拱肋支架计算书最终版.docx

拱肋支架计算书最终版.docx

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拱肋支架计算书最终版

计

算

书

1、工程概况

***大桥现浇拱肋支架，采用梁柱式贝雷支架进行施工，其中，第3跨长度为52.12m，宽度为6m。

拱架自下而上为为C20条形基础、φ529φ720钢管桩、I40b双拼工字钢横梁、4*2*321贝雷纵梁、20*7.5槽钢分配横梁、碗扣支撑架、1.5cm厚竹胶板。

2、验算项目

1）竹胶板受力验算；

2）底模横向方木验算

3）底模纵向工字钢验算

4）贝雷片验算

5）工字钢横梁验算

6）钢管支墩验算

7）碗扣支架验算

8）地基承载力验算

9）支架整体稳定计算

3、设计依据

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

《装配式公路钢桥多用途使用手册》（人民交通出版社）

《公路工程技术标准》（JTGB012003）

《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）

等规范中的相关规定。

4、计算理论及方法

本计算主要依据《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金，刘陌生著.北京：

人民交通出版社，2001.6）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）、《铁路桥涵地基与基础设计规范》（TB1002.5-2005）等规范中的相关规定，采用金属结构许用应力法进行计算。

5、竹胶板受力验算（纵向计算）

取拱顶处竹胶板进行计算。

5.1计算参考：

竹胶板：

弹性模量E=6*103Mpa，考虑浸水时间，抗弯强度[σ]=12Mpa，弯曲剪应力[τ]=1.3MPa，容许扰度[f]=1/400,容重γ=9kN/m3,厚度δ=0.015m，长*宽=2.44*1.22m。

5.2计算载荷：

取竹胶板的板宽1米进行计算,高度取最大值按1.4米计算，计算跨度按0.3米。

1）模板自重：

q1=0.015*1*9=0.135kN/m

2）钢筋混凝土自重：

q2=1.4*1*26=36.4kN/m（γ=26kN/m3）

3）施工荷载：

q3=2.5*1=2.5kN/m（均布荷载2.5kN/m2）

4）振捣砼时对水平模板的施工荷载：

q4=2*1=2kN/m（施工荷载2.0kN/m2）

5.3强度验算：

1）计算模式：

按2跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]。

2）截面特性：

A=b*h=1*0.015=0.015m2

W=bh2/6=1*0.0152÷6*109=5.4*104mm3

I=bh3/12=1*0.0153÷12*1012=4.86*105mm4

3）荷载组合：

总竖向设计荷载q=（36.4+0.135）*1.2（静载系数）+（2.5+2）*1.4（活载系数）=50.142kN/m

竹胶板受力分析图（单位：

cm）

4）强度验算：

由《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

Mmax=-0.125ql2=-0.125*50.142*0.32=-0.564kN·m

σmax=Mmax/W=-0.564*106÷（5.4*104）=10.444Mpa＜[σ]=12Mpa

Qmax=-0.625ql=-0.625*50.142*0.3=-9.402kN·m

τmax=1.5Qmax/A=1.5*9.402*103÷（0.015*106）=0.940Mpa＜[τ]=1.3Mpa

满足要求。

5.4刚度验算：

刚度验算按照标准荷载，无须系数。

1）荷载组合：

q=q1+q2+q3+q4=0.135+36.4+2.5+2=41.035kN/m；

2）挠度验算：

由《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

fmax=0.521qL4/100EI

=（0.521*41.035*3004）÷（100*6*103*4.86*105）

=0.594mm＜[f]=300/400=0.75mm（《路桥施工计算手册》P178页，表8-11,容许扰度1/400）

满足要求。

6、底模横向方木验算（横向计算）

6.1计算参考：

A-3松木：

弹性模量E=9*103Mpa，抗弯强度[σ]=12Mpa，弯曲剪应力[τ]=1.9MPa，容许扰度[f]=1/400,容重γ=6kN/m3，尺寸为10cm*10cm*400cm。

6.2计算载荷：

底模方木纵向间距30cm，取竹胶板的板宽0.3米进行计算,高度取最大值按1.4米计算，跨度为60cm，每根方木长4m，间距60cm，可取4/0.6≈6跨进行连续梁均布荷载验算。

1）模板自重（竹胶板+方木）：

q1=0.015*0.3*9+0.1*0.1*6=0.101kN/m

2）钢筋混凝土自重：

q2=1.4*0.3*26=10.92kN/m（γ=26kN/m3）

3）施工荷载：

q3=2.5*0.3=0.75kN/m（均布荷载2.5kN/m2）

4）振捣砼时对水平模板的施工荷载：

q4=2*0.3=0.6kN/m（施工荷载2.0kN/m2）

6.3强度验算：

1）计算模式：

按5跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P765页，[附表2-1五等跨连续梁内力和挠度系数]。

2）截面特性：

A=b*h=0.1*0.1=0.01m2

W=a3/6=1003÷6=1.67*105mm3

I=a4/12=0.14÷12=8.33*106mm4

3）荷载组合：

总竖向设计荷载q=（0.101+10.92）*1.2（静载系数）+（0.75+0.6）*1.4（活载系数）=15.115kN/m

10*10cm方木受力分析图（单位：

cm）

4）强度验算：

由《路桥施工计算手册》P765页，[附表2-1五等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

Mmax=-0.078ql2=-0.078*15.115*0.62=-0.424kN·m

σmax=Mmax/W=-0.424*106÷（1.67*105）=0.539Mpa＜[σ]=12Mpa

Qmax=-0.606ql=-0.625*15.115*0.6=-5.668kN

τmax=1.5Qmax/A=1.5*5.668*103÷（0.1*0.1*106）=0.850Mpa＜[τ]=1.9Mpa

满足要求。

6.4刚度验算：

刚度验算按照标准荷载，无须系数。

3）荷载组合：

q=q1+q2+q3+q4=0.101+10.92+0.75+0.6=12.371kN/m；

4）挠度验算：

由《路桥施工计算手册》P765页，[附表2-1五等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

fmax=0.664qL4/100EI

=（0.664*12.371*6004）÷（100*9*103*8.33*106）

=0.142mm＜[f]=600/400=1.5mm

满足要求。

7、底模纵向工字钢拱盔验算（纵向计算）

工字钢在拱架顶部位置受力最大，取梁高最大值1.4米、长按3*0.9=2.7米进行验算。

7.1计算参考：

A3钢：

弹性模量E=2.1*105Mpa，抗弯强度[σ]=140Mpa，弯曲剪应力[τ]=85MPa，自重q=0.112kN/m。

A=1430mm2，W=49000mm3，I=2450000mm4

7.2计算载荷：

底模纵向工字钢横向间距60cm，顶托间距0.6（0.9）m，跨度0.9，计算宽度按0.6m，按3等跨集中荷载受力情况进行验算。

1）单跨中模板自重：

（竹胶板、方木、工字钢）Q1=0.015*0.6*0.9*9+0.1*0.1*0.6*4*6+0.9*0.112=0.318kN

2）钢筋混凝土自重：

Q2=0.9*0.6*1.4*26=19.656kN（γ=26kN/m3）

3）施工荷载：

q3=2.5*0.6*0.9=1.35kN（均布荷载2.5kN/m2）

4）振捣砼时对水平模板的施工荷载：

q4=2*0.9*0.6=1.08kN/m（施工荷载2.0kN/m2）

7.3强度验算：

1）计算模式：

按3跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8三等跨连续梁内力和挠度系数]。

2）截面特性：

A=1430mm2W=49000mm3I=24500000mm4q=0.112kN/m

3）荷载组合：

取计算3跨范围内4个受力点进行计算，总竖向设计荷载Q=（0.318+19.656）*1.2（静载系数）+（1.35+1.08）*1.4（活载系数）=27.371kN/m

工字钢拱盔受力分析图（单位：

cm）

4）强度验算：

由《路桥施工计算手册》P764页，[附表2-9三等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

Mmax=-0.175Pl=0.175*27.371*0.9=4.311kN·m

σmax=Mmax/W=4.311*106÷49000=87.980Mpa＜[σ]=140Mpa

Qmax=0.65P=0.65*27.371=17.791kN

τmax=1.5Qmax/A=1.5*17.791*103÷1430=18.662Mpa＜[τ]=85Mpa

满足要求。

7.4刚度验算：

刚度验算按照标准荷载，无须系数。

5）荷载组合：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4=0.318+19.656+1.35+1.08=22.404kN；

6）挠度验算：

由《路桥施工计算手册》P764页，[附表2-9三等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

fmax=1.146PL3/100EI

=（1.146*22404*9003）÷（100*2.1*105*2450000）

=0.364mm＜[f]=900/400=2.25mm

满足要求。

8、碗扣支架验算（竖向计算）

8.1单位荷载计算：

支架承载力最大处在拱墩处，跨度最大在拱顶处，取高度最大值1.4米，拱架长度安0.9米，宽度取0.6米进行计算。

1根碗扣支架承受荷载面积（a1=0.6*0.9=0.54m2）内方竖向载荷：

（包含混凝土、竹胶板、方木、工字钢）

Q=0.9*0.6*1.4*26+0.015*0.9*0.6*9+4*0.6*0.1*0.1*6+0.9*0.112=19.974kN

8.2碗扣支架验算：

碗扣支架采用Φ48*3.2钢管，每延米自重3.535kg/m，力学性能为：

i=15.880mm、A=450.379mm2、[σ]=140Mpa，横向为60cm、纵向间距均为90cm（60cm），步距为120cm

长细比λ=l/i=1200÷15.88=76,查《钢结构设计规范》P35附录C表C-2得，φ=0.714

σ=N/φA=19.974*103÷（0.714*450.379）=62.114Mpa＜[σ]=140Mpa

满足要求。

9、贝雷纵梁验算（纵向计算）

9.1计算参考：

贝雷片桁架单片重270kg，销子每个重3kg，90支撑架每个重33kg，A=2*12.74cm2，W=3578.5cm3，I=250497.2cm4,弹性模量E=2.1*105Mpa，[σ]=273Mpa，[τ]=208MPa，[20*7.5槽钢理论重25.772kg/m（纵向间距90cm布置[20*7.5槽钢）。

9.2计算载荷：

1）模板、方木及贝雷片自重：

其中整跨贝雷片重量为（贝雷片+贝雷销+支撑架+槽钢）：

14*8*270+14*8*2*3+15*4*33+45*7.2*25.772=41110.128kg=411.1KN

整跨模板重量为（竹胶板、方木、工字钢、碗扣支架）：

（0.015*60.2*6*9）+（0.1*0.1*6*6*60.2÷0.3）+（60.2*6÷0.6*0.112）+（61*13*4.2（平均高度）*0.0404）=322.982KN

模板、方木及贝雷片自重为：

1）q1=（411.1+322.982*44÷60.2）÷40=16.179kN/m（仅计算贝雷梁以上部分）

2）钢筋混凝土自重：

q2=265.8*26*44÷60.2÷40=126.277kN/m（γ=26kN/m3）（仅计算贝雷梁以上部分）

3）施工荷载：

q3=2.5*7.3=18.25kN/m（均布荷载2.5kN/m2）

4）振捣砼时对水平模板的施工荷载：

q4=2*7.3=14.6kN/m（施工荷载2.0kN/m2）

9.3强度验算：

1）计算模式：

按2跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]。

2）荷载组合：

总竖向设计荷载q总=（16.179+126.277）*1.2（静载系数）+（18.25+14.6）*1.4（活载系数）=216.937kN/m

q=216.937/8=27.117kN/m（8排贝雷片）

3）强度验算：

由《路桥施工计算手册》P763页，[附表2-9三等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

贝雷片受力简图（单位：

cm）

Mmax=-0.1ql2=-0.1*27.117*122=-390.485kN·m

σmax=Mmax/W=-390.485*106÷（3578.5*103）=109.120Mpa＜[σ]=273Mpa

Qmax=0.6ql=0.6*27.117*12=195.242kN

τmax=1.5Qmax/A=1.5*195.242*103÷（2*12.74*102）=114.938Mpa＜[τ]=208Mpa

满足要求。

9.4刚度验算：

刚度验算按照标准荷载，无须系数。

1）荷载组合：

q=（16.179+126.277+18.25+14.6）/8=21.913kN/m（8排贝雷片）

2）挠度验算：

由《路桥施工计算手册》P763页，[附表2-9三等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

fmax=0.677qL4/100EI

=（0.677*21.913*120004）÷（100*2.1*105*250497.2*104）

=5.848mm＜[f]=12000/400=30mm

满足要求。

10、双拼40a工字钢验算（横向计算）

10.1计算参考：

40a工字钢：

A3钢材：

E=2.1*105Mpa，[σ]=145Mpa，[τ]=85MPa，A=2*8610mm2，m=2*67.59kg/m,I=2*217000000mm4,W=2*1085000mm3。

10.2单位荷载的计算

由9、贝雷片验算可知：

总竖向设计荷载q总=（16.179+126.277）*1.2（静载系数）+（18.25+14.6）*1.4（活载系数）=216.937kN/m

则有双拼工字钢承受荷载Q=216.937*（6+1）=1518.559kN（承受半跨重量）

10.3工字钢验算

1）计算模式：

按2跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]。

2）荷载组合：

双拼工字钢自重：

1.35kN/m

双拼工字钢横梁承受均布荷载q=1518.559/6.7+1.35=228.000kN/m

计算跨度为3m

3）强度验算：

由《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

工字钢受力分析图（单位：

cm）

Mmax=-0.125ql2=-0.125*228*32=-256.5kN·m

σmax=Mmax/W=-256.5*106÷（2*1085000）=118.203Mpa＜[σ]=140Mpa

Qmax=0.625*ql=0.625*228*3=427.5kN

τmax=1.5Qmax/A=1.5*427.5*103÷（2*8610）=37.239Mpa＜[τ]=85Mpa

满足要求。

10.4刚度验算：

刚度验算按照标准荷载，无须系数。

1）荷载组合：

q=（16.179+126.277+18.25+14.6）*7/6.7+1.35=184.505kN/m

2）挠度验算：

由《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

fmax=0.521qL4/100EI

=（0.521*184.505*30004）÷（100*2.1*105*2*217000000）

=0.854mm＜[f]=3000/400=7.5mm满足要求。

11、36a工字钢纵梁验算（横向计算）

11.1计算参考：

I36a工字钢：

A3钢材：

E=2.1*105Mpa，[σ]=145Mpa，[τ]=85MPa，A=2*7640mm2，m=2*59.974kg/m,I=2*158000000mm4,W=2*877777mm3。

11.2单位荷载的计算

由9、贝雷片验算可知：

小跨内总竖向荷载为为（竹胶板、方木、工字钢、碗扣支架、混凝土）：

1）模板、方木及贝雷片自重：

模板总重量为322.982kN

混凝土总重量为265.8*26=6910.8kN

2）模板、混凝土纵向自重：

q1=（32.982+6910.8）*16.2÷60.2÷11.4=163.991kN/m（仅计算小跨部分）

3）施工荷载及振捣：

q2=（2.5+2）*7.3=32.85kN/m（均布荷载2.5kN/m2）

4）竖向荷载计算：

q3=q1*1.2（静载系数）+q2*1.4（动载系数）=242.779kN/m

11.3工字钢验算

1）荷载组合：

双拼36工字钢自重：

1.120kN/m

双拼工字钢横梁承受及自身均布荷载q=242.799÷9（9排）+1.120=28.098kN/m

计算跨度为5.7m

2）计算模式：

按单跨梁计算《路桥施工计算手册》P741页，[附表2-3单跨梁内力及形变计算公式]。

3）强度验算：

按简支梁计算：

工字钢受力分析图（单位：

cm）

Mmax=0.125ql2=0.125*28.098*5.72=114.113kN·m

σmax=Mmax/W=114.113*106÷（2*877777）=65.001Mpa＜[σ]=145Mpa

Qmax=0.5ql=0.5*28.098*5.7=80.079kN

τmax=1.5Qmax/A=1.5*80.079*103÷（2*7640）=7.861Mpa＜[τ]=85Mpa

满足要求。

11.4刚度验算：

1）荷载组合：

q=28.089kN/m；

2）挠度验算：

Fmax=5qL4/384EI

=5*28.089*57004÷（384*2.1*105*2*158000000）

=5.818mm＜[f]=5700/400=14.25mm

满足要求。

12、整体稳定性计算

当支架搭设完毕，而拱架未开始作业时，支架自重小，整体稳定性最差，故选此状态对钢支架进行稳定性计算。

12.1基本参数：

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）P28页，支架为临时结构，按1/10频率计算：

查附表A（此处参考福州）

基本风速V10=25.7m/s，基本风压：

W10=0.4kN/m2

距离地面或睡眠高度Z=18m，A类地表k2=1.28，A类地表k5=1.38,施工架设期间k0=0.75，桁架风载阻力系数k1=1.27，一般地区k3=1.00

12.2荷载计算：

（1）立柱承受的竖向荷载

单位荷载计算：

总竖向设计荷载（支架、贝雷片、砼基础）Q总=408.71+322.982+436.8=1168.492kN

将整个支架视为整体，迎风面积最大，单侧立柱到支架中心距离为3米，支架迎风面中心到底部距离为b（根据现场，赞考虑14m）

（2）立柱承受的风荷载

r=0.012017e-0.0001z=0.012017*10-0.0001*18=0.012

vd=k2k5V10=1.28*1.38*25.7=45.396m/s

Wa=（rVd2）/（2*g）=（0.012*45.3962）/（2*9.81）=1.260kN/m2

钢支架迎风面为弓形，贝雷片至拱顶距离为7m，贝雷片长为40m、宽1.5m，则面积A=（191.163+60）*0.4=100.465m2（0.4为桁架充实系数）

F风=k0k1k3WaA=0.75*1.27*1*1.26*100.465=120.573kN

（3）支架整体稳定性验算

自重产生的抗倾覆力矩：

M稳=Q*a=1168.492*3=3505.476kN·m

风力产生的倾覆力矩：

M倾=F风*b=120.573*14=1688.022kN·m

稳定系数：

K=3505.476/1688.022=2.0

满足要求

12.3钢管柱验算：

采用Φ529*8焊接管，力学性能为：

i=184mm、A=13094mm2、[σ]=140Mpa、[τ]=85Mpa，钢管桩长度为8米，剪刀撑占用1.6米，计算长度取6.4m。

λ=l/i=6400÷184=35,查《钢结构设计规范》P35附录C表C-2得，φ=0.871

未打混凝土时单根立柱竖向荷载N=1168.492/18=64.916kN

σ=N/φA=64916÷（0.871*13094）=5.692Mpa＜[σ]=140Mpa

打混凝土后由10、双拼40a工字钢验算可知，

双拼工字钢承受均布荷载q为317.290kN/m

由《路桥施工计算手册》P762页，[附表2-8二等跨连续梁内力和挠度系数]可知：

QA=QC=0.375ql=0.375*317.290*3=356.951kN

QB=0.625ql=0.625*317.290*3=594.919kN

σ=N/φA=594919÷（0.871*13094）=52.164Mpa＜[σ]=140Mpa

满足要求。

13、地基承载力验算

10.1荷载：

条形基础几何尺寸长*宽*高7m*3m*0.8m,基础上6根钢管桩。

底面积A=21m2

由12、钢管支墩验算：

可知QA=QC=356.951kNQB=594.919kN

基础承受荷载Q=2*（QA+QB+QC）+3*0.8*7*26=2340.54kN

基底最大应力考虑基础只承受中心荷载，

σ=N/A=2340.54*103÷（21*106）=0.111Mpa＜[σ]=0.2Mpa=200kpa（《路桥施工计算手册》P360页，查表[表11-17砂土的容许承载力]松散砾砂）

满足要求。

14、槽钢分配梁计算（横向计算）

贝雷片上布置分配梁采用[20*7.5槽钢，纵向间距为90cm，槽钢上碗扣支架横向布置间距为60cm。

14.1计算参考：

[20*7.5槽钢为A3钢，许用应力[σ]=140Mpa,截面积A=3283mm2，惯性矩I=19137000mm4，抗弯模量W=191370，每延米重量q=25.772kg/m

14.2计算载荷：

取贝雷梁上方拱中最大厚度1米计算，跨度按最不利0.9米计算（跨中0.9米，跨边0.6米），长度取0.9米（槽钢纵向间距为0.9米）、宽度取0.6米（支架横向间距为0.6米）计算。

1）单根支架上的模板、方木及支架自重：

（竹胶板、方木、工字钢、碗扣支架）：

Q1=（0.015*0.9*0.6*9）+（0.1*0.1*0.6*4*6）+（0.9*13*0.112）+（7.2*0.0404）=1.818KN

2）钢筋混凝土自重：

Q2=1.4*0.6*0.9*26=19.656kN/m（γ=26kN/m3）（仅计算贝雷梁以上部分）

3）施工荷载：

Q3=2.5*0.6*0.9=1.35kN（均布荷载2.5kN/m2）

4）振捣砼时对水平模板的施工荷载：

Q4=2*0