3钢管贝雷梁支架制梁法检算书第二十四联解析.docx

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3钢管贝雷梁支架制梁法检算书第二十四联解析

中铁22局海沧货运通道（疏港通道-海翔大道段）Ⅱ标

箱梁贝雷梁支架检算书

一、工程概况

（一）、本专项方案适用条件与范围

海沧货运通道（疏港通道-海翔大道段）Ⅱ标桥梁上部结构。

（二）、技术条件

道路等级：

城市快速路；

设计行车速度：

80km/h；

设计汽车荷载：

城-A级（荷载系数1.3）

（三）、结构形式及设计主要参数

⑴截面类型为单箱多室。

截面见下图。

⑵桥面宽度：

主线桥宽度分13.25m、15.5m、26m、37m四种，B匝道为8m，C,D匝道为9.5m。

⑶梁体跨度为30m－40m，梁高为2.2m。

⑷梁体混凝土强度等级为C50，封锚采用强度等级为C50的补偿收缩混凝土。

2、模板支撑架总体方案概况

现浇支架采用钢管贝雷膺架，两端立柱支撑在承台上，中间支撑柱采用26×2×1m条形混凝土基础。

一次主梁之上的二次分配梁采用32排单层普通型贝雷片顺桥向布置。

贝雷桁架梁与墩身间缺口处，采用I18工字钢或者20号槽钢搭接过渡，一端搭接在贝雷梁上，另一端搭在墩帽上。

钢管柱顶高程逐一核对，并考虑支架预留拱度，支架卸落采用卸漏砂箱并临时连接成整体。

贝雷桁架纵梁按设计图逐根组装，每两片为一组，中间设置标准桁撑，以求稳定防侧倾，然后使用吊车逐根吊装就位。

贝雷桁架梁之上横桥向摆布I12.6工字钢分配梁，间距采用50cm和80cm。

再上铺设梁底方木楞、竹胶模板。

力学传递程序：

现浇箱梁砼→模板→工字钢横向分配梁（I12.6）→贝雷纵梁（1.5*3）→支撑横梁（双拼40B工字钢）→卸落装置→钢管柱式支墩（φ630*8mm）→承台顶或现浇砼基础顶。

此验算方案以Z80#-Z83#墩的第二十四联（36+40+36）m的中间40m跨（跨度为全桥最大）作为验算对象。

如下图单层支架纵段布置图及横断面示意图所示：

支架横断面布置图

支架纵断面布置图

模板：

模板均采用木模，竹胶板采用2.44m*1.22m*15mm，方木采用4000×100×100mm。

分配梁：

采用I12.6工字钢，一般截面处间距0.8m，中横梁与端横梁处间距为0.5m，布置范围：

贝雷梁桁架上；

主力桁架：

采用单层32排贝雷梁，每片贝雷梁用U型螺栓与横梁连接以增强支架整体稳定性；

大横梁：

置于支墩钢管顶砂箱上，采用双拼40B工字钢，长26米布置范围：

钢管柱支墩：

采用φ630mm螺旋焊接钢管，厚8mm；每支墩9根钢管。

起落架：

采用卸漏砂箱，采用外径φ630mm钢管制作外套管、预制φ608砼块作内套管，高50cm，每个钢管支柱上设一个；

基础：

以桥墩台的承台及跨中现浇钢筋砼平台作为支墩基础。

如承台宽度不足，加宽承台以保证钢管立柱的安装。

3、方案设计依据及参数

1、海沧货运通道（疏港通道-海翔大道段）工程桥梁工程设计图；

2、本工程各桥梁下部结构设计图纸及《装配式公路钢桥多用途使用手册》；

3、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；

4、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；

5、《桥涵施工技术指南》；

6、《路桥施工计算手册》；

7、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）

8、《钢结构设计规范》（GB50017—2003）；

9、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

10、钢材弹性模量E=2.1×105MPa；Q235钢材容许容许弯曲应力σw=215MPa，容许剪应力τ=125MPa；贝雷桁架的允许压应力及弯应力为f＝273MPa；剪应力fv=208MPa。

11、钢筋混凝土重度rc=26KN/m3；

12、施工人员及机械活载按1KN/m2、模板重量按2.5KN/m2，（参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值）。

；

13、振捣、倾倒混凝土荷载4KN/m2，（参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值）。

14、恒载系数1.2，活载系数1.4。

15、主梁与分配梁允许挠度【ω】=L/400。

四、荷载计算

（一）、计算箱梁支撑段横截面积

被支撑梁段一般截面横截面面积：

A=16.998m2；箱梁顶面宽度B=25.8m。

被支撑梁段中端横梁处横截面面积：

A=43.396m2；箱梁顶面宽度B=25.8m

（二）、计算支撑架设计荷载

①、箱梁结构恒载：

q1=rc*A=442KN/m（一般截面处）

q1=rc*A=1128.3KN/m（中端横梁截面处）；

验算取一般截面处的结构恒载。

②、箱梁模板恒载：

q2=B*q=65KN/m；（q为模板荷载，取2.5KN/m2。

）

③、支撑架结构恒载：

q3=14％*q1＝62KN/m；（按以往施工经验估算。

）

④、振捣、倾倒混凝土荷载：

q4=4KN/m

⑤、施工人、机活载：

q5=1*B=26KN/m。

支撑架设计计算荷载：

q=1.2*（q1+q2+q3）+1.4*（q4+q5）=724KN/m。

结构计算荷载放大系数K=1.64。

五、内力计算

（一）、绘制支撑架受力分析的荷载简图

支撑架纵向受力荷载计算简图如下：

（图2）

（二）、使用结构力学法计算（利用三弯矩方程法）计算各支点弯矩

MA=ME=0，MB=-5869.72KN·m；

MC=-7102.81KN·m，MD=-5629.53KN·m；

（三）、利用力矩平衡法求支座反力

利用力矩平衡法，由A点开始对B点取弯矩，力矩平衡方程为：

1）7.5R1-0.5*724*7.52=MB=-5869.72求得R1=1932.37KN

2）（7.5+10.5）*1932.37+10.5R2-0.5*724*（7.5+10.5）2=MC=-7102.81

求得R2=7181.19KN

3）（7.5+10.5*2）*1932.37+2*10.5*7181.19+10.5*R-0.5*724*（7.5+2*10.5）2

=MD=-5629.53求得R3=7859.75KN

4）7R5-0.5*724*72=MD=-5629.53求得R5=1729.78KN

5）（7+10.5）*1729.78+10.5R4-0.5*724*（7+10.5）2=MC=-7102.81

求得R4=6998.908KN

内力结构图如下：

结论：

支点C处的反力（R3=7859.75KN）最大，故以此处为对象作荷载分析。

六、结构设计内力及检算

（一）、钢管支撑柱设计

1、钢筋支撑柱的布置设计

根据计算的支点反力结果判定，纵向钢管支撑柱C点的分担荷载最大。

故以此为计算设计对象。

纵向钢管支撑柱C点的横断面支撑结构如图所示。

横向每个支撑点布置7根直径φ630mm、壁厚10mm钢管柱。

钢管柱按等面积荷载布置。

为设计计算简便，以受载最大C截面支撑点为基准计算。

对应分担的最大计算荷载为R=R3/7=1122.8KN。

（若采用更多根钢管时，钢管立柱的承载能力更大更安全。

）

（1）、钢管立柱几何参数

本标段支架所用的钢管支撑柱全部拟选用直径φ630mm、壁厚10mm钢管做支撑柱。

C点钢管柱受压高度h=7.0m。

属于受压短杆（小柔度杆，不适应于欧拉公式）

（2）、钢管立柱强度验算

a、立柱长细比

回转半径

长细比

＜[λ]=150

满足要求。

b、立柱临界应力验算：

此类钢管为b类，轴心受压杆件，A3钢，查《钢结构设计与计算》P520页知：

Φ＝0.929，A＝15625mm2，[σ]=140MPa

 允许轴向压力[N]=Aφ[σ]=0.929×15625×140=2032.19KN

[N]>R=1122.8KN，满足要求。

（3）、钢管立柱的布置

将箱梁横截面面积均分成9等份，每份面积A1=A/9=1.89m2，再求出每一份的形心，则每根钢管立柱布置在每份的形心处。

如下图：

为减小工字钢主梁的悬臂长度，将最外侧钢管立柱外移50cm，则钢管立柱的实际间距为2.5m+3.46m+1.98m+2.79m+……

（二）、临时基础设计要求

本支撑架支撑荷载R3=7859.75KN，采用混凝土临时扩大基础，临时基础横桥向长度拟设26m、顺桥向宽度2m、高度0.6m（当跨既有线施工，基础作为车道的分隔带时，基础可加高到1.0m）；地基基底允许承载能力不得小于200Kpa既满足要求。

1、计算地基允许承载力要求σ＝F/s＝7859.75/（26*2）＝151KPa。

（<[σ]，满足！

）

2、临时支墩基础

根据承台长度来定，拟设长26m，宽2m，高度0.6m，因基底坐落在既有路面上，承载能力较好，不需另作处理，基础采用c30混凝土，必要时可在底层铺一层钢筋网片。

（三）、工字钢主梁（双拼40B工字钢）计算

由于纵向钢管支撑柱C点的支撑分担荷载最大，最大支撑反力R3=7859.75KN。

横向主梁在此处分担的荷载也最大,所以验算此处的横梁荷载即可，横梁拟采用双拼40B工字钢。

查表得40B工字钢的截面特性：

截面惯性矩Ix＝22781cm4，Wx=1139cm3，Sx=671.2cm3,d=12.5mm。

钢材的力学性能：

弹性模量E=2.1×105MPa，容许弯曲应力σw=215MPa，容许剪应力τ=125MPa。

梁宽为26m，工字钢长度按26m计算，则每米工字钢承受的荷载q=R3/26=302.3KN/m.。

工字钢立在钢管立柱上，取4跨连续梁验算，跨径为（2.5+3.46+1.98+2.79）m，工字钢受力分析简图如下图所示:

计算可知Mmax=300.25KN·m，Qmax=548.25KN

1）弯拉应力验算

弯拉应力δ=Mmax/2Wx=300.25×103/2×1139×10-6=131.8Mpa<〔σw〕=215Mpa，满足要求。

2）剪应力验算

剪应力

64.6Mpa<〔τ0〕=125Mpa，满足要求。

3）挠度验算

最大扰度出现跨度3.46m的跨中

扰度f=5ql4/（2×384EIx）=5×302.3×3.464/（2×384×2.1*105×22781×10-8）=5.9mm<〔f0〕=L/400=3460/400=8.65mm，满足要求。

4）工字钢悬臂端扰度验算

f=ql4/2×8EI=302.3×2.174/（2×8×2.1×105×22781×10-8）=8.8mm<〔f0〕=L/200=2170/200=10.85mm,满足要求。

（四）、贝雷梁计算

贝雷梁按单排布置，共布置32排，每两排间用450mm桁架与900mm桁架连接，贝雷梁横向用12.6槽钢连接成整体，以提高整体性和稳定性。

贝雷桁架物理几何指标

型号

几何特性

容许内力

单排单层

不加强型

Ix（cm4）

W（cm3）

弯矩（kN·m）

剪力（kN）

材质拉压应力f（MPa）

材质剪应力

fv（MPa）

250497.2

3578.5

788.2

245.2

273

208

根据前面的支架内力计算所得，知：

最大弯矩MC=7102.81KN·m；最大剪力Q＝3941.31KN。

1）选取贝雷梁片数

①取最大弯矩检算，可知N＝7102.81/788.2=9片；②按最大剪力检算，N＝3941.31/245.2＝16片，取32片足够安全。

2）弯矩剪力验算

贝雷梁允许弯矩32*788.2=25222.4KN·m>Mmax=7102.81KN·m

贝雷梁允许剪力32*245.2=7846.4KN>Tmax=3941.31KN

满足要求。

3）应力验算

贝雷梁允许弯曲拉压应力

62MPa

4）扰度验算

贝雷梁最大扰度出现在跨度为10.5m跨中。

扰度f=5ql4/（384EI）=5×724×10.54/（384×2.1×105×250497.2×22）

=9.9mm

5）贝雷梁布置

取32片贝雷梁，每两片用45cm或90cm花架连接，共16组，将箱梁横截面等分为16份，每组贝雷梁布置在每份的形心处（为减小贝雷梁上横向分配梁的悬臂长度，实际布置时可将最外侧贝雷梁向外移50cm），贝雷梁布置间距如下：

（五）、箱梁底模横向I12.6工字钢分配梁验算

箱梁底模横向I12.6工字钢分配梁，摆布间距一般截面处为80cm，中横梁与端横梁处为50cm，根据支架横断面布置图，贝雷梁实际布置时，贝雷梁横向最大间距为157cm，则工字钢最大跨度为157cm，验算取最大跨度验算。

一般截面处每根工字钢承担荷载Q=0.8*（1.2（q1+q2）+1.4（q4+q5））=0.8m×650.4KN/m=520.32KN，梁宽为26m，所以每根工字钢长度按26m计算，则每米工字钢承受的荷载q=Q/26=20KN/m；中横梁与端横梁处每根工字钢承担荷载Q=0.5*（1.2（q1+q2）+1.4（q4+q5））=0.5m×1473.96KN/m=736.98KN，梁宽为26m，所以每根工字钢长度按26m计算，则每米工字钢承受的荷载q=Q/26=28.3KN/m。

工字钢受力分析简图如图11所示:

查表得12.6工字钢的截面特性：

截面惯性矩Ix＝488cm4，Wx=77.4cm3，Sx=44.4cm3,d=5mm。

钢材的力学性能：

弹性模量E=2.1×105MPa，容许弯曲应力σw=215MPa，容许剪应力τ=125MPa。

1）一般截面处验算

a、弯拉应力验算

跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=20×1.572/8=6.2KN·m

弯拉应力δ=Mmax/Wx=6.2×103/77.4×10-6=80.1Mpa<〔σw〕=215Mpa，满足要求。

b、剪应力验算

最大剪力Qmax=0.5ql=0.5×20×1.57=15.7kN

剪应力

28.6Mpa<〔τ0〕=125Mpa，满足要求。

c、挠度验算

f=5ql4/（384EI）=5×20×1.574/（384×2.1×105×488×10-8）

=1.5mm<〔f0〕=L/400=1570/400=3.9mm，满足要求。

2）中端横梁截面处验算

a、弯拉应力验算

跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=28.3×1.572/8=8.7KN·m

弯拉应力δ=Mmax/W=8.7×103/77.4×10-6=112.8Mpa<〔σw〕=215Mpa，满足要求。

b、剪应力验算

最大剪力Qmax=0.5ql=0.5×28.3×1.57=22.2kN

剪应力

40.4Mpa<〔τ0〕=125Mpa，满足要求。

c、挠度验算

f=5ql4/（384EI）=5×34×1.574/（384×2.1×105×488×10-8）

=2.2mm<〔f0〕=L/400=1570/400=3.9mm，满足要求。

（六）、箱梁底模纵梁（10cm*10cm方木）验算

底模纵梁采用10cm*10cm方木，根据《木结构设计规范》：

普通松木的抗弯强度设计值fm=13MPa，抗剪强度fv=1.5MPa，弹性模量为E=9.5*103MPa，挠度极限值L/400。

Wx=166.7cm3,Ix=833cm4，Sx=125cm3。

方木底板处的布距（中心间距）为40cm，横隔板及腹板处的布距加密到20cm。

横隔板及腹板处混凝土厚度为2.2m，混凝土自重荷载为2.2*26=57.2KN/m2；底板处混凝土厚度为0.5m，混凝土自重荷载为0.5*26=13KN/m2

则横隔板及腹板处计算荷载0.2*（1.2*（57.2+2.5）+1.4*（1+4））=15.73KN/m；底板处计算荷载0.4*（1.2*（13+2.5）+1.4*（1+4））=10.24KN/m

方木纵向布置在横向工字钢分配梁上，取3跨连续梁做受力分析，简图如下：

计算可知横隔板及腹板处Mmax=1.01KN·m，Qmax=7.55KN

底板处Mmax=0.65KN·m，Qmax=4.9KN

1）横隔板及腹板处方木验算

a弯拉应力验算

弯拉应力δ=Mmax/Wx=1.01×103/166.7×10-6=6.06Mpa

b剪应力验算

剪应力

1.13Mpa

c挠度验算

扰度

0.54mm<〔f0〕=L/400=800/400=2mm，满足要求。

2）底板处方木验算

a弯拉应力验算

弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.65×103/166.7×10-6=3.9Mpa

b剪应力验算

剪应力

0.73Mpa

c挠度验算

扰度

0.35mm<〔w〕=L/400=800/400=2mm，满足要求。

（七）、箱梁底模面板（竹胶板）验算

底模采用竹胶板，规格为2.44m*1.22m*15mm，竹胶板的力学参数如下：

弹性模量E=6.5*103MPa，

设计抗弯强度50MPa，

底板处Wx=0.16667bh2=0.16667*20*1.52=7.5cm3

中隔板及腹板处Wx=0.16667bh2=0.16667*10*1.52=3.75cm3

底板处计算荷载1*（1.2*（0.5*26+2.5）+1.4*（1+4））=25.6KN/m

横隔板及腹板处计算荷载1*（1.2*（2.2*26+2.5）+1.4*（1+4））=78.64KN/m

受力简图如下：

1）底板处面板验算

跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=25.6×0.22/8=0.128KN·m

弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.128×103/7.5×10-6=17.06Mpa<50Mpa，满足要求。

扰度f=5ql4/（384EIx）=5×25.6×0.24/（384×6.5×103×3.75×10-8）=0.22mm

2）中隔板及腹板处面板验算

跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=78.64×0.12/8=0.098KN·m

弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.098×103/3.75×10-6=26.1Mpa<50Mpa，满足要求。

扰度f=5ql4/（384EIx）=5×78.64×0.14/（384×6.5×103×3.75×10-8）=0.04mm

（八）、箱梁侧模验算

现浇混凝土对模板的侧压力计算：

新浇筑的初凝时间按8h，隔板及腹板一次浇注高度2.2m，浇注速度1.5m/h，混凝土无缓凝作用的外加剂，设计坍落度16mm。

根据规范计算模板的侧压力。

=77.3KN/m2

—混凝土的重力密度（

）

—新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。

当缺乏试验资料时，可按

计算；（混凝土初凝时间按8h算）

—外加剂影响系数，不产外加剂时取1.0；掺有缓凝作用的外加剂时取1.2.

—混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm，取0.85；50-90mm时，取1.0，110-150mm时，混凝土采用泵送，故取1.15；

—混凝土浇筑速度，取1.5（m/h）；

取以上两值的最小值，故最大侧压力为

则侧模的荷载q=57.2*1.2+（1+4）*1.4=75.64KN/m2

面板为15mm厚竹胶板，模板次楞（竖向分配梁）间距为30cm，计算高度取100cm。

面板截面参数：

E=6.5*103MPa

设计抗弯强度50MPa

Ix=0.08333bh3=0.08333*100*1.53=28.1cm4，

Wx=0.16667bh2=0.16667*100*1.52=37.5cm3。

计算简图如上（3跨连续梁）计算结果：

Mmax=0.681KN.m

1）弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.681/37.5=18.2Mpa<50Mpa，满足要求

2）最大扰度

0.22mm

（九）、支架整体稳定性计算

1、荷载分布

根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004，支架为临时结构，按1/10频计算：

基本风速：

V10=28.8m/s

基本风压：

W10=0.5KN/m2

空气重力密度：

γ=0.012017e-0.0001Z=0.012017e-0.0001×15=0.012KN/m3

高度Z处的设计基准风速：

Vd=K2K5V10=0.79×1.38×28.8=34.3m/s

设计基准风压：

Wd=（γVd2）/（2g）=（0.012×34.32）/（2×9.81）=0.72KN/m2

支架+梁高按3.8m实体计算，则：

桥横向风荷载标准值：

Fwh=k0k1k3WdAwh=0.75×1.1×1.0×0.72×10.5×3.8=23.7KN

其中：

k0为设计风速重建期换算系数，对于施工架设期桥梁，k0取0.75。

K1为风载阻力系数，k0取1.1。

K3为地形、地埋条件系数，一般地区k3取1.0。

Wd为设计基准风压。

Awh为横向迎风面积，按实际尺寸计算（10.5×3.8）。

（支墩至支墩径度总长10.5m）

着力点距迎风面荷载中心距12+3.8/2=13.9m，12米为墩高，则弯矩：

倾覆M倾=23.7×13.9=329.4KN·m

2、支架整体稳定验算

当支架搭设完毕，而主梁未开始作业时，支架自重小，整体稳定性最差，故选此状态进行控制计算。

抗倾覆M=G*L

G：

模板、方木、贝雷片、H400型钢横梁等自重

L：

自重重心到支墩外侧螺旋管的距离=10.7m

模板：

0.015×12×9=1.62KN/m

方木：

翼板处12/0.35×0.1×0.1×8=2.74KN/m

底板7.1/0.35×0.10×0.15×8=2.43KN/m

钢桁架片：

2.8KN/m

贝雷片：

27×9=243KN

H400型钢：

13.5×172×2=46.44KN

M抗=【（1.62+2.74+2.43+2.8）×12+243+46.44】×10.7

=4328.4KN.m

稳定系数M抗/M倾=4328.4/329.4=13.14＞1.3，满足要求。

验算完成，经验算支架布置符合要求，此方案结构受力安全可行。