盖梁施工托架受力计算书.docx

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盖梁施工托架受力计算书

安乐塘大桥盖梁施工托架

计算书

2017年10月

一、工程概述

安乐塘大桥位于西景线（G214）K2571+672处（祥临路桩号为K146+020），于2007年12月通车。

桥梁全长265.00m，桥面总宽12.0m，车行道宽11.0m，上部结构为（64+115+64）m预应力混凝土连续刚构，下部结构为钢筋混凝土双肢薄壁墩、桩基础，重力式桥台、桩基础和扩大基础。

该桥中跨跨中存在严重下挠，为了改善受力，拟在中跨跨中对应位置增设桥墩，布设支座，主桥由三跨连续刚构变为四跨（64+57.5+57.5+64）m刚构-连续组合体系，并通过在箱外腹板增设体外预应力、中跨跨中梁段设置腹板加厚层、横梁的方式来实现加固目标。

中跨增设格构式桥墩布置图如图1.1所示。

图1.1中跨增设格构式桥墩布置图

新增桥墩上需利用托架施工盖梁，本计算针对桥墩上的托架系统进行验算，确保其具有足够的安全性。

托架的布置如图1.2所示。

图1.2托架布置图

二、计算依据

（1）《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）

（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）

（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

（4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）

（5）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）

（6）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

（7）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）

（8）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

三、设计荷载及组合

（1）设计荷载

根据建筑施工手册相关规定，施工阶段托架上各向施工荷载取值如下：

（a）结构自重：

混凝土容重按26kN/m3计算（考虑1.05涨模系数），钢材容重按78.5kN/m3计算。

（b）施工人员及机具荷载：

3.0kN/m2；

（c）混凝土振捣：

4.0kN/m2。

（2）荷载组合

根据《公路桥涵设计通用规范》，计算中，考虑以下两种状态下的荷载组合：

（a）承载能力极限状态

验算支架强度及稳定性时，采用本组合下产生的效应组合值S进行计算，相应的组合系数如下：

S=1.2支架自重＋1.2混凝土荷载（考虑1.05涨模系数）+0.7×1.4临时荷载（人群机具荷载、混凝土振捣等）

（b）正常使用极限状态

验算支架变形时，采用本组合下产生的效应组合值S，相应的组合系数如下：

S=1.0支架自重＋1.0混凝土荷载（考虑1.05涨模系数）+1.0临时荷载（人群机具荷载、混凝土振捣等）。

四、结构建模

为了计算盖梁在现浇过程，托架各构件的应力及变形情况，本计算采用MIDAS/Civil2015桥梁有限元程序，对支架系统进行结构建模计算。

计算时，分别考虑上部盖梁自重、支架自重、施工人员及机具、混凝土振捣荷载，分别计算在承载能力极限状态和正常使用极限状态下，支架体系各个构件的受力状况。

盖梁底膜系统由马蹄撑、分配梁F1、分配梁F2、方木和竹胶板构成；马蹄撑使用H45a型钢，分配梁F1使用槽36a型钢，分配梁F2使用工12a型钢；盖梁底模、侧模均使用10×10cm方木做背肋，1.5cm厚的竹胶板作为面板加工制作。

模型共建立736个节点，1157个单元，托架整体有限元模型如图4.1所示。

（a）托架三维图（b）托架正视图b）托架侧视图

图4.1托架整体模型

图4.2托架有限元模型

五、计算结果

5.1支反力计算

考虑结构自重、施工人员及机具荷载、盖梁混凝土自重，承载能力极限状态下，墩柱的支反力如图5.1所示。

图5.1支反力计算

由图5.1可知，施工阶段，最不利荷载组合下，每个桥墩钢管柱的最大支反力为2218.5kN。

5.2托架H45a型钢验算

钢托架采用H45a型钢，，承载能力极限状态下，托架的弯曲应力和剪应力如图5.2所示。

（a）弯曲应力（MPa）

（b）剪应力（MPa）

图5.2托架系统应力图（MPa）

由图可知，承载能力极限状态下，托架最大拉应力78.94MPa，最大压应力56.79MPa，均小于钢材的容许应力190MPa，最大剪应力41.39MPa，小于容许剪应力110MPa。

因此，托架强度强度满足要求。

图5.3托架系统变形图（mm）

正常使用极限状态下，托架的变形如图5.3所示。

由图可知，正常使用极限状态下，托架最大竖向变形为0.91mm，小于容许值L/400=1200/400=3.0mm。

因此，托架刚度满足要求。

5.3槽36a分配梁验算

F1分配梁采用槽36a，承载能力极限状态下，槽36a分配梁的弯曲应力和剪应力如图5.4所示。

（a）槽36a分配梁弯曲应力（MPa）

（b）槽36a分配梁剪应力（MPa）

图5.4槽36a分配梁应力图（MPa）

由图可知，承载能力极限状态下，槽36a分配梁最大拉应力94.22MPa，最大压应力112.51MPa，均小于钢材的容许应力190MPa，最大剪应力35.69MPa，小于容许剪应力110MPa。

因此，分配梁强度满足要求。

图5.5槽36a分配梁变形图（mm）

正常使用极限状态下，槽36a分配梁的变形如图5.5所示。

由图可知，正常使用极限状态下，槽36a分配梁的最大竖向变形为1.62mm，小于容许值L/400=800/400=2.0mm。

因此，分配梁刚度满足要求。

5.4工12a分配梁验算

F2分配梁采用工12a，承载能力极限状态下，工12a分配梁的弯曲应力和剪应力如图5.6所示。

（a）工12a分配梁弯曲应力（MPa）

（b）工12a分配梁剪应力（MPa）

图5.6工12a分配梁应力图（MPa）

由图可知，承载能力极限状态下，工12a分配梁最大拉应力143.69MPa，最大压应力107.84MPa，均小于钢材的容许应力190MPa，最大剪应力72.06MPa，小于容许剪应力110MPa。

因此，分配梁强度满足要求。

图5.7工12a分配梁变形图（mm）

正常使用极限状态下，工12a分配梁的变形如图5.7所示。

由图可知，正常使用极限状态下，工12a分配梁的最大竖向变形为1.50mm，小于容许值L/400=750/400=1.875mm。

因此，分配梁刚度满足要求。

5.510×10cm方木验算

盖梁底模、侧模均使用10×10cm方木做背肋，承载能力极限状态下，方木的弯曲应力和剪应力如图5.8所示。

（a）方木弯曲应力（MPa）

（b）方木剪应力（MPa）

图5.810×10cm方木应力图（MPa）

由图可知，承载能力极限状态下，方木最大拉应力11.62MPa，最大压应力0.65MPa，均小于木材的容许应力13.5MPa，最大剪应力1.64MPa，小于容许剪应力2.5MPa。

因此，方木强度满足要求。

图5.910×10cm方木变形图（mm）

正常使用极限状态下，方木的变形如图5.9所示。

由图可知，正常使用极限状态下，方木的最大竖向变形为0.79mm，小于容许值L/400=400/400=1.0mm。

因此，方木刚度满足要求。

5.6托架稳定性计算

采用MIDAS程序的屈曲分析，考虑施工过程中支架自重，盖梁自重以及其他施工机具和人员荷载，对托架系统进行屈曲分析。

计算结果表明，托架系统在施工荷载作用下，最小的失稳系数为7.44，大于容许值4，因此，托架系统具有足够的整体稳定性。

（a）一阶失稳模态

（b）二阶失稳模态

（c）三阶失稳模态

（d）四阶失稳模态

图5.10典型失稳模态（mm）

六、结论

通过本桥施工过程中支架系统的计算，分别就承载能力极限状态和正常使用极限状态两种工况下，对支架各构件的强度和刚度进行验算，得出以下结论（详细计算结果见相关章节）：

（1）托架H45a型钢应力及变形均满足要求；

（2）槽36a分配梁应力和变形均满足要求；

（3）工12a分配梁应力和变形均满足要求；

（4）10×10cm方木应力和变形均满足要求；

（5）托架系统稳定性满足要求。