河运高速现浇箱梁支架承载力验算书.docx
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河运高速现浇箱梁支架承载力验算书
河运高速公路K0+000～K2+500段路基桥涵工程
现浇箱梁施工支架布设方案
及承载力验算书
山西路桥建设集团有限公司河运高速公路
路基桥涵工程第LJZ合同段项目部第一分部
二〇一一年三月
现浇箱梁施工支架布设方案及承载力验算书
一、工程概况：
我合同段共有现浇箱梁973m/4座，其中贺家计枢纽互通主线桥1座，长346m，匝道桥3座，长627m。
4座现浇箱梁桥均跨越候禹高速公路，各桥现浇箱梁高度、宽度、跨径均不相等，各桥的上部构造分别为：
1、贺家庄枢纽主线桥
桥梁起于K1+42.472，终于K1+828.472，中心桩号K5+655.472，桥梁全长346m，桥位处路线平面位于左偏圆曲线内，纵面位于路面纵坡为1.62%、-1.96%的坡段上。
总体布置：
左幅：
3×18+（20+33.168+31.832+30+25）+4×30+25m
右幅：
3×18+（20+29.707+35.293+30+25）+4×30+25m
上部构造：
20m现浇箱梁梁高1.3m，30m现浇箱梁梁高1.7m，等宽区段现浇箱梁采用单箱双室断面；变宽区段内每一联内箱室数保持不变，通过改变箱室宽度适应桥面宽度变化；第三联箱梁采用双箱单室断面。
2、贺家庄枢纽B匝道桥
桥梁起于BK0+542.018，终于BK0+830.518，中心桩号BK0+686.768，桥梁全长287.5m，桥位处路线平面位于直线及缓和曲线内，给面位于路线纵坡为3.25%、-3.794%的坡段上。
总体布置：
5×30+（20+25+2×30+25）m
上部构造：
30m现浇箱梁梁高1.7m，现浇箱梁采用单箱单室断面，每一联内箱室数保持不变，通过改变箱室宽度适应桥面宽度变化。
3、贺家庄枢纽D匝道桥
桥梁起于DK0+469.968，终于DK0+664.468，中心桩号DK0+570.718，桥梁全长186m，桥位处路线平面位于R=200m的左偏圆曲线内，纵面位于路线纵坡为3.262%、-3.99的坡段上。
总体布置：
3×30+3×30m
上部构造：
30m现浇箱梁梁高1.7m，现浇箱梁采用单箱单室断面，每一联内箱室数保持不变，通过改变箱室宽度适应桥面宽度变化。
4、贺家庄枢纽G匝道桥
桥梁起于GK0+994.962，终于GK1+146.962，中心桩号GK1+070.962，桥梁全长152m，桥位处路面平面位于R=160m半径的右偏曲线内，纵面位于路线纵坡为3.99%、-3.65%的坡段上。
总体布置：
（2×18+19.75+17.75）+4×18m
上部构造：
20m现浇箱梁梁高1.3m，现浇箱梁采用单箱双室断面，每一联内箱室数保持不变，通过改变箱室宽度适应桥面宽度变化。
所有现浇箱梁的施工采用相同结构的支架进行布设，由上述各桥情况可知贺家庄枢纽D匝道桥在这四座桥中最具典型性，只要支架的布设及承载力能够满足此桥的施工那么就完全满足其它桥梁工程的施工。
根据梁体施工工艺要求、现场实地勘察情况及跨越现有高速公路施工方案，支架布设采用布架灵活、拆设方便、承载力大的WDJ碗扣式多功能钢管，跨越部分采用钢管支墩加纵梁预留门洞。
现以贺家庄枢纽D匝道桥为例进行支架设计及承载力验算。
贺家庄枢纽D匝道桥现浇箱梁跨径30m，箱梁高1.7m，箱梁底宽6.5m，顶宽10.5m，两侧悬臂长2m，横坡由顶板旋转而成，顶底板横坡同桥面，腹板保持垂直，混凝土为C50。
详见山西省河津至运城高速公路《两阶段施工图设计》第五册第四分册。
二、支架布设方案：
1、跨越位置支架布设
（1）门洞尺寸：
现浇箱梁施工时在现有候禹高速左右幅各预留两个行车门洞，确保施工及现有高速运营车辆安全畅通，预留门洞横向净宽4.5m，净高≥4.5m。
（2）门洞基础：
门洞基础采用C25砼条形基础，双门洞中墩基础宽1.2m，厚60cm，长14m；门洞两侧基础宽60cm，厚60cm，长14m。
（3）门洞支墩：
中支墩采用双排直径20cm管柱搭设，每排7根，顺桥向1m，横桥向2m；边墩采用碗扣支架加一排直径20cm管柱搭设，碗扣支架按0.6m×0.9m布设，管柱横向间距2m，管柱间采用型钢联结，形成整体，上设I20a工字钢作为枕梁。
（4）门洞纵梁及上部支架：
门洞纵梁采用13根长12m的HN400×200热轧H型钢沿桥梁纵向布置，横向间距为90cm，在H型钢上搭设碗扣支架调整高度，立杆按0.9×0.9m布置，步距1.2m，支架顶托上顺桥向布置双排钢管，钢管上横桥向布置10×10cm方木，间距25cm，纵向钢管间距与立杆横向间距一致。
门洞纵梁，枕梁及支架的强度、刚度、稳定性必须要求足够。
2、非跨线区支架布设
在硬化好的基础上搭设WDJ碗扣支架，支架布设分三个区域进行设计。
（1）一般结构区底板立杆按0.9×0.9m布置，步距1.2m。
（2）两端支点区长度为1.5m，渐变段4.5-4.8m，沿桥梁方向两端6-6.5m范围内立杆按0.9×0.6m进行布置，即横向间距0.9m，纵向间距0.6m，步距1.2m。
（3）翼板区，翼板宽2m，立杆按0.9×1.2m进行布置，步距1.2m。
（4）支架外围区，由于桥梁存在有横坡及纵坡，在现浇过程中会产生一定的剪力，所以在支架外围四周设剪刀撑，内部沿桥梁纵向每4排立杆搭设1排横向剪刀撑，横向剪刀撑间距不大于6m。
支架搭设按要求设扫地杆和封顶杆。
3、支架结构要求
（1）支架必须有足够的强度、刚度、稳定性。
（2）支架在承重后期弹性变形控制15mm以内。
（3）支架部分地基的沉降量控制在5mm内，预留门洞支架临时支墩条形基础地基承载力大于300KPa，进跨线区地基承载力≥200KPa。
（4）支架顶面与梁底高差控制在设计规范内，预留门洞支架处预留拱度为1.2cm。
4、支架基础处理
（1）将原地面腐殖土清除30cm，用挖机翻松50cm，分两层进行压实，压实度不小于85%。
（2）从桥梁中心按2%坡度设置横向排水坡。
（3）为防止地表水及雨水侵蚀支架区域地基，在处理后的地基上填筑50cm厚三七灰土封闭层，宽度为14m，外侧设置排水沟，现有高速边坡段，根据支架搭设间距，在边坡上设置台阶，并布设60cm×60cm六棱块作为支架底座。
5、支架预压
考虑梁体自重、地面下沉及支架的弹性和非弹性变形等因素影响，按设计要求对支架进行预压。
预压在支架及底模安装完成后进行，采用砂袋预压，因我合同段箱梁分二次浇筑，第一次浇筑至翼板底部，预压重量按现浇箱梁自重的110%计算，预压时间不小于48小时。
6、施工监测
（1）监测点的设置：
自支架端沿顺桥方向每隔15m为一个监测断面，每个断面设置左、中、右三个监测点，每个断面上监测点的横向间距相同，两侧监测点分别离梁中监测点3.25m，监测点使用铁钉制作，设在底模上。
（2）监测方法：
采用水准仪分别在现浇连续箱梁满堂支架预压前后、钢筋安装后、混凝土浇筑等施工阶段对各监测点位进行观测。
当发现支架沉降或变形超过规定的允许偏差时，要停止当前作业，查明原因并及时采取补救措施，确保施工安全和施工质量。
7、模板结构及支撑体系
（1）外模结构：
外模采用1.22×2.44m，15cm厚竹胶板，直接钉在横桥向方木上，横桥向方木采用10×10cm方木，腹板及翼板面板分别固定在竖向和横向5×10cm方木上，竖向支撑外侧顺桥向布置一条5×10cm方木，并与斜撑顶紧，铺设时从一端赶向另一端，以保证面板表面平整。
（2）内模结构
箱梁内模采用方木作为骨架支撑，竹胶板做面板，骨架采用5×10cm方木，间距0.6m，上下模板间设竖向6根，斜撑4根10×10cm方木，用扒钉固定形成骨架。
三、支架布设受力验算
（一）门洞结构受力验算
1、各构件力学参数
（1）WDJ碗扣支架：
断面面积A=π（D2-d2）/4=3.14*（4.82-4.12）/4=4.89cm2
惯性矩I=π（D4-d4）/64=3.14*（4.84-4.14）/64=12.18cm4
回转半径i=（D2+d2）1/2/4=（4.82-4.12）1/2/4=1.578cm
截面抵抗矩ω=π（R4-r4）/4R=3.14*（2.44-2.054）/（4*2.4）=5.078cm3
钢材弹性模量E=2.1*105MPa；钢材容许应力[σ]=181MPa
（2）HN400*200热轧H型钢：
断面面积A=72.16cm2
惯性矩Ix=20000cm4；Iy=1450cm4
回转半径ix=16.65cm；iy=4.48cm
截面抵抗矩ωx=1010cm3；ωy=145cm3
钢材弹性模量E=2.1*105MPa；钢材容许应力[σ]=181MPa
（3）I20a热轧普通工字钢：
断面面积A=35.55cm2
惯性矩Ix=2369cm4；Iy=157.9cm4
回转半径ix=8.16cm；iy=2.11cm
截面抵抗矩ωx=236.9cm3；ωy=31.6cm3
钢材弹性模量E=2.1*105MPa；钢材容许应力[σ]=181MPa
（4）方木：
方木弹性模量E=9.0*103MPa；方木容许应力[σ]=10MPa
（5）直径20cm钢管柱：
断面面积A=π（D2-d2）/4=3.14*（202-192）/4=30.63cm2
惯性矩I=π（D4-d4）/64=3.14*（204-194）/64=1456.8cm4
回转半径i=（D2+d2）1/2/4=（202-192）1/2/4=6.896cm
截面抵抗矩ω=π（R4-r4）/4R=3.14*（104-9.54）/（4*10）=145cm3
钢材弹性模量E=2.1*105MPa；钢材容许应力[σ]=181MPa
2、门洞结构荷载计算（取顺桥向单位长度内荷载进行验算）
（1）钢筋混凝土梁重：
（钢筋混凝土按26KN/m3计算）
q钢筋砼=S钢筋砼*γ钢筋砼=6.789*26=176.748KN/m
（2）模板重：
（模板按5.37KN/m3计算）
q模板=S模板*γ模板=0.015*12*5.37=0.967KN/m
（3）横向方木重：
（方木按8.33KN/m3计算）
q方木=S方木*γ方木/0.25=（0.1*0.1*9）*8.33/0.25=2.998KN/m
纵向钢管重：
（钢管按3.85KN/m3计算）
q钢管=S钢管*γ钢管/0.9=2*13*3.85*0.9=1.112KN/m
（4）门洞纵梁上钢管：
（按高度3.6m，间距0.9*0.9布置，1.2m立杆按5.12kg，1.2m横杆按5.12kg，0.9m横杆按3.97kg，0.6m横杆按2.82kg进行计算）
q钢管=1/0.9*（W立杆+W横杆）=（3*13*5.12+3*4*5.12+3*8*3.97+3*13*3.97）/0.9=5.68KN/m
（5）人员机械重：
q人员机械=1.0*12=12KN/m
（6）振捣砼产生的荷载：
q振捣=2.0*12=24KN/m
（7）倾倒砼时产生的水平荷载：
q倾倒砼=3.0*12=36KN/m
（8）HN400*200热轧H型钢自重：
（钢材按78.52KN/m计算）
qH型钢=13SH型钢*γH型钢=13*72.16*10-4*78.5=7.36KN/m
（9）I20a普通工字钢自重：
（钢材按78.52KN/m计算）
q20a工字钢=S20a工字钢*γ20a工字钢/0.5=13*35.55*10-4*78.5/0.5=7.255KN/m
3、纵梁HN400*200热轧H型钢强度及刚度验算
纵梁按简支梁均匀分布计算，根据门洞的长度，考虑跨线桥与候禹高速公路夹角，每跨计算长度取L=7m。
（1）强度验算：
荷载计算：
q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q钢管+q人员机械+q倾倒砼+qH型钢=266.869KN/m
最大弯矩：
Mmax=1/8*q总*L2=0.125*266.869*72=1634.52KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/Wx=1634.52*103/（13*1010.05*10-6）
=124.478MPa＜[σ]=181MPa（强度符合要求）
（2）安全系数验算：
K=[σ]/σmax=181/124.487=1.454＞1.3（安全系数满足要求）
（3）刚度验算：
Wmax=5q总L4/（384EI）=5*266.87*103*74/（13*384*2.1*1011*20000*10-8）=15.3＜L/400=17.5mm（刚度满足要求）
4、门洞顶、模板底横向方木强度及刚度验算
横桥向方木采用100*100mm方木，间距25cm，横向方木置于纵向双根钢管之上，验算时按连续梁计算，计算跨度取L=0.9m。
（1）强度验算：
荷载计算：
q总=（q钢筋砼+q模板+q方木+q人员机械+q振捣+q倾倒砼）/12*0.25=5.265KN/m
最大弯矩：
Mmax=1/10*q总*L2=1/10*5.265*0.92=0.426KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/Wx=0.426*103/（0.1*0.12/6）
=2.56MPa＜[σ]=10MPa（强度符合要求）
（2）刚度验算：
Wmax=q总L4/（150EI）=5.26*103*0.94/（150*9*109*（0.1*0.13）/12）=0.307＜L/400=2.25mm（刚度满足要求）
5、门洞支架上纵向钢管强度及刚度验算
纵桥向钢管采用双根直径4.8cm钢管并排放置，横桥向间距0.9m，验算时按连续梁计算，计算跨度取L=0.9m。
（1）强度验算：
荷载计算：
q总=（q钢筋砼+q模板+q方木+q人员机械+q振捣+q倾倒砼）/12*0.9=19.037KN/m
最大弯矩：
Mmax=1/10*q总*L2=1/10*19.037*0.92=1.542KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/Wx=1.542*103/（2*5.078*103）
=151.8MPa＜[σ]=181MPa（强度符合要求）
（2）刚度验算：
Wmax=q总L4/（150EI）=19.037*103*0.94/（2*150*2.1*1011*1.218*10-7）=1.63＜L/400=3mm（刚度满足要求）
6、门洞纵梁顶立杆强度及稳定性验算
立杆按0.9*0.9m布置，即立杆横向间距0.9m，纵向间距0.9m，步距1.2m。
（1）强度验算：
荷载计算：
q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q人员机械+q振捣+q倾倒砼+q钢管=259.505KN/m
单根立杆所受的力为：
N=0.9q总/13=0.9*259.505/13=17.966KN＜立杆轴心受压构件纵向弯曲系数33.62KN
立杆轴心受压应力计算：
σ=N/A=17.966*103/（4.89*102）=36.7MPa≤[σ]=181MPa（强度符合要求）
（2）安全系数验算：
K=[σ]/σmax=181/36.7=4.931＞1.3（安全系数满足要求）
（3）立杆稳定性验算：
立杆两端约束按铰接考虑，立杆长度取1.2m。
λ=h/i=120/1.58=75.95
由《路桥施工计算手册》由线性内差的稳定系数Ф=0.676
σ=N/（Ф*A）=17.966*103/（0.676*4.89*10-4）
=54.35MPa＜[σ]=181MPa（立杆稳定性符合要求）
7、支墩立杆顶枕梁I20a热轧普通工字钢强度及刚度验算：
支墩枕梁采用I20a工字钢，中支墩设2排，边支墩设1排，每排支墩放置1根长13m工字钢。
在中间的支墩处所受力最大，取中间的支墩进行验算，验算时按连续梁计算，计算跨度取2m。
（1）强度验算：
支墩立杆顶枕梁承受由纵梁传递的上部荷载及自重，纵梁传递的力以纵梁中间支墩处的剪力进行计算，支墩立杆顶枕梁按跨中集中荷载这一最不利情况进行验算。
由纵梁传递的集中荷载：
P=266.869*6=1601.2KN
作用在枕梁上的均布荷载为q=1601.2/12=133.43KN/m
最大弯矩：
Mmax=1/10*q总*L2=53.37KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/Wx=53.37*103/（2*236.9*10-6）
=112.7MPa＜[σ]=181MPa（强度符合要求）
（2）安全系数：
K=[σ]/σmax=181/112.7=1.61＞1.3（安全系数满足要求）
（3）刚度验算：
Wmax=5q总L4/（384EI）
=5*133.43*103*24/（2*384*2.1*1011*2369*10-8）
=2.7＜L/400=3mm（刚度满足要求）
8、门洞支墩验算：
门洞支墩采用WDJ碗扣支架加钢管柱搭设，中支墩设两排直径20cm钢管柱，每排7根，间距2m,边支墩设一排直径20cm钢管柱，间距2m，外加碗扣支架。
1）、中支墩验算
立杆强度及稳定性验算：
（1）支墩立杆强度验算：
荷载计算：
W自重=14*0.24*3.5/1=11.76KN/m
N=q+W自重=266.869*6+11.76*1=1612.974KN
立杆轴心受压应力计算：
σ=N/A=1612.974*103/（14*3.063*10-3）
=37.6MPa＜[σ]=181MPa（立杆强度符合要求）
（2）安全系数验算：
K=[σ]/σmax=181/37.6=4.81＞1.3（安全系数满足要求）
（3）立杆稳定性验算：
立杆两端约束按铰接考虑，立杆长度取1.2m。
λ=h/i=120/6.896=17.4
由《路桥施工计算手册》由线性内差的稳定系数Ф=0.9
σ=N/（Ф*A）=1612.97*103/（14*0.9*3.063*10-3）
=41.8MPa＜[σ]=181MPa（立杆稳定性符合要求）
2）、边支墩验算
边支墩与中支墩相比，中支墩两排管柱，边支墩一排管柱，上部荷载为中支墩1/2，所以中支墩能满足要求，边支墩亦能满足。
9、支墩基础承载力验算
门洞支墩基础采用C25混凝土条形基础，基础宽120cm，厚60cm，长14m。
基础应力为：
σ=N/A=1612.974*103/（1.2*14）
=96KPa＜[σ]=300KPa（支墩基础满足地基承载力要求）
（2）安全系数验算：
K=[σ]/σmax=300/96=3.125＞1.3（安全系数满足要求）
结论：
通过对门洞结构上述结构验算，门洞结构强度、刚度及稳定性满足要求。
四、非跨线区支架验算
1、中横梁截面支架结构验算，计算高度按9m计算。
1）、荷载计算：
（1）钢筋混凝土梁重：
（钢筋混凝土按26KN/m3计算）
q钢筋砼=S钢筋砼*γ钢筋砼=13.347*26=347.022KN/m
（2）模板重：
（模板按5.37KN/m3计算）
q模板=S模板*γ模板=0.015*12*5.37=0.967KN/m
（3）横向方木重：
（方木按8.33KN/m3计算）
q方木=V方木*γ方木/0.25=（0.1*0.1*9）*8.33/0.25=2.998KN/m
纵向钢管重：
（钢管按3.85KN/m3计算）
q钢管=S钢管*γ钢管/0.9=2*13*3.85*0.9=1.112KN/m
（4）支架钢管：
（按高度9m）
q钢管=1/0.9*（W立杆+W横杆）=（7*13*5.12+7*4*5.12+7*8*3.97+7*13*5.12）/0.9=5.68KN/m
（5）人员机械重：
q人员机械=1.0*12=12KN/m
（6）振捣砼产生的荷载：
q振捣=2.0*12=24KN/m
（7）倾倒砼时产生的水平荷载：
q倾倒砼=3.0*12=36KN/m
q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q钢管+q人员机械+q振捣+q倾倒砼=437.407KN/m
平均单根立杆受力为：
N=0.6q总/12=21.87KN
2）、立杆强度及稳定性验算：
（1）强度验算：
σ=N/A=21.87*103/（4.89*102）
=44.72MPa＜[σ]=181MPa（强度符合要求）
（2）安全系数验算：
K=[σ]/σmax=181/44.72=4.05＞1.3（安全系数满足要求）
（3）立杆稳定性验算：
立杆两端约束按铰接考虑，立杆长度取1.2m。
λ=h/i=120/1.58=75.95
由《路桥施工计算手册》由线性内差的稳定系数Ф=0.676
σ=N/（Ф*A）=21.87*103/（0.676*4.78*102）
=66.43MPa＜[σ]=181MPa（立杆稳定性符合要求）
3）、横杆强度验算：
荷载计算：
W人员机械=0.9*0.9*1.0=0.81KN
W自重=0.9*γ0.9m钢管=0.036KN
P=W人员机械+W自重=0.81+0.036=0.846KN
最大弯矩：
Mmax=1/4*P*L=0.19KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/W=0.19*103/（5.078*10-6）
=37.4MPa＜[σ]=181MPa（横杆强度符合要求）
4）、横向方木验算：
横向方木采用100*100mm方木，间距25cm，置于纵向钢管上，计算跨度取0.9m。
（1）强度验算：
荷载计算：
q总=（q钢筋砼+q模板+q方木+q人员机械+q振捣+q倾倒砼）*0.25/12=5.265KN/m
最大弯矩：
Mmax=1/10*q总*L2=1/10*5.265*0.92=0.426KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/Wx=0.426*103/（0.1*0.12/6）
=2.556MPa＜[σ]=10MPa（强度符合要求）
（2）刚度验算：
Wmax=q总L4/（150EI）=5.65*103*0.94/（150*9*109*（0.1*0.13）/12）
=0.307mm＜L/400=2.25mm（刚度满足要求）
5）、纵向钢管强度及刚度验算
纵桥向钢管采用双根直径4.8cm钢管并排放置，间距0.9m，验算时按连续梁计算，计算跨度取L=0.9m。
（1）强度验算：
荷载计算：
q总=（q钢筋砼+q模板+q方木+q人员机械+q振捣+q倾倒砼）*0.9/12=19.037KN/m
最大弯矩：
Mmax=1/10*q总*L2=1/10*19.037*0.92=1.542KN·m
最大应力：
σmax=Mmax/Wx=1.542*103/（5.078*106*2）
=151.83MPa＜[σ]=10MPa（强度符合要求）
（2）刚度验算：
Wmax=q总L4/（150EI）=19.037*103*0.94/（2*150*2.1*1011*5.078*106）
=1.63mm＜L/400=3mm（刚度满足要求）
2、一般截面支架结构验算
荷载计算：
（1）钢筋混凝土梁重：
（钢筋混凝土按26KN/m3计算）
q钢筋砼=S钢筋砼*γ钢筋砼=6.798*26=176.748KN/m
（2）模板重：
（模板按5.37KN/m3计算）
q模板=S模板*γ模板=0.015*12*5.37=0.967KN/m
（3）横向方木重：
（方木按8.33KN/m3计算）
q方木=V方木*γ方木/0.25=（0.1*0.1*9）*8.33/0.25=2.998KN/m
纵向钢管重：
（钢管按3.85KN/m3计算）
q钢管=S钢管*γ钢管/0.9=2*13*3.85*0.9=1.112KN/m
（4）支架钢管：
（按高度9m）
q钢管=1/0.9*（W立杆+W横杆）=（7*13*5.12+7*4*5.12+7*8*3.97+7*13*5.12）/0.9=14.42KN/m
（5）人员机
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