跨312县道连续箱梁设计计算书1221.docx
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跨312县道连续箱梁设计计算书1221
新建大同至西安铁路客运专线站前-13标
渭洛河特大桥
DK761+607.79处连续梁现浇支架检算书
中交二公局大西铁路工程指挥部渭洛河特大桥项目部
二〇一〇年十二月二十日
(31+48+31)m连续箱梁现浇支架检算书
一、计算依据
1、《渭洛河特大桥DK757+850.44~DK804+549.62段连续梁部分》大西运西施桥-09
2、《(32+48+32)m连续箱梁参考图》(满堂支架现浇法施工)大西运西施桥参15
3、《路桥施工计算手册》
4、《混凝土设计规范》
5、《钢结构设计规范》
6、《铁路桥涵地基和基础设计规范》
7、《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》
8、《中华人民共和国建筑工业行业标准》(竹胶合板模板JC/T3026—1995)
9、《钢管满堂支架预压技术规程》(JGJT194-2009)
二、箱梁主要结构尺寸
梁体采用单箱单室截面,箱梁截面中心梁高3.334m,顶宽12.0m,底宽5.4m,两侧悬臂长2.65m。
箱梁顶板厚度0.3~0.45m,悬臂根部厚度为0.65m,底板厚0.3~0.65m,腹板厚0.5~1.1m。
全联在各墩顶均设置横隔梁,其中边墩墩顶横隔梁厚1.3m;主墩顶横隔梁厚1.5m;边墩墩顶设横隔梁设(1.5×1.2)m过人洞,供检查人员通过。
图1箱梁边跨立面图
图2箱梁边跨1/2平面图
图3箱梁中支点截面
图4箱梁跨中截面
二、计算说明
箱梁施工分块段浇筑,计算时暂时按一次浇注计算。
模板采用木模,面板为1.5cm竹胶板,背肋采用10×10cm方木。
分配梁采用10槽钢,采用碗扣件支架支撑分配梁,在道路正上方碗扣件支架支于排架工字钢上面,再通过立柱将荷载传递与地基上;其余地方碗扣件支架直接支于处理后的地基上。
三、使用材料及其参数
3.1、普通材料单位重及其性能
材料名称
规格型号
单位重(KN/m3)
弹性模量(MPa)
强度设计值(N/mm2)
结构部位
抗弯fm
抗拉ft
抗压fc
抗剪fv
竹胶板
δ1.5cm
10
6.5×103
20
\
\
\
模板
方木
10x10cm
5
9×103
11
7.5
10
1.4
模板
钢材
Q235
78.5
2.1×105
145
145
145
85
模板、支架
计算结构为临时钢结构,钢材的容许应力提高系数取1.25,木材顺纹容许应力提高系数取1.15。
32、碗扣支架设计荷载
3.2.1立杆设计荷载
立杆设计荷载
横杆步距(m)
0.6
1.2
1.8
2.4
设计荷载(KN/根)
40
30
25
20
3.2.2各杆件自重
名称
型号
规格(mm)
理论重量(kg)
立
杆
LG-120
ф48×3.5×1200
7.41
LG-240
ф48×3.5×2400
14.02
LG-300
ф48×3.5×3000
17.31
横
杆
HG-30
ф48×3.5×300
1.67
HG-60
ф48×3.5×600
2.82
HG-90
ф48×3.5×900
3.97
HG-120
ф48×3.5×1200
5.12
3.2.3扣件抗滑移承载力:
[Qc]=8.0KN
3.2.4碗扣支架物理特性
钢材的强度和弹性模量(N/mm2)
P235A钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值
205
弹性模量
2.05×105
3.2.5碗扣支架钢管截面特性
钢管截面特性
外径
F(mm)
壁厚
t(mm)
截面积
A(cm2)
截面惯性矩
I(cm4)
截面模量
W(cm3)
回转半径
i(cm)
48
3.5
4.89
12.19
5.08
1.58
3.3现场实测地基承载力为:
140KPa。
四、各类施工荷载
本计算中门式支架按容许应力计算。
4.1、钢筋混凝土容重γ:
26KN/m3;
4.2、施工人员、施工料具运输、堆放q1:
计算模板、分配梁时采用2.5KN/m2;
计算主梁时采用1.5KN/m2;
计算立柱、柱顶横梁时采用1.0KN/m2;
4.3、混凝土振捣产生荷载q2:
对水平模板取2.0KN/m2;
对垂直模板取4.0KN/m2;
4.4、倾倒混凝土时对模板的荷载q3:
2.0KN/m2;
4.5、侧模施工荷载(腹板)
混凝土压力:
砼浇筑速度取ν=2.0m/h(考虑斜向分段控制),外加剂影响修正系数κ=1.2,混凝土入模温度取15℃,根据《路桥施工计算手册》得:
h=1.53+3.8ν/T=1.53+3.8×2.0/15=2.04m
pm=κ×γ×h=1.2×26×2.04=63.54KN/m2。
考虑施工活载载影响后的单位面积上的侧模施工荷载:
qc=pm+q2+q3=63.54+4.0+2.0=69.5KN/m2。
(计算模板和拉杆时使用的荷载)
4.6、承重模板荷载
qz=γ×h+q1+q2=26×h+2.5+2.0+2.0=26h+6.5(计算模板时使用荷载)
qz=γ×h+q1(计算模板以外结构使用荷载)
4.7、风荷载
查建筑结构荷载规范得渭南市重现期为50年的风压值W0为:
0.35KN/m2。
则有:
Wk=0.7μz·μs·Wo
式中:
Wk——风荷载标准值(kN/m2);
μz——风压高度变化系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定采用,取1.0;
μs——风荷载体型系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定的竖直面取0.8;
即碗扣支架风荷载为Wk=0.7μz·μs·Wo=0.7×1.0×0.8×0.35=0.196KN/m2。
4.8、荷载分项系数(碗扣支架)
1)计算模板支撑架构件强度时的荷载设计值,取其标准值乘以下列相应的分项系数:
(1)永久荷载的分项系数,取1.2;计算结构倾覆稳定时,取0.9。
(2)可变荷载的分项系数,取1.4。
2)计算构件变形(挠度)时的荷载设计值,各类荷载分项系数,均取1.0。
4.9、荷载组合效应
1)立杆稳定计算:
永久荷载+0.9(可变荷载+风荷载)
2)斜杆强度和连接扣件(抗滑)强度计算:
风荷载
4.10、本支架验算采用手算和midas有限元分析软件电算相结合。
五、模板检算
5.1侧模
5.1.1面板验算
侧模采用15mm竹胶板作为面板,木背肋间距为210mm,取1m单位宽度按3跨连续梁计算。
fm=M/W=ql2/(10*b*h2/6)=6×69.65×2102/(10×1000×152)=8.19MPa<[fm]=20MPa。
w=ql4/(150*EI)=12×69.65×2504/(150×6500×1000×153)=0.49mm<210/400=0.525mm。
面板强度和刚度满足要求。
5.1.2木背肋验算
木背肋截面抗弯抵抗矩为:
W木=100×1002/6=166666.67mm3;截面惯性矩为:
I木=100×1003/12=8333333.33mm3。
0.21m模板上承受的混凝土浇筑单位荷载为:
q=69.65×0.21=14.63KN/m,模板钢背楞间距为900mm。
按3跨连续梁计算有:
fm=M/W=ql2/(10*W木)=14.63×9002/(10×166666.67)=7.09MPa<1.15[fm]=12.65MPa。
w=ql4/(150*EI木)=14.63×9004/(150×9000×8333333.33)=0.85mm<900/400=2.25mm。
木背肋强度和刚度满足要求,安全系数为1.78。
5.1.3钢背楞验算
钢背楞采用双10槽钢,截面抗弯抵抗矩为:
W钢=79320mm3;截面惯性矩为:
I钢=3966000mm3。
1.0m模板上承受的混凝土浇筑单位荷载为:
q=69.65×0.9=62.69KN/m,拉杆间距为1100mm。
按3跨连续梁计算有:
fm=M/W=ql2/(10*W钢)=62.69×11002/(10×79320)=95.63MPa<1.25[fm]=181MPa。
w=ql4/(150*EI钢)=62.69×11004/(150×2.1×105×3966000)=0.73mm<1100/400=2.75mm。
钢背楞刚度和强度满足要求,安全系数为1.89。
5.1.4拉杆直径计算
由上面计算得q=62.69KN/m,按多跨连续梁计算得拉杆的最大支反力F=1.1ql=1.1×62.69×1.10=75.85KN。
则拉杆直径为:
√(4F/[fm]/π)=√(4×82.75×103/215/π)=20.9mm,取φ25钢筋作为拉杆。
5.2底模
5.2.1底模施工荷载
腹板范围的竖向单位线荷载为:
q腹=26×3.25+6.5=91KN/m
空腹范围的竖向线单位线荷载为:
q端=26×1.1+6.5=35.1KN/m(梁端截面)
q中=26×0.6+6.5=22.1KN/m(跨中截面)
5.2.2面板验算
底模面板采用厚度为15mm厚的竹胶板作为面板,支点腹板范围背肋间距按190mm布置,底板范围背肋间距按260mm布置;跨中腹板范围背肋间距按190mm布置,底板范围背肋间距按310mm布置,取1m宽面板按3跨连续梁计算。
按3跨连续梁计算有:
腹板:
fm=M/W=qfl2/(10*b*h2/6)=6×91×1602/(10×1000×152)=8.76MPa<[fm]=20MPa。
w=qfl4/(150*EI)=12×91×1604/(150×6500×1000×153)
=0.43mm<190/400=0.475mm。
支点处底板:
fm=M/W=qdl2/(10*b*h2/6)=6×35.1×2602/(10×1000×152)=6.33MPa<[fm]=20MPa。
w=qdl4/(150*EI)=12×35.1×2604/(150×6500×1000×153)=0.58mm<260/400=0.65mm。
跨中底板:
fm=M/W=qdl2/(10*b*h2/6)=6×22.1×3102/(10×1000×152)=5.66MPa<[fm]=20MPa。
w=qdl4/(150*EI)=12×22.1×3104/(150×6500×1000×153)=0.74mm<310/400=0.775mm。
面板强度和刚度满足要求。
5.2.3木背肋验算
木背肋截面抗弯抵抗矩为:
W木=100×1002/6=166666.67mm3;截面惯性矩为:
I木=100×1003/12=8333333.33mm3。
底模分配梁间距均为0.9m。
底模作用于方木背肋的最大单位荷载为:
q=91×0.19=17.29KN/m。
按3跨连续梁计算有:
fm=M/W=ql2/(10*W木)=17.29×9002/(10×166666.67)=8.40MPa<1.15[fm]=12.65MPa。
w=ql4/(150*EI木)=17.29×9004/(150×9000×8333333.33)=1.0mm<900/400=2.25mm。
木背肋强度和刚度满足要求,安全系数为1.51。
5.3顶板模
5.3.1顶板施工荷载
顶板厚度为0.4m,根据公式得顶板面分布荷载为:
q=26×0.3+6.5=14.3KN/m2;
5.3.2面板检算
顶板模面板采用15mm竹胶板作为面板,木背肋间距为360cm,取1m单位宽度按3跨连续梁计算。
fm=M/W=ql2/(10*b*h2/6)=6×14.3×3602/(10×1000×152)=4.94MPa<[fm]=20MPa。
w=ql4/(150*EI)=12×14.3×3604/(150×6500×1000×153)=0.88mm<360/400=0.9mm。
面板强度和刚度满足要求。
5.3.3木背肋检算
木背肋截面抗弯抵抗矩为:
W木=100×1002/6=166666.67mm3;截面惯性矩为:
I木=100×1003/12=8333333.33mm3。
木背肋上的线单位荷载为:
q=14.3×0.36=5.15KN/m,内模分配梁间距为1200mm。
按3跨连续梁计算有:
fm=M/W=ql2/(10*W木)=5.15×12002/(10×166666.67)=4.45MPa<1.15[fm]=12.65MPa。
w=ql4/(150*EI木)=5.15×12004/(150×9000×8333333.33)=0.95mm<1200/400=3mm。
木背肋强度和刚度满足要求,安全系数为2.84。
5.4翼缘板模
5.4.1翼缘板施工荷载
翼缘板最大厚度为根部厚度0.65m,根据公式得顶板面分布荷载为:
q=26×0.65+6.5=23.4KN/m2;
5.4.2面板检算
翼缘板模面板采用15mm竹胶板作为面板,木背肋间距为300cm,取1m单位宽度按3跨连续梁计算。
fm=M/W=ql2/(10*b*h2/6)=6×23.4×3002/(10×1000×152)=5.62MPa<[fm]=20MPa。
w=ql4/(150*EI)=12×23.4×3004/(150×6500×1000×153)=0.69mm<300/400=0.75mm。
面板强度和刚度满足要求。
5.4.3木背肋检算
木背肋截面抗弯抵抗矩为:
W木=100×1002/6=166666.67mm3;截面惯性矩为:
I木=100×1003/12=8333333.33mm3。
木背肋上的线单位荷载为:
q=23.4×0.30=7.02KN/m,翼缘板模分配梁间距为1200mm。
按3跨连续梁计算有:
fm=M/W=ql2/(10*W木)=7.02×12002/(10×166666.67)=6.07MPa<1.15[fm]=12.65MPa。
w=ql4/(150*EI木)=7.02×12004/(150×9000×8333333.33)=1.13mm<1200/400=3mm。
木背肋强度和刚度满足要求,安全系数为2.08。
六、模板分配梁计算
作用于模板分配梁上的新浇筑混凝土自重标注值为:
q=26×h+2.5;木模系统水平自重标准值取0.3KN/m2。
6.1、梁底分配梁
碗扣支架立杆在横桥向的布置为:
2×0.3m+0.9m+2×1.2m+0.9m+2×0.3m;底模分配梁纵向间距均为0.9m。
则有作用于底模分配梁上的施工荷载为:
qf=(26×3.25+2.5+0.3)×0.9=78.57KN/m;
qd=(26×0.6+2.5+0.3+0.8)×0.9=17.28KN/m;
分配梁采用8槽钢,截面抵抗矩Wy=25325mm3;截面惯性矩为:
Iy=1013000mm3,按3跨梁续梁计算得:
腹板处:
fm=M/W=ql2/(10*Wy)=78.57×3002/(10×25325)=27.92MPa<1.25[fm]=181MPa。
w=ql4/(150*EIy)=78.57×3004/(150×210000×1013000)=0.02mm<300/400=0.75mm。
底板处:
fm=M/W=ql2/(10*Wy)=17.28×12002/(10×25325)=98.26MPa<1.25[fm]=181MPa。
w=ql4/(150*EIy)=17.28×12004/(150×210000×1013000)=1.12mm<900/400=2.25mm。
分配梁强度和刚度满足要求,安全系数为1.84。
6.2、顶板分配梁
顶板分配梁采用10cm×10cm方木,截面抵抗矩Wx=166667mm3;截面惯性矩为:
Ix=8333333mm3;分配梁间距为0.9m,则分配梁上作用的线分布荷载为q=(26×0.3+2.5+0.3)×0.9=9.54KN/m,按3跨梁续梁计算得:
fm=M/W=ql2/(10*Wx)=9.54×12002/(10×166667)=8.24MPa<1.15fm]=12.65MPa。
w=ql4/(150*EIx)=9.54×12004/(150×9000×8333333)=1.76mm<1200/400=3mm。
分配梁强度和刚度满足要求,安全系数为1.54。
6.3、翼缘板分配梁
翼缘板分配梁采用8槽钢,槽钢腹板竖直放置,截面抵抗矩Wx=25325mm3;截面惯性矩为:
Ix=1013000mm3;分配梁间距为0.9m,则分配梁上作用的线分布荷载为q=(26×0.65+2.5+0.3)×0.9=17.73KN/m,按3跨梁续梁计算得:
fm=M/W=ql2/(10*Wx)=17.73×12002/(10×25325)=100.8MPa<1.25[fm]=181MPa。
w=ql4/(150*EIx)=17.73×12004/(150×210000×1013000)=1.15mm<1200/400=3mm。
分配梁强度和刚度满足要求,安全系数为1.8。
七、碗扣支架检算
本方案碗扣支架在腹板范围立杆按0.3m×0.9m布置,横杆步距为0.6m,;底板立杆按0.9m×1.2m布置,横杆步距为1.2m;顶板立杆按0.9m×1.2m布置,横杆步距为1.2m;翼缘板立杆按1.2m×1.2m布置,横杆步距为1.2m。
顺桥向每3m布设横桥向通长斜杆一道,斜杆采用普通钢管与旋转扣件组成,扣件抗滑移承载力Rc=8.0KN。
7.1、碗扣支架计算荷载
根据《路桥施工手册》得作用于碗扣支架的永久荷载为:
q=26×h+0.3
其中:
h——混凝土高度,单位m
h1——碗扣支架高度,单位m
0.3——木模系统自重标准值,单位KN/m2
7.2、强度检算
根据支架纵向搭设间距取0.9m长梁段进行支架立杆反力分析,则:
腹板上最大单位荷载q1:
N=1.2×q+1.4×(2.0+1.0)=1.2×(26×3.25+0.3)+1.4×(2.0+1.0)=105.96KN/m2
0.9N=95.36KN/m
(注:
由于Midas软件斜截面的加载特殊性,施加于斜腹板上的竖向荷载乘系数0.65/2.68,0.65为斜腹板横桥向宽度,2.68为斜腹板斜长)
底板上单位荷载q2:
N=1.2×q+1.4×(2.0+1.0)=1.2×(26×0.6+0.3)+1.4×(2.0+1.0)=23.28KN/m2
0.9N=20.95KN/m
立杆轴向承载力满足要求。
翼缘板上单位荷载q3:
根部:
N=1.2×q+1.4×(2.0+1.0)=1.2×(26×0.65+0.3)+1.4×(2.0+1.0)=24.84KN/m2
0.9N=22.36KN/m
端部:
N=1.2×q+1.4×(2.0+1.0)=1.2×(26×0.284+0.3)+1.4×(2.0+1.0)=13.42KN/m2
0.9N=12.08KN/m
对支架进行平面建模计算结果如下:
由上面计算结果得知腹板上立杆最大轴力为N=36.6KN<[N0.6]=40KN,腹板立杆强度满足要求;底板、翼缘板范围立杆最大轴力为25.6KN<[N1.2]=30KN,底板、翼缘板范围立杆强度满足要求。
7.3、斜杆承载力及扣件抗滑移承载力检算
由上面计算可知风荷载值为0.19KN/m2,只对横桥向风荷载进行检算,斜杆每3.6m设置1道,每道设3根:
跨中截面支架高度H=7.5m,W1=WK×(3.05×3.6+(0.6×6+3.6)×0.048)=2.2KN,W2=WK×(1.2×6+3.6)×0.048=0.10KN,支架斜杆计算简图如下:
图6跨中截面支架稳定性计算简图
风荷载在斜杆中产生的最大内力为:
Q=∑WS=(2.2+0.1×5)×√(4.82+4.22)/4.2=4.10KN<[Qc]=8KN;
斜杆承载力及扣件抗滑移承载力满足要求。
7.4、稳定性检算
从前面计算可知,立杆轴力最大的位置为箱梁处腹板范围。
则有立杆长细比λ=l/i=1200/15.8=76,查《P235A钢管轴心受压构件的稳定系数》表得立杆轴心受压杆件稳定系数φ=0.744,则有:
[N]=φ*A*f=0.744×489×205=74.58KN
立杆的最大轴力为:
1.2×(26×3.25+0.4×10.5+0.3)×0.3×0.9+0.9×(1.4×(1.0+2.0)×0.3×0.9+3.5)
=33.01KN<[N]=74.58KN翼缘板根部立杆稳定性满足要求,安全系数2.26。
7.5、碗扣支架地基承载力检算
地基处理为先铲除地面植被的松散土,换填3:
7灰土0.5m深,灰土碾压压实度要求大于93%以上,灰土换填前,灰土底层原土必须振动碾压不少于6遍,现场实测地基承载力为140MPa,经振动压路机碾压6遍后的地基承载力为180KPa,换填后的地基承载力达250KPa;然后在灰土顶层浇筑15cm厚C20混凝土,钢管立柱通过15cm×15cm的调低座支于混凝土上。
由上面计算得单肢立杆最大轴力为36.6KN,考虑混凝土扩散角得作用于灰土上的压力值为:
P=36.6×103/(150+150×2)2=0.181MPa=181KPa<250KPa。
考虑灰土的扩散角为28°,得作用于地基上的压力值为:
P=36.6×103/(150+150×2+50×tan28°×2)2=145KPa<180KPa。
地基承载力按方案处理满足要求。
八、门式支架检算
门式支架立柱采用Ф600×8焊管,柱顶横梁采用双32a工字钢,纵梁采用I40a。
8.1、荷载计算
跨312县道支架顶部梁体高度为3.25m,支架顶部碗扣支架高度底板按1.5m、翼缘板按4.25m算,其横桥向布置形式同满堂碗扣支架,纵梁为两跨连续梁,单跨跨度为6.61m,则:
腹板上单位荷载:
q1=26×3.25+0.4×1.5+0.3+1.5=86.9KN/m2
底板上单位荷载:
q2=26×(0.3+0.3)+0.1×1.5+0.3+1.5=17.55KN/m2
翼缘板上单位荷载为:
q3=26×0.65+0.1×4.25+0.3+1.5=19.125KN/m2(根部)
q3‘=26×0.284+0.1×4.25+0.3+1.5=9.609KN/m2(端部)
8.2、纵梁检算
纵梁采用I40a,除了腹板范围采用双工字钢布置外,其余范围均采用单根布置,40a工字钢截面抵抗矩为Wx=1085000mm3,截面惯性矩为Ix=217000000mm4,d=10.5mm,SX=631200mm3;取最大线单位荷载计算,计算简图如下:
图9纵梁计算简图
选0.9m长梁段对梁底分配梁钢管支架反力进行分析(腹板上竖向荷载乘系数0.65/2.68),得各钢管立柱轴力如下图所示:
由上图知,最不利情况出在底板中间一根纵梁,其每米最大荷载为18.8/0.9=20.9KN/m;取此值对纵梁进行检算。
弯矩应力检算:
fmmax=0.125ql2/Wx=0.125×20.9×6.612×106/1085000=1