火石坡大桥1号悬臂主墩0#块临时固结墩及支架设计方案520.docx
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火石坡大桥1号悬臂主墩0#块临时固结墩及支架设计方案520
贵阳市北京东路延伸段（贵阳东北城市干道）二期
道路工程建设项目第七施工合同段
火石坡大桥1号悬臂主墩0＃块临时固结墩
及支架设计方案
计算：
____________
复核：
____________
审核：
____________
浙江兴土桥梁临时钢结构设计咨询有限公司
二0一六年五月
目录
1、工程概述和计算依据1
1.1工程概述1
1.2设计依据1
1.3支架结构简述1
1.4计算参数3
1.5计算组合4
1.6支架计算模型5
2、荷载加载分析表5
3、杆件分析与验算结果6
3.1底、腹板分配梁计算6
3.2翼板分配梁计算7
3.3承重梁计算8
3.4三角托架计算9
3.5钢管立柱计算11
4、0#块临时固结计算14
4.1竖向荷载计算14
4.2不平衡力矩计算15
4.3临时支墩反力计算15
4.4临时支墩检算15
5、结论16
1、工程概述和计算依据
1.1工程概述
火石坡大桥主桥的跨径组合为98+176+98m，预应力混凝土刚构连续梁组合体系。
该桥1号悬臂主墩采用矩形桥墩，左右幅平均墩高度为2.78m，为实心墩，桥墩尺寸为10.1（横桥向）×5（顺桥向）m。
桥上部结构为单箱单室直腹板截面，单幅箱梁顶面宽14.7m，底宽8m，翼缘板宽3.35m。
0#块长13m，1~4#块长3m，5~9#块长3.5m，10~15#块长4m，16~21#块长4.5m。
根部梁高11m，腹板厚110~50cm，底板厚度为140cm～35cm，顶板厚度30cm。
0#块伸出墩顶部分纵桥向：
长度4m，梁高度变化11m~10.477m，顶板厚度47~30cm，底板厚180~134cm，腹板厚度110cm，横桥向伸出墩顶部分为翼缘板3.35m，估算得出0#块单边悬出混凝土方量184.5m3，共重488.9t。
1.2设计依据
1、《火石坡大桥施工图》
2、《路桥施工计算手册》
3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
4、《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）
5、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）
6、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
7、《钢管混凝土结构技术规范》（GB50936-2014）
1.3支架结构简述
1、桥墩单侧纵桥向布置两排钢管支架，两排间距2.1m，内排支架为5根φ800x12mm钢管柱，外排支架为3根φ1000x16mm钢管混凝土柱+2根φ800x12mm钢管柱，其中3根φ1000x16mm钢管混凝土柱作为临时固结墩。
钢立柱设置平联φ325x5mm钢管，落架采用卸荷块。
2、外排钢管混凝土柱上布置牛腿及三角斜撑。
3、承重横梁采用HM588x300型钢，外排横梁放置于φ1000x16mm钢管混凝土柱牛腿和φ800x12mm钢管柱上，内排横梁直接放置于φ800x12mm钢管柱上。
三角撑水平梁为I32b。
4、分配梁采用三角排架型式，排架下弦杆为I25b，上弦杆、竖杆为I14。
翼板分配梁采用I32b。
腹板区分配梁间距为20cm，底板区间距为55cm，翼板区分配梁间距为60cm~80cm。
5、底腹板分配梁梁上放置底模系统；翼板分配梁上设置钢管支架。
支架平面布置图
支架侧面布置图
支架断面布置图
1.4计算参数
（1）材料特性
钢材密度：
γ=78.5KN/m³弹性模量：
E=206GPa
砼容重：
26.5KN/m³
（2）允许设计值
表1.钢材强度设计值
项次
钢材强度设计值（MPa）
应力种类
符号
钢号
Q235B
Q345B
45#
（调质）
30CrMnTi（贝雷销）
40Si2MnV
（精轧螺纹筋）
第一组
第一组
抗拉、抗压、抗弯
fd
190
275
280
1040
625
抗剪
fvd
110
160
160
600
端面承压（磨平紧）
fcd
280
355
210
表2.受弯构件的挠度容许值
项次
构件类别
挠度容许值
永久+可变荷载
可变荷载产生
1
主梁或桁架
l/400
l/500
2
其它
l/250
l/300
（3）荷载参数
人群及机具荷载:
2.5KN/m²；
砼超载系数:
1.05；
振动荷载：
4.0KN/m²；
④模板荷载：
1.5KN/m²。
1.5计算组合
荷载组合：
①强度组合（承载能力极限状态）：
1.2永久荷载+1.4可变荷载
②刚度组合（正常使用极限状态）：
永久荷载+可变荷载
1.6支架计算模型
根据设计图纸，对支架的主要构造进行了空间建模，采用通用有限元分析程序MIDAS进行空间分析。
支架浇筑时砼重传力途径如下：
（1）箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外模及外模骨架传至支架纵梁（I32b），再传递给横梁（HM588x300型钢）、钢管柱，最终传至承台。
（2）箱梁顶板、底板、腹板砼及模板重量通过分配梁（三角排架）传力至横梁（HM588x300型钢）、钢管柱，最终传至承台。
支架结构计算模型见下图.。
支架结构空间模型
2、荷载加载分析表
底板纵梁计算加载：
高侧一根底板纵梁荷载分析表
低侧一根底板纵梁荷载分析表
腹板纵梁计算加载：
高侧一根腹板纵梁荷载分析表
低侧一根腹板纵梁荷载分析表
翼板纵梁计算加载：
3、杆件分析与验算结果
3.1底、腹板分配梁计算
底、腹板分配梁采用三角排架型式，下弦杆为I25b，上弦杆、竖杆为I14，计算结果如下：
三角架分配梁弯应力（Mpa）
三角架分配梁剪应力（Mpa）
三角架分配梁变形（mm）
由上图可以看出，三角排架分配梁的最大弯应力为157.1Mpa≤fd=190Mpa，最大剪应力为80.4Mpa≤fvd=110Mpa；最大变形值2.6mm<[f]=L/400=1530/400=3.825mm。
计算结果满足强度及变形要求。
3.2翼板分配梁计算
翼板分配梁采用I32b，计算结果如下：
翼板分配梁弯应力（Mpa）
翼板分配梁剪应力（Mpa）
翼板分配梁变形（mm）
由上图可以看出，翼板分配梁的最大弯应力为73.8Mpa≤fd=190Mpa，最大剪应力为17.9Mpa≤fvd=110Mpa；最大变形值5.4mm<[f]=L/400=6400/400=16mm。
计算结果满足强度及变形要求。
3.3承重梁计算
承重横梁采用HM588x300型钢，计算结果如下：
横梁弯应力（Mpa）
横梁剪应力（Mpa）
横梁变形（mm）
由上图可以看出，横梁的最大弯应力为75.3Mpa≤fd=190Mpa，最大剪应力为101.1Mpa≤fvd=110Mpa；最大变形值1.6mm<[f]=L/400=3300/400=8.25mm。
计算结果满足强度及变形要求。
3.4三角托架计算
三角托架斜杆为2I25b，横杆为H400×200型钢，计算结果如下：
三角托架弯应力（Mpa）
三角托架剪应力（Mpa）
三角托架变形（mm）
由上图可以看出，横梁的最大弯应力为30Mpa≤fd=190Mpa，最大剪应力为21.7Mpa≤fvd=110Mpa；最大变形值0.2mm<[f]=L/400=460/400=1.15mm。
计算结果满足强度及变形要求。
3.5钢管立柱计算
1、φ800x12mm钢管柱计算
钢管轴应力（Mpa）
钢管组合应力（Mpa）
由上图可以看出，钢管柱的最大轴应力为36.8Mpa≤fd=190Mpa，最大组合应力为60.5Mpa≤fd=190Mpa；钢管长细比l/r=2308/800=2.9<[λ]=150。
2、φ1000x16mm钢管砼立柱计算
立柱轴力（KN）
立柱纵桥向弯矩（KN.m）
立柱横桥向弯矩（KN.m）
对于直径为Ф1000cm壁厚为16mm的钢管砼柱（Q235钢材，内填充C55砼）
砼面积Ac=0.736m2，C55砼的设计强度fc=25.3MPa，钢管的设计强度fa=190MPa，钢管半径Rc=500mm，钢管壁厚t=16mm，钢管面积As=0.049m2。
根据GB50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》，钢管混凝土单肢柱的承载力Nu按下式计算:
（C55混凝土
）
式中：
-钢管混凝土单支柱的轴心受压承载力设计值
-钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值；
-钢管混凝土的套箍指标；
-混凝土抗压强度设计值，C55取25.3Mpa；
-钢管内混凝土的横截面面积；
-钢管的抗压强度设计值，取190Mpa；
-钢管的横截面面积；
-考虑长细比影响的承载力折减系数；
考虑偏心率影响的承载力折减系数
偏心距
截面直径
由计算结果可知：
立柱最大轴力
，符合要求。
4、0#块临时固结计算
浇筑时，悬臂一侧重量差超过半个节段底板重或一个挂篮重的50%，取两者中的较大值来计算不平衡弯矩；
竖向荷载N：
混凝土自重+机具设备荷载+人群荷载+混凝土冲击荷载+挂篮自重+某一侧混凝土超重5%；
不平衡荷载：
悬臂一侧混凝土超重5%（线性分布）+浇筑不同步（半个底板）。
通过力学平衡方程计算出M倾、F1、F2。
计算简图及计算过程如下：
临时锚固计算简图
4.1竖向荷载计算
①混凝土重（0号块考虑由墩身承受）：
1~21#节段混凝土总方量为：
（108.2+103.6+99.2+94.9+105.7+100.3+95.3+90.4+85.8+92.9+87.6+82.6+78+73.7+69.7+74.3+70.2+66.6+63.5+60.9+58.9）×2=3524.6m3
1~21#节段混凝土总重量：
3524.6×26.5=93401.9
②机具设备、人群及零星材料荷载（取
）：
14.7m×4.5×2×2=264.6KN
③混凝土冲击荷载：
取20kN
④挂篮自重：
0.3×108.2×26.5×2=1720.4KN
⑤某一侧超重5%：
93401.9×0.5×5/100=2335KN
合计：
N=F1+F2=93401.9+264.6+20+1720.4+2335=97741.9KN
4.2不平衡力矩计算
以悬臂最远处的21号节段作为检算依据：
①浇筑不同步时，半个底板混凝土产生的不平衡力矩：
171.7KN×82.65m=14191KN.m
挂篮行走时，单侧挂篮坠落，另一侧挂篮自重产生的不平衡力矩：
860.2KN×82.65m=71095.5KN.m
因此，计算时以挂篮自重产生的不平衡力矩进行计算。
②悬臂一侧混凝土超重（悬臂端沿梁体线性分布）：
2335KN×82.65m/3=64329.3KN.m
①+②组合得M倾=71095.5+64329.3=135424.8KN.m
4.3临时支墩反力计算
方程组如下：
；M倾=F1×5.3-F2×5.3
推出F1=61646KN，F2=36095.1KN，两侧固结墩都受压。
4.4临时支墩检算
立柱采用直径为Ф1000mm壁厚为16mm的钢管砼柱，当梁体悬臂浇筑至最后阶段时，临时支撑钢管柱无偏心影响
，故
单侧考虑3根钢管砼柱抵抗倾覆反力，则钢管混凝土单肢柱的承载力
，满足要求。
5、结论
根据前述计算结果，得到以下结论：
（1）0#块现浇钢管支架强度、刚度、挠度均能满足施工要求。
（2）临时固结措施能满足施工要求。
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