莎车南互通E匝道现浇箱梁施工支架检算.docx

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莎车南互通E匝道现浇箱梁施工支架检算

附件1支架结构计算书

一、工程概况

EK0+934.029莎车南E匝道桥全长841m，全桥预应力现浇连续箱梁共计11联41孔，全部为单箱双室等截面预应力连续箱梁，其中第六联上跨南互通C匝道：

20m+25m+20m，第八联上跨喀叶高速公路：

25m+25m+20m，第1、2、3、4、5、11联箱梁高1.4m，顶板宽12m，底板宽8m，两侧悬臂长各为2m；第6、7、8、9、10联箱梁高1.5m，顶板宽12m，底板宽8m，两侧悬臂长各为2m；现浇连续箱梁横坡由顶板旋转而成，顶底板横坡同桥面，腹板保持垂直。

箱梁纵向预应力束为15φj15.24高强度底松弛钢绞线（

），锚具为OVM15-10两端张拉，每束钢绞线的张拉控制力为585.8kN；OVM15-12，两端张拉，每束钢绞线的张拉控制力为2343.3kN。

现浇连续梁混凝土采用C50号混凝土浇注，支座采用GPZ系列盆式支座。

根据梁体施工工艺要求：

①第八联上跨喀叶高速公路的预应力现浇连续箱梁采用支墩加横梁预留门洞支架现浇；②除第八联外的现浇连续箱梁全部采用布架灵活、搭拆方便、承载力大的WDJ碗扣式多功能钢支架搭设满堂支架现浇。

二、支墩加纵梁预留门洞支架方案

2.1支墩加纵梁门洞支架

2.1.1门洞尺寸

根据高速公路行车安全及跨喀叶高速公路施工方案的要求，在喀叶高速公路左右幅各预留一个门洞，门洞横向净宽4.5m，门洞净高≥4.5m。

2.1.2门洞支墩基础

门洞支墩基础采用C25混凝土条形基础，基础净120cm，厚度采用35cm，长14m。

2.1.3门洞支墩

门洞支墩采用碗扣钢管支架，每个支墩4排立杆，立杆间距按0.6*0.3m布置，即纵桥方向0.3m，横桥方向0.6m，步距1.2m。

支架上下用升降杆调平，顶升降杆上顺门洞方向放置I10工字钢作为枕梁。

2.1.4门洞纵梁

门洞纵梁采用16根长15mHN400*200热扎H型钢，为了便于调节连续梁标高，H型钢沿桥纵向布置，沿桥的横向间距如图1布置。

考虑纵梁安装于拆除高度过高给施工带来难度，在纵梁H型钢上搭设钢管支架调整高度，立杆顶上布置方木，横桥向方木采用50*100mm方木，间距25cm；横向方木置于100mm*160mm方木上，纵向方木间距应与横向间距一致。

门洞纵梁、枕梁及支墩必须有足够的强度、刚度、稳定性。

2.2非跨线区支架

在混凝土硬化好的基础顶面放置35×35×15cmC25砼预制块作为支架立杆底座，在已放置好的底座上搭设WDJ碗扣式多功能钢支架，支架布置主要分三个区域进行设计：

2.2.1、一般结构区底板立杆按0.9×1.2m进行布置，即立杆纵向间距1.2m，横向间距0.9m，步距1.2m；

2.2.2、梁端及支点区长度为1.0m，渐变段长2.0m，延桥梁方向梁端3.0m范围内立杆按0.6×0.9m进行布置，即纵向净距0.6m，横向间距0.9m，步距1.2m；

2.2.3、翼板宽2.0m，翼板立杆按1.2×1.2m进行布置，即立杆纵向间距1.2m，横向间距1.2m，步距1.2m。

支架外围四周设剪刀撑，内部沿桥梁纵向每4排立杆搭设一排横向剪刀撑，横向剪刀撑间距不大于5m，支架高度通过可调托座和可调底座调节。

2.3支架结构要求

2.3.1、支架结构必须有足够的强度、刚度、稳定性。

2.3.2、支架在承重后期弹性和塑性变形应控制在15mm以内。

2.3.3、支架部分地基的沉降量控制在5mm以内，预留门洞支架临时支墩条形基础低级承载力大于300KPa，非跨线区地基承载力大于200kPa。

2.3.4、支架顶面与梁底的高差应控制在理想值范围内，且应与预留拱度通盘考虑，预留门洞支架处预留拱度要考虑门洞纵梁的挠度。

2.4支架基础

按满堂支架的设计方案，要求预留门洞支架临时支墩条形基础地基承载力大于300kPa，非跨线区地基承载力大于250kPa，因此必须对地基作特殊处理。

2.4.1将原地面腐植地表层上耕植土清除15cm，然后用挖掘机挖松５０cm，用重型压路机或强夯分两层压实，底层压实度＞80%，顶层压实度＞85%。

2.4.2按2%横向排水坡（桥中心两侧排水）填筑宕渣80cm，用重型压路机压实。

2.4.3为了防止浇筑混凝土时，流水软化支架的地基，浇筑厚15cm的C20细石混凝土封闭层。

在喀叶高速边坡上，根据支架搭设的间距，在边坡上设置台阶，支架搭设处横桥方向每边向外延伸1m范围内浇筑厚15cm的C20细石混凝土封闭层。

2.4.4地基处理完后，在支架搭设范围地基基础四周80～160cm范围内设顺桥向排水沟（水沟横断面为：

60×40cm），排水沟根据现场情况设置好排水坡纵，确保地基基础不受雨水浸泡。

2.5模板结构及支撑体系

2.5.1外模结构

模板结构是否合适将直接影响梁体的外观，外模面板均采用厚为18mm的竹胶板，面板尺寸1.2m×2.4m，以适应立杆布置间距，面板直接钉在横桥向方木上，横桥向方木采用50×100mm方木，间距25cm；横向方木置于纵向100×160mm方木上，纵向方木间距应与立杆横向间距一致。

在钉面板时，每块面板应从一端赶向另一端，以保证面板表面平整。

腹板及翼板面板分别固定在竖向和横向50×100mm方木上，方木间距30cm。

为保证箱梁底板倒角处砼线型顺畅，在竖向支撑内与腹板底部顺桥向布置一条100×160mm方木，方木钉在底模横桥向方木上，并与斜支撑顶紧。

2.5.2内模结构

预应力连续箱梁内模均采用方木作骨架支撑，高压竹胶C板作面板。

由于箱梁内净空高度仅为90cm，内模骨架设计尽量少占净空，以利于箱梁底板混凝土的散料、振捣及内.

模的拆除。

内模上、下面板骨架采用50×100mm方木，间距0.3m。

上下模板间设四个100×100mm竖向方木托撑及四个斜向方木托撑，上L、下方木间均用扒钉固定，通过顺桥向上、下方木形成内模空间骨架。

图1支墩加纵梁门洞支架横断面图

图2预留门洞支架示意图

图3非跨线区箱梁横断面及支架图

图4非跨线区箱梁纵断面及支架图

三、门洞结构检算

根据门洞的设计方案，纵梁采用HN400×200热轧H型钢，门洞支墩采用碗扣支架，支墩立杆顶采用I10工字钢，对门洞纵梁、支墩立杆顶枕梁及支墩的刚度、强度、稳定性必须进行检算。

3.1各构件力学参数

3.1.1WDJ碗扣钢管

断面积A=π（D2-d2）÷4=3.14×（4.72-42）÷4=4.78cm2

惯性矩I=π（D4-d4）÷64=3.14×（4.74-44）÷64=11.4cm4

回转半径i=（D2+d2）1/2÷4=（4.72+42）1/2÷4=1.54cm

截面抵抗矩W=π（D4-d4）÷32D

=[3.14×（4.74-44）]÷（32×4.7）=4.84cm3

钢材弹性模量E=2.1×105MPa

钢材容许应力[σ]=170MPa

3.1.2ＨN400×200热轧Ｈ型钢

断面积A=72.16cm2

惯性矩Ix=1450cm4

Iy=20000cm4

回转半径ix=4.48cm

iy=16.65cm

截面抵抗矩Wx=73.232cm3

Wy=2010.05cm3

钢材弹性模量E=2.1×105MPa

钢材容许应力[σ]=180MPa

3.1.3Ι１０热轧普通工字钢

断面积A=14.33cm2

惯性矩Ix=245cm4

Iy=32.8cm4

回转半径ix=4.13cm

iy=1.51cm

截面抵抗矩Wx=49cm

Wy=9.647cm3

钢材弹性模量E=2.1×105MPa

钢材容许应力[σw]=180MPa

3.1.4方木

方木弹性模量E=9.0×103MPa

方木容许应力[σw]=10MPa

3.2门洞结构荷载计算

3.2.1　钢筋混凝土梁重

q钢筋砼=1/12γ钢筋砼S钢筋砼=1/12×26×6.9737=15.110kN/m（钢筋混凝土梁重量按26kN/m3计算）

3.2.2模板重（内模未计）

q模板=7.5/12hpγ模板=7.5/12×0.018×24.99=0.281kN/m（竹胶板重量按24.99kN/m3计算）

3.2.3　方木重

q方木=1/12（S纵+4×7.5S横）γ方木=1/12（0.1×0.15+4×7.5×0.05×0.1）×8.33=0.115kN/m（方木重量按8.33kN/m3计算）

3.2.4　门洞纵梁上钢管

门洞纵梁上钢管按2.4米高计算

q钢管=1/1.2（W立杆+W横杆）=1/1.2（14.02+2×5.12+2×3.97）×10×10-3=0.268kN/m（《路桥施工计算手册》说明2．4ｍ立杆重量14.02ｋｇ、1.2ｍ横杆重量5.12ｋｇ、0.9ｍ横杆重量3.97ｋｇ及0.6ｍ横杆重量2.82ｋｇ）

3.2.5　人员及机器重

W人员机器=1.2kN/m2（本荷载按1kN/m2取值）

q人员机器=1×7.5×1.2=0.750kN/m

3.2.5振捣砼时产生的荷载

W振捣砼=2kN/m2（对水平面模板为2kN/m2；对垂直面模板为4kN/m2，见《公路桥涵施工技术规范》）

q振捣砼=1/12×7.5×2=1.250kN/m

3.2.7　倾倒混凝土时冲击产生的水平荷载

W倾倒砼=2kN/m2（采用汽车泵取值3kN/m）

q倾倒砼=1/12×7.5×2=1.25kN/m

3.2.8　ＨＮ400×200热轧Ｈ型钢自重

qH型钢=SH型钢γH型钢=72.16×10-4×78.5=0.566kN/m（钢材重量按78.5kN/m3计算）

3.2.9　10热轧普通工字钢自重

q10工字钢=S10工字钢γ10工字钢=14.33×10-4×78.5=0.112kN/m（钢材重量按78.5kN/m计算）

3.3　纵梁HN400×200热轧H型钢强度W及刚度检算

纵梁按简支梁受均布荷载计算，根据门洞的长度，考虑跨线桥梁与喀叶高速公路的夹角，每跨计算长度取l=7m。

3.3.1强度检算

荷载计算

q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q人员+q倾倒砼+q振捣砼+q钢管+qH型钢

=15.110+0.281+0.115+0.750+1.250+1.250+0.268+0.566=19.590kN/m

最大弯矩计算

Mmax=0.125q总L2=0.125×19.580×72=119.989kN⋅m

考虑安全系数1.2，计算荷载取1.2Mmax=1.2×119.928=143.987kN⋅m

式中：

Mmax—HN400×200热轧Ｈ型钢所受最大弯矩；

q总—HN400×200热轧Ｈ型钢所受均布荷载；

L—计算跨度。

最大应力计算

σmax=Mmax/Wy=143.987×103/2010.05×10−6=71.633MPa<[σw]=180MPa

（强度符合要求）

式中：

[σ]—HN400×200热轧Ｈ型钢设计抗弯强度，[σw]=180MPa；

σmax—HN400×200热轧Ｈ型钢所受最大应力；

Wx—HN400×200热轧Ｈ型钢截面抵抗矩；

Mmax—HN400×200热轧Ｈ型钢所受最大弯矩。

3.3.2　安全系数检算

K=[σw/σmax=180/71.633=2.513>1.3（临时结构安全系数取1.3）

（安全系数满足要求）

3.3.3　刚度检算

ωmax=5q总l4/384EIy=5×19.590×103×74/384×2.1×1011×20000×10-8

=14.6mm

（刚度符合要求）

式中：

ωmax—HN400×200热轧Ｈ型钢所受最大挠度；　.

E—HN400×200热轧Ｈ型钢弹性模量；

Iy—HN400×200热轧Ｈ型钢截面惯性矩。

3.4　门洞顶横向方木强度及刚度检算

横桥向方木采用50×100mm方木，间距25cm；横向方木置于纵向100×160mm方木上，检算时按连续梁计算，计算跨度取l=0.6m。

3.4.1强度检算

荷载计算

q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q人员+q倾倒砼+q振捣砼

=15.110+0.281+0.115+0.750+1.250+1.250=18.756kN/m

最大弯矩计算

Mmax=1/10q总l2=1/10×18.756×0.62=0.675kN⋅m

式中：

Mmax—方木所受最大弯矩；

q总—方木所受均布荷载；

l—每跨计算长度。

最大应力计算

σmax=Mmax/wx=0.675×103/（0.05×0.12/6）=8.100MPa<[σ]=10MPa

（强度符合要求）

式中：

[σw]—方木设计抗弯强度，[σw]=10MPa；

σmax—方木所受最大应力；

Wx—方木截面抵抗矩；

Mmax—方木所受最大弯矩。

3.4.2　刚度检算

ωmax=ql4/150EI=18.756×103×0.64/（150×9×109×0.05×0.13/12）

=0.432mm

（刚度符合要求）

式中：

ωmax—方木所受最大挠度；

E—方木弹性模量；

Ix—方木截面惯性矩。

3.5门洞顶纵向方木强度及刚度检算

纵向方木采用100×160mm，纵向方木间距与立杆横向间距一致，检算时按连续梁

计算，计算跨度取l=0.6m。

3.5.1　强度检算

荷载计算

q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q人员+q倾倒砼+q振捣砼

=15.110+0.281+0.115+0.750+1.250+1.250=18.756kN/m

最大弯矩计算

Mmax=1/10q总l2=1/10×18.756×0.62=0.675kN⋅m

式中：

Mmax—方木所受最大弯矩；

q总—方木所受均布荷载；

l—每跨计算长度。

最大应力计算

σmax=Mmax/Wx=0.675/（0.1×0.152/6）=1.800MPa<[σw]=10MPa

（强度符合要求）

式中：

[σ]—方木设计抗弯强度，[σw]=10MPa；

σmax—方木所受最大应力；

Wx—方木截面抵抗矩；

Mmax—方木所受最大弯矩。

3.5.2　刚度检算

箱梁的施工要求。

ωmax=ql4/150EIx=18.756×103×0.64/（150×9×109×（0.1×0.153/12））

=0.064mm

（刚度符合要求）

式中：

ωmax—方木所受最大挠度；

E—方木弹性模量；

Ix—方木截面惯性矩。

3.6纵梁顶立杆强度及稳定性检算

立杆按0.9×1.2m进行布置，即立杆纵向间距1.2m，横向间距0.9m，步距1.2m。

3.6.1　强度检算

荷载计算

q总=q钢筋砼+q模板+q方木+q人员+q倾倒砼+q振捣砼+q钢管

=15.110+0.281+0.115+0.750+1.250+1.250+0.268=19.024kN/m

立杆受的力为

N=1.2q总=1.2×19.024=22.829kN

立杆轴心受压应力计算

σ=N/A=22.829×103/4.78×10−4

=47.759MPa≤[σ]=170MPa

式中：

σ—立杆所受压应力；

N—立杆所受压力；

A—碗扣钢管截面面积；

[σ]—碗扣钢管设计抗压强度。

（立杆强度符合要求）

3.6.2　安全系数检算

K=[σ]/σ=170/47.759=3.56>1.3（临时结构安全系数取１．３）

（安全系数符合要求）

3.6.3　立杆稳定验算

柔度计算

立杆两端约束按铰接考虑，立杆计算长度取1.2m

λ=h/i=120/1.54=77.92

由《路桥施工计算手册》由线性内差得稳定性系数ϕ1=0.686

σ=N/ϕ1A=22.829×103/0.686×4.78×10−4=69.620<[σ]=170MPa

（立杆稳定性符合要求）

3.7支墩立杆顶枕梁Ι10热轧普通工字钢强度及刚度检算

支墩立杆顶枕梁采用Ι10ａ热轧普通工字钢，每排立杆顶放置一根，每个支墩４根Ι10热轧普通工字钢。

在中间的支墩处所受的荷载最大，取中间的支墩进行检算，检算时按连续梁计算。

计算跨度取l=0.6m。

3.7.1强度检算

荷载计算

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受集中荷载这一最不利情况进行检算。

纵梁传递的剪力计算

V=2×0.5q总l=2×0.5×19.590×7=137.130kN

式中：

V—纵梁中间支墩的剪力。

Ι10热轧普通工字钢自重计算

W自重=0.6Aγ10工字钢=0.6×14.33×10−4×78.5=0.067kN

式中：

W自重—0.6m长Ι10热轧普通工字钢自重；

A—Ι10热轧普通工字钢截面面积；

γ10工字钢—钢材的重度，γ10工字钢=78.5kN/m。

支墩立杆顶单根枕梁跨中集中荷载计算

P=1/4V+W自重=1/4×137.130+0.067=34.350kN

式中：

P—支墩立杆顶枕梁跨中集中荷载。

最大弯矩计算

Mmax=0.175Pl=0.175×34.350×0.6=3.607kN⋅m

式中：

Mmax—热轧普通工字钢所受最大弯矩；

P—Ι10热轧普通工字钢所受集中荷载；

l—每跨计算长度。

最大应力计算

σmax=Mmax/Wx=3.607×103/49×10−6=73.606MPa<[σw]=180MPa

（强度符合要求）

式中：

[σw]—热轧普通工字钢设计抗弯强度，[σw]=180MPa；

σmax—Ι10热轧普通工字钢所受最大应力；

Wx—Ι10热轧普通工字钢截面抵抗矩；

Mmax—Ι10热轧普通工字钢所受最大弯矩。

3.7.2　安全系数检算

K=σw/σmax=180/73.606=2.445>1.3（临时结构安全系数取１．３）

（安全系数满足要求）

3.7.3刚度检算

ωmax=1.146×Pl3/100EIx=1.146×（34.350×103×0.63/100×2.1×1011×245×10−8

=0.165mm

（刚度符合要求）

式中：

ωmax—热轧普通工字钢所受最大挠度；

E—Ι10热轧普通工字钢弹性模量；

Ix—Ι10热轧普通工字钢截面惯性矩。

3.8　门洞支墩检算

门洞支墩采用碗扣支架，每个支墩横向４排立杆，横向间距３０cm，纵向间距６０cm，立杆步距１２０cm。

3.8.1立杆强度及稳定性检算

3.8.1.1　支墩立杆强度验算

荷载计算

按受由支墩立杆顶枕梁传递的荷载P及自重这一最不利情况进行检算。

支墩高度按９米高计算钢管自重。

W自重=W纵+W横=（7×5.12+6×5.12+6×3.97）×10×10−3=0.904kN

N=P+W自重=34.350+0.904=35.254kN

式中：

N—支墩立杆所受压力；

W自重—支墩支架自重。

立杆轴心受压应力计算

σ=N/A=35.254×103/4.78×10−4=73.753MPa≤[σ]=170MPa

式中：

σ—立杆所受压应力；

N—立杆所受压力；

A—碗扣钢管截面面积；

[σ]—碗扣钢管设计抗压强度。

（立杆强度符合要求）

3.8.1.2　安全系数检算

K=[σ]/σ=170/73.753=2.305>1.3（临时结构安全系数取1.3）

（安全系数符合要求）

3.8.1.3　立杆稳定验算

柔度计算

立杆两端约束按铰接考虑，立杆计算长度取1.2m

λ=h/i=120/1.54=77.92

由《路桥施工计算手册》由线性内差得稳定性系数ϕ1=0.686

σ=N/ϕ1A=35.254×103/0.686×4.78×10−4=107.512<[σ]=170MPa

（立杆稳定性符合要求）

3.8.2　支墩横杆强度验算

横杆两端铰接，正常工作状态下水平推力为零，只在施工时承担部分施工荷载及自身重力，以0.6m横杆进行检算，按横杆正中受集中荷载这一最不利情况进行检算。

检算按简支梁计算，计算跨度取l=0.6m。

荷载计算

W人员机器=0.3×0.6×1.2=0.216kN

W自重=0.6×γ0.6m钢管=0.6×0.0282=0.017kN

P=W人员机器+W自重=0.216+0.017=0.233kN

最大弯矩计算

Mmax=1/4Pl=1/4×0.233×0.6=0.035kN⋅m

式中：

Mmax—横杆所受最大弯矩；

l—每跨计算长度

最大应力计算

σmax=Mmax/W=0.035×103/4.84×10−6=7.231MPa<[σw]=170MPa

（横杆强度符合要求）

式中：

[σw]—碗扣钢管设计抗弯强度，[σw]=170MPa；

σmax—碗扣钢管受最大应力；

W—碗扣钢管截面抵抗矩；　

Mmax—碗扣钢管所受最大弯矩。

3.9　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，厚度３５cm，长１８m。

基础应力为：

σ=N/A=34.350×103/0.3×0.6=190.833kPa≤σ[]=300kPa

（支墩基础满足地基承载力要求）

式中：

σ—支墩基础应力；

A—一个立杆范围内的受力面积；

N—支墩立杆所受压力。

安全系数检算

K=[σ]/σ=300/190.833=1.572>1.3

（安全系数满足要求）

结论：

通过对门洞结构上述结构检算，门洞结构强度、刚度及稳定性满足要求。

四　非跨线区支架检算

4.1　一般截面支架结构检算

4.1.1　荷载计算

4.1.1.1　q钢筋砼=γ钢筋砼S钢筋砼=26×6.9737=181.316kN/m（钢筋混凝土梁重量按26kN/m3计算）

4.1.1.2　模板重（内模未计）

q模板=7.5hpγ模板=7.5×0.018×24.99=3.374kN/m（竹胶板重量按24.99kN/m3计算）

4.1.1.3　方木重

q方木=（S纵+4×7.5S横）γ方木=（0.1×0.15+4×7.5×0.05×0.1）×8.33=1.380kN/m（方木重量按8.33kN/m3计算）

4.1.1.4　钢管自重

支架高按15米高计算

q钢管=12×1/1.2（W立杆+W横杆）

=12×1/1.2×（7×14.02+12×5.12+12×3.97）×10×10-3=20.722kN/m

（《路桥施工计算手册》说明2.4ｍ立杆重量14.02ｋｇ、1.2ｍ横杆重量5.12ｋｇ、0.9ｍ横杆重量3.97ｋｇ及0.6ｍ横杆重量2.82ｋｇ）

4.1.1.5　人员及机器重

W人员机器=1.2kN/m2（本荷载按1kN/m2取值）

q人员机器=7.5×1.2=9kN/m

4.1.1.6振捣砼时产生的荷载

W振捣砼=2kN/m2（对水平面模板为2kN/m2；对垂直面模板为4kN/m2，见《公路桥涵施工技术规范》）