向间距为0.3m,则混凝土荷载q1=26×1.8×0.3=14.04kN/m,施工人员及施工设备荷载取q2=2×0.3=0.6KN/m,振捣混凝土时产生的荷载取q3=2×0.3=0.6KN/m,总荷载q=q1+q2+q3=15.24KN/m,将方木按照三跨连续梁受均布荷载进行保守验算,则其跨中弯矩为
图1方木计算简图
,
方木受压应力满足要求
取方木的弹性模量E=1×104MPa,则方木跨中挠度
f=0.677×[ql^4/(100EI)]
=0.677×[14.04×103×0.64/(100×1×104×106×833.3×10-8)]=0.148mm>l/400=1.5mm满足要求
方木的跨中挠度满足要求。
方木上的最大剪力为Q=0.6ql=5.5KN,则其剪应力τ=1.5Q/A=0.825MPa<2MPa,方木抗剪强度满足要求。
取底板下的方木计算,每根方木承受0.9m跨度范围内的力,其纵向间距为0.3m,则混凝土荷载q1=26×0.5×0.3=3.9kN/m,施工人员及施工设备荷载取q2=2×0.3=0.6KN/m,振捣混凝土时产生的荷载取q3=2×0.3=0.6KN/m,总荷载q=q1+q2+q3=5.1KN/m
f=0.677×[ql^4/(100EI)]
=0.677×[3.9×103×0.94/(100×106×104×833.3×10-8)]=0.21mm<900/400=2.3mm满足要求
方木的跨中挠度满足要求。
Q=ql/2=2.3KN,则其剪应力τ=1.5Q/A=0.35MPa<2MPa,
故1.4米、1.6米箱梁跨径为60cm的腹板处方木均满足要求,1.4米、1.6米箱梁跨径为90cm的地板处方木均满足要求
3.4、方木下槽钢分配梁验算
取最不利1.8米高箱梁实体段的槽钢工况,槽钢纵桥向布置(跨径90cm)
Q1=26×1.8×0.3×0.6=8.42KN
Q2=(2+2)×0.3×0.6=0.72KN(施工、砼振捣)
Q=Q1+Q2=9.14KN
槽钢的应力为σ=69MPa<145MPa满足要求
槽钢跨中挠度f=0.57mm<900/400=2.3mm槽钢的变形满足要求。
槽钢上剪力最大值为Q=9.19KN,剪应力τ=1.5Q/A=1.5×(9.19÷12.74)
=10.8MPa<[σ]=85MPa满足要求
式中,A=12.74cm2,I=198.3cm4,W=39.4cm3,槽钢抗剪强度满足要求。
1.4米、1.6米高箱梁的其他工况都比上述工况受力小,故均满足要求
3.5、支架管的计算
荷载组合:
1+2+3+4+5
荷载验算:
N<[N]
其中:
[N]—--杆件容许承载力
细长比为步距与回转半径之比,由于步距均为120+2×30=180cm,回转半径15.78mm,故λ=1800/15.78=114
单支立杆轴向承载力应符合N<=φAf
φ
----轴心受压杆件稳定系数,查附录E可得:
0.489
A----立杆截面面积,查表得:
4.89cm2
f----钢材抗压、拉、弯强度设计值,查表得:
205N/mm2
则[N]=0.489×4.89×102×205=49.02kN
横向风荷载:
由于本支架高度超过10m,需考虑风荷载。
------风压高度变化系数,查附录D得:
1.25
------风荷载体型系数,算得:
3.75
基本风压(kN/m2)查规范得:
0.25
则0.7×1.25×3.75×0.25=0.82kN/m2
第一种工况取箱梁实体处(腹板处)计算(1.8米高箱梁)
碗扣支架立杆横距为60cm,纵距为90cm,步距为120cm,砼厚度180cm。
N=1.2×(Q1+Q2)+0.9×1.4×[(Q3+Q4)LxLy+Q5]
=1.2×(26×0.9×0.6×1.8+1)+0.9×1.4×[(1+2+2)×0.9×0.6+0.82]
=36kN
故N=36<[N]=49.02kN(可行)
第二种工况取底板下的钢管(砼厚度0.5m)(截面一、二、四的底板)
布置按横距0.9m,纵距0.9m,步距1.2m
N=1.2×(Q1+Q2)+0.9×1.4×[(Q3+Q4)LxLy+Q5]
=1.2×(26×0.9×0.9×0.5+1)+0.9×1.4×[(1+2+2)×0.9×0.9+0.82]
=20kN
故N=20<[N]=49.02kN(可行)
第三种工况翼沿板处的钢管(砼厚度0.5m)
布置按横距1.2m,纵距0.9m,步距1.2m
N=1.2×(Q1+Q2)+0.9×1.4×[(Q3+Q4)LxLy+Q5]
=1.2×(26×1.2×0.9×0.5+1)+0.9×1.4×[(1+2+2)×1.2×0.9+0.82]
=25.9<[N]=49.02kN满足要求
立柱地基承载力验算
地基硬化砼厚度按照20cm算,底托板为直径12×12cm的方形钢板,则地基受力为25cm圆,单根钢管受力面积A=3.14×0.26×0.26=0.2122m2
P=N/A=36/0.2122=169Kpa回填片石系数取1
则P1=P=169Kpa
综上所述,明阳互通箱梁范围内地基承载力要求达到200Kpa以上,砼硬化厚度20cm
支架整体稳定性验算
剪刀撑按照60度设计,取单根剪刀撑单向风力荷载计算,则受力图如下
则受到风的侧向力面积,S1=5.2×0.048=0.2496m2竖杆
S2=0.6×5×0.048=0.144m2横杆S=0.3936m2
P=0.82×0.3936=0.32KN
W=P/5=0.064KN
Wv=hw/L=1.2×0.064/0.7=0.11KN
Ws=[(√h2+l2)/l]w=0.18KN
则最下端斜杆最大内力Ws大=Ws1+(n-1)Ws取Ws1=Ws
Ws大=5×0.18=0.9KN第二部分:
上跨光明大道门洞
钢管支架搭设将根据箱梁宽度进行,因此支架均采用钢管支架沿箱梁轴线方向展开搭设,宽度为桥面宽度的投影,钢管支架计划明阳互通右线桥采用30根采用Φ530×8的钢管,左幅采用18根Φ530×8的钢管,下横梁采用28a工字钢合拼,跨径3米;主梁采用贝雷片间距1.15米均布,与光明大道路线垂直,跨径为6米;贝雷梁顶采用12.6a工字钢60cm布设,上部碗扣式支架管,顶层为10×10cm方木以及竹胶模板。
2.1、12.6工字钢分配梁计算
12.6a工字钢截面积为A=18.1cm2,惯性矩I=488cm4,截面抵抗矩W=77cm3
取7号墩附件实体段处的最不利荷载计算:
12.6a工字钢纵桥向布置,间距与支架管布置一样形式,即实体段和腹板处为60cm,底板为90cm,翼沿板为120cm,则12.6a工字钢在两片贝雷片之间跨径为1.37米(斜交)范围内受两个钢管力的集中力,每根钢管受力36KN。
受力图示如下
M=P/L(2c+b)a=8.46KN.m
工钢跨中应力为σ=M/W=(8.46×103)/(77×10-6)=109MPa<140MPa满足要求
f=Pa/6EIl[(2a+c)l2-4a2l+2a3-a2b-c3]=1mm<1370/400=3.4mm满足要求
剪力Q=P/l(2c+b)=36×(2×0.235+0.9)÷1.37=36KN
τ=1.5Q/A=1.5×36/18.1=29.9MPa<85MPa满足要求
以上受力形式l=1.37m,a=c=0.235m,b=0.9m
2.2、贝雷桁架纵梁的强度及挠度
假设取砼实体段最不利计算
(1)Ⅰ12.6工字钢分配横梁自重:
按0.142KN/m
(2)支架管和模板:
按2KN/m2,施工器具以及砼振捣荷载取4KN/m2
G2=1.15m×6KN/㎡=6.9KN/m;
(3)砼G3=1.15×6×1.8×26÷6=53.82KN/m
则Q=
(1)+
(2)+(3)=60.9KN/m
Mmax=1/8qL2=274.1KN.m(这里L=6m)
经查相关资料,可得贝雷桁架的截面特性为
W=15398.3cm3,I=1154868.8cm4,E=2.1×105MPa
σ=Mmax/W=274.1×103/(15398.3×10-6)=17.8MPa<210MPa,
故该贝雷片在跨中支点处强度满足要求。
f中=5ql4/(384EI)=0.4mm<6000/400=15mm,满足要求。
故整个贝雷桁架的强度和挠度均满足施工要求。
剪力计算:
按均布荷载计算QX=1/2*ql=182.7KN<490.5KN满足要求
2.3、Ⅰ28a横向承重梁的强度及挠度
横向承重梁共由2根Ⅰ28a工字钢组成,在主要承受来贝雷桁架传来的荷载,则
贝雷片重:
G1=2×2×3.0KN/片=12KN
支架、槽钢、方木:
G2=30KN
单元块砼重量:
G3=26×4.02×3=314KN截面积为4.02cm2
q=(G1+G2+G3)/2÷L=59.3KN/m单元块单端两根28工字钢线荷载
Mmax1=ql2/8=66.75KN.m,(这里L=3m)
经查相关资料,可得Ⅰ28a工字钢横梁的截面特性为
W=508.2cm3,I=7115cm4,E=2.1×105MPa。
所以得
σ=Mmax/W=66.75×103/(2×508.2×10-6)=66MPa<145MPa,(单根工字钢)满足要求
剪力计算
Q=ql/2=89KN两根工字钢
剪应力:
τ=1.5Q/A=1.5×89/(2×55.37)=12Mp<85Mp单根工字钢满足要求
挠度计算
f中=5ql4/(384E2I)=2.1mm<3000/400=7.5mm,满足要求。
2.4、钢管桩受力验算
1、钢管立柱及地基计算(取左幅门洞立柱计算)
根据支架布置图及上面计算可知,取箱梁12米长为一个单元计算(两个门洞),箱梁截面积为8.2m2,因为门洞与主线交角为14度,则砼体积为12×8.2÷sin52°=101.4m3,共由18根钢管立柱共同受力,每根立柱受力为
Q=(26×101.4+(6×162)+222)/18=213KN
式中162=12×13.5m为门洞受力面积计算施工、砼荷载,贝雷片13×4×3=156KN,28a工字钢36KN,支架管体系取30KN,222为总门洞体系的重量。
本支架系统立柱为Φ530mm、δ=8mm的钢管,查表可知Wt=3373.24cm3,Ix=44695.46cm4,ix=18.457cm,A=131.193cm2。
立柱长按l=500cm计,因此有λ=l/ix=500/18.457=27.1,可查得ψ=0.927;
σ=N/(ψA)=213×103/(0.927×131.193×10-4)=17.5MPa<[σ]=140MPa
因此,钢管脚架的整体稳定符合要求。
本桥立柱采用φ530×8mm无缝钢管组成,则钢管立柱底部的承载力为
σ立柱=N/A=213/(π×0.2652)=1MPa,
立柱基础拟采用C30混凝土施工,立柱底部采用C30混凝土,尺寸为宽1.2m,高1m,面上预埋固定立柱的钢板;地基承载力为213÷1.44=0.15MPa,经动力触探检测地基承载力大于0.2MPa,可满足整个支架系统的施工要求。