40+72+40m连续梁0计算书分析.docx
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40+72+40m连续梁0计算书分析
90+180+90m连续梁
边跨现浇段支架方案及计算书
流溪河特大桥40+72+40m连续梁,84#墩高12.5m,87#墩高13m,边跨处高度为4.5m,长度为6.8m,宽14.2m。
连续梁边跨现浇段支架拟采用钢管柱+贝雷梁支架体系。
1.施工方案
边跨现浇段长度6.8m,其中支撑在墩顶的部分长度为2.3m,外挑部分长4.5m;边跨现浇段设两排支架,靠墩身一排支架设在承台上,另外一排支承在条形基础上。
(1)支柱采取大型钢管支柱,直径为630mm,厚为10mm的钢管,下部焊接于承台预埋钢板上,支柱连接桁架采用[10槽钢架。
预埋钢板于承台浇筑时先进行预埋,钢板采用厚10mm,采用螺栓预埋式或进行焊接将钢板固定在承台钢筋上,承台混凝土施工时,预埋钢板与承台混凝土必须密贴。
共设两排支架,每排3根钢管柱,横向柱间距5.2m,纵向柱间距4m。
外侧钢管柱支撑在C25混凝土条形基础上,条形基础长12m,宽2m,厚1m,地梁内采用构造配筋。
(2)钢管支柱顶部设厚20mm钢板为法兰盘,钢管之间的连接采用法兰连接。
钢管柱顶横向分配梁为两根I45a工字钢,工字钢上下顶板每隔40cm焊接20cm,将两根工字钢焊接成整体,并在贝雷梁对应的位置焊接加劲板。
(3)纵梁采用321军用贝雷梁,横断面设17榀,单侧腹板下设2~3榀,单箱室底板下设4榀,单侧翼板下设1榀。
(4)箱梁底模采用15cm竹胶板,其下纵向设置10*10cm方木,方木在腹板下中心间距为15cm,在底板下的间距为30cm;方木下的纵向分配梁采用12m长I12.6工字钢,间距为75cm。
(5)箱梁内模加固:
箱梁内顶模采用竹胶板,板厚15mm,支撑采用φ48mm,厚3.5mm钢管进行支撑,支撑横向间距为60cm,纵向间距为60cm,步距为120cm,根据实际情况进行调整。
箱梁内侧模采用15mm竹胶板,以10×10cm方木做为竖肋,以双根φ48mm钢管作背肋,以蝴蝶扣件穿拉杆加固,拉杆为φ22mm的钢筋制成,竖向间距为60cm,纵向间距为60cm,并利用水平横撑对腹板处进行支撑。
(6)翼板及外侧模加固:
翼板及箱梁外侧模采用定制钢模板加固处理,支撑架采用定制支架,并在支架外侧用钢管加固。
在内模腔内采用φ25mm以上的钢筋将两侧腹板纵向钢管背肋进行对拉,对拉布置间距竖向为180cm,水平为180cm。
在顶板混凝土面以上设水平拉杆,纵向间距为90cm。
支架图附后:
边跨现浇支架纵断面图
边跨现浇支架横断面图
2支架计算荷载分布图:
支架计算荷载分布图式:
(等效截面)
2.1支架荷载
通过计算,支架计算荷载分布等效截面如上图所示:
单侧翼缘板混凝土每米面积为:
1.098m2;
单侧腹板混凝土每米面积为:
6.953m2;
单侧顶板及底板混凝土每米面积为:
3.163+5.34=8.503m2;
混凝土容重采用26KN/m³,施工荷载按混凝土重量荷载系数为1.2计算;
模板自重每延米为2.5KN/m2,模板及支架荷载分项系数取1.2;
等效断面:
单侧翼缘板混凝土每延米均布荷载为:
(1.098×26×1.2+2.5×2.8×1.2)/2.8=42.657/2.8=15.23KN/m;
单侧腹板混凝土每延米均布荷载为:
(6.953×26×1.2+2.5×1.2×1.2)/1.2=220.533/1.2=183.77KN/m;
单侧底板段混凝土每延米均布荷载为:
(3.163×26×1.2+2.5×4×1.2)/4=110/4=27.67KN/m;
单侧内模顶板段混凝土每延米均布荷载为:
(5.34×26×1.2+2.5×45×1.2)/4=178.6/4=44.65KN/m。
0#块荷载横向分布图
2.2.支架检算:
边跨采取钢管支架现浇施工,支架布置型式详见附后的钢管支架布置图。
边跨现浇段总长6.8m,现浇段对应的墩身顺桥向长2.3m,因此在计算中假定:
与墩身相对应的部分2.3m直接作用于墩身上,外侧的4.5m梁段通过钢管支架施工。
由于截面形式变化,在支架受力范围内,本次计算取等效箱梁截面,总面积23.97m2。
2.2.1腹板下方木检算
腹板下10×10cm方木。
方木下I10工字钢分配梁最大间距为0.6米。
方木弹性模量E=1.0×104Mpa,[σ]=13Mpa/1.3=10Mpa(取自《木结构规范》,红松);
按均布荷载考虑,横向取1m计算。
(1)弯矩
根据荷载加载情况进行求解得到如下图所示的弯矩图,最大弯矩为6.75KN.m。
方木下工字钢间距为60cm。
σ=
=
=6.07Mpa<10Mpa,方木按15cm间距布置,满足要求。
(2)剪力
纵梁所受剪力如上图所示,最大值为Q=64.85KN。
τ=
=64.85×1000×3÷10000÷2÷100×15=1.45Mpa<1.6Mpa,满足要求。
(3)支座反力
(3)位移
方木最大扰度为0.28mm<600/400=1.5mm。
满足要求
方木支撑在工字钢分配梁之上,支座反力实际上就是分配梁受到的压力,在上部荷载作用下,其支座反力最大值122.58KN,即由内往外第8排分配梁受力最大。
2.2.2空箱下方木检算
腹板下10×10cm方木。
方木下I10工字钢分配梁最大间距为0.6米。
方木弹性模量E=1.0×104Mpa,[σ]=13Mpa/1.3=10Mpa(取自《木结构规范》,红松);
按均布荷载考虑,横向取1m计算。
(1)弯矩
根据荷载加载情况进行求解得到如下图所示的弯矩图,最大弯矩为2.66KN.m。
方木下工字钢间距为60cm。
σ=
=
=3.98Mpa<10Mpa,方木按25cm间距布置,满足要求。
(2)剪力
方木所受剪力如上图所示,最大值为Q=25.525KN。
τ=
=25.52×1000×3÷10000÷2÷4=0.95Mpa<1.6Mpa,满足要求。
(3)支座反力
(3)位移
方木最大扰度为0.15mm<600/400=1.5mm。
满足要求
方木支撑在工字钢分配梁之上,支座反力实际上就是分配梁受到的压力,在上部荷载作用下,其支座反力最大值48.24KN,即由内往外第8排分配梁受力最大。
2.2.3工字钢分配梁检算
根据2.2.1节与2.2.2算得的方木受力情况,可知方木所受反力所占的比例,可计算得到每排方木传递到分配梁上的力,如下表所示
各排分配梁受力情况表
序号
分配梁编号
腹板下分配梁(KN/m)
空箱下分配梁(KN/m)
备注
1
I1
24.96
9.82
2
I2
101.98
40.13
3
I3
112.38
44.22
4
I4
109.75
43.19
5
I5
110.17
43.35
6
I6
111.1
43.72
7
I7
106.96
42.09
8
I8
122.58
48.24
9
I9
27.03
10.64
可知,I8受力最大只需对I8进行检算。
2.2.3.1I8分配梁检算
横桥向分配梁间距60cm;分配梁为I10工字钢,分配梁支撑在碗扣架顶托上,腹板下立杆间距0.3米,底板下纵梁间距0.6米,分配梁按连续梁检算。
腹板下均布恒载:
q1=117.47KN/m;
底板下均布恒载:
q2=45.528KN/m;
经结构力学求解器计算弯矩如下:
弯矩图(KN*m)
最大弯应力σ=
=
=30Mpa<215Mpa,满足要求。
经结构力学求解器计算剪力如下:
剪力图(KN)
最大剪应力τ=
=21.24×1000÷85.9÷4.5=54Mpa<85Mpa,满足要求。
挠度检算:
位移图(mm)
最大挠度为0.04mm<600/400=1.5mm,满足要求。
荷载反力(KN)
2.2.3.2φ48×3.5mm立杆承载力检算
由上表可知最大压力为2号杆N=40.13KN
根据压杆稳定条件,
计算得支撑钢管容许N值:
直径48.3mm的钢管的回转半径为:
i=1.598l=1027mm
,
查表得Q345的折减系数值为:
0.981(《冷弯薄壁型钢结构技术规范》-GB50018)
其中:
Q345的强度值
为300N/mm2(《冷弯薄壁型钢结构技术规范》-GB50018)
2.2.3.3I20分配梁检算
纵桥向分配梁间距60cm;分配梁为I10工字钢,分配梁支撑在贝雷片上,B1、B2间距为45cm,其余,底板下纵梁间距0.6米,分配梁按连续梁检算。
由力学求解器建立模型如下图:
受力图
由上图可知每片贝雷梁受上部荷载情况,从左至右列表显示如下:
贝雷梁受力情况表
序号
贝雷梁编号
受力情况KN
备注
1
B1
25.7
2
B2
15.6
3
B3
69.2
4
B4
36.3
5
B5
32.7
6
B6
33.4
7
B7
33.8
8
B8
37.2
9
B9
44
10
B10
37.2
11
B11
33.8
12
B12
33.4
13
B13
32.7
14
B14
36.1
15
B15
68.9
16
B16
15.7
17
B17
25.7
由上表可知,贝雷梁所受最大力为69.2KN,位于腹板下,贝雷梁编号为B3和B15。
2.2.4贝雷梁纵梁检算
腹板下纵梁受力最大值为69.2KN,只需检算腹板下纵梁B3进行检算。
贝雷梁自重1KN/m,则腹板下纵梁B3恒载分布如下:
经结构力学求解器计算弯矩图如下:
最大弯矩167.33KN.m<[M]=788.2,满足要求。
经结构力学求解器计算剪力图如下:
最大剪力205.31KN<[Q]=245.2,满足要求。
挠度检算:
最大挠度为0.5mm<750/400=1.87mm,,满足要求。
经结构力学求解器计算反力如下:
荷载反力(KN)
2.2.5钢管柱顶横向分配梁检算
根据2.2.3节算得的每排贝雷梁受力情况,以及2.2.5节算得的贝雷梁下部反力所占的比例,可计算得到每排贝雷梁传递到横向分配梁上的力,如下表所示
各片贝雷梁受力情况表
序号
贝雷梁编号
受力情况(KN/m)
内侧分配梁反力(KN)
外侧分配梁反力(KN)
备注
1
B1
25.7
102.13
79.44
2
B2
15.6
61.99
48.22
3
B3
69.2
275.00
213.89
4
B4
36.3
144.26
112.20
5
B5
32.7
129.95
101.07
6
B6
33.4
132.73
103.24
7
B7
33.8
134.32
104.47
8
B8
37.2
147.83
114.98
9
B9
44
174.86
136.00
10
B10
37.2
147.83
114.98
11
B11
33.8
134.32
104.47
12
B12
33.4
132.73
103.24
13
B13
32.7
129.95
101.07
14
B14
36.1
143.46
111.58
15
B15
68.9
273.81
212.96
将上表所示外侧分配梁上的力按下图所示加载到横向分配梁上:
横向分配梁受力图示
钢管柱顶部的横向分配梁采用双拼I45a工字钢。
经结构力学求解器计算弯矩图如下:
弯矩图(KN*m)
最大弯应力σ=
=
=127.9Mpa<215Mpa,满足要求。
经结构力学求解器计算剪力如下:
剪力图(KN)
最大剪应力τ=
=382.25×1000÷386÷11.5÷2=43.05Mpa<85Mpa,满足要求。
挠度检算:
位移图(mm)
最大挠度为4.2mm<5200/400=13mm,满足要求。
经结构力学求解器计算反力如下:
荷载反力(KN)
将上表所示内侧分配梁上的力按下图所示加载到横向分配梁上:
横向分配梁受力图示
钢管柱顶部的横向分配梁采用双拼I45a工字钢。
经结构力学求解器计算弯矩图如下:
弯矩图(KN*m)
最大弯应力σ=
=
=164.45Mpa<215Mpa,满足要求。
经结构力学求解器计算剪力如下:
剪力图(KN)
最大剪应力τ=
=491.48×1000÷386÷11.5÷2=55.3Mpa<85Mpa,满足要求。
挠度检算:
位移图(mm)
最大挠度为3.6mm<5200/400=13mm,满足要求。
经结构力学求解器计算反力如下:
荷载反力(KN)
钢管支柱所受最大力为1119.51KN,为内侧中间的钢管支柱。
2.2.6、砂筒受力验算
根据贝雷梁传递荷载表(如下表所示),单个砂筒受力最大为R=1119.5KN,取1200KN进行砂筒设计。
砂筒顶心顶板为20mm厚钢板,顶心侧壁为10mm厚钢板,顶心内灌入C40混凝土,增加顶心的刚度,由于顶心刚度较大,此处不予计算。
砂筒外筒侧壁采用12mm厚钢板进行制作,底板为20mm厚钢板,砂筒侧壁开80*80mm漏砂口,漏砂口采用12mm厚钢板配合20mm直径的螺栓将其固定在砂筒外壁上。
由于外筒底板下支垫了30mm厚的钢板,此处不考虑底板计算,只计算侧壁受力情况。
砂筒图例及计算公式:
(1)外筒壁板受力计算
查国标,对于钢材的强度设计值,由δ=10mm≤22mm,则[σ]钢板=215MPa.
上部结构传到砂筒底部的力由砂筒的侧壁承受,砂筒侧壁承受的最大拉力为
式中:
——顶心底至底板顶之间的高度,110mm;
——外筒的净宽,350mm;
——顶心宽度,340mm;
——顶心长度,340mm;
F——砂筒受到的外部荷载,1200KN。
砂筒壁所受到的最大拉应力为
(满足)
式中:
——砂筒所受外力,1200KN;
——钢板厚度,12mm;
——外筒筒壁应力;
——钢材的设计强度。
(2)外筒侧壁焊缝验算
为安全起见假设上部传下来的力通过顶心挤压砂子而产生的侧压力,全部由侧板两侧的角焊缝来承受,焊条采用E50型,焊脚尺寸
砂筒侧壁承受的最大拉力由3.1计算得
(满足)
2.2.7钢管立柱检算
现浇段设两排立柱,每排立柱采用3根φ630mm,壁厚10mm钢管,第一排支承于承台上,第二排支承在条形基础上,其布置见总图。
根据2.2.6节中横向分配梁的反力图,内侧中间的钢管受力最大,单根钢管所承受最大压力F=1119.51KN,φ630mm,壁厚10mm钢管截面特性:
E=2.1×105Mpa;I=936155325mm4;i=219mm;A=19478mm2。
钢管总长按照84#墩最高钢管柱11m进行计算,中间设四道连接,见图。
钢管立柱稳定检算:
钢管立柱按一端自由,一端固结考虑。
μ=2.0,根据欧拉公式:
λ=μL/i=2×11000/219=50.22<150
稳定性满足要求。
查表得:
杆件折减系数Φ=0.852
单根钢管自重=16.81KN
σ=F/A×Φ=(1119.51+16.81)kN/0.852/19478mm2=68.4Mpa<[σ]=170Mpa;满足要求。
为增加其稳定性,在钢管立柱间增设一道连接,见附图。
2.2.8基底承载力计算
外侧一排支架三根钢管立柱的总受力:
P1=509.9×2+870.7+16.81×3=1940.93KN。
C25砼基础尺寸为:
12×2.0×1.0m,基础自重:
P2=12×2×1.0×26=624KN。
条形基础总受力:
P=P1+P2=1940.93+624=2564.93KN。
基底承载力计算:
σ=P/A=2564.93/10/2=128Kpa。
基底处理方案:
设计地质资料显示该基坑表层为粉质粘土层,需采用碎石进行换填处理,并采用小型打夯机进行夯实,夯实后的地基承载应不小于150kpa。
为确保基底均匀受力,条形基础顶面底面均采用构造配筋,主筋采用φ20螺纹钢筋,间距20cm,箍筋采用φ10圆钢,间距25cm。
2.2.9内模支架检算
2.2.9.1内模方木(次楞)检算
内模支架方木间距0.25米,次楞下主楞方木分配梁最大间距为0.6米。
方木弹性模量E=1.0×104Mpa,[σ]=13Mpa/1.3=10Mpa(取自《木结构规范》,红松)
方木w=bh2/6=166.7cm3,I=bh3/12=833.3cm4
恒载自重q1=23.25×0.25=5.81KN/m
最大弯矩Mmax=1/8×qL2=1/8×5.81×0.62=0.261kN·m
σMmax/w=0.261kN·m/166.7cm3=1.56Mpa<[σ]=13Mpa/1.3=10Mpa满足要求。
f=5qL4/384×E×I
=5×5.81×0.64/384×1.0×104Mpa×833.3cm4=0.11mm检算剪应力:
Qmax=qL/2=5.81×0.6/2=1.74KN
SX=1/4×100×1002=0.25×106mm3
中性轴:
τmax=
=
=0.261MPa<[τ]=1.6MPa,
2.2.9.2方木分配梁(主楞)检算
横桥向分配梁间距60cm,纵桥向间距0.6m;分配梁支撑48×3.5在架管顶托上,分配梁按简支梁检算。
均布恒载:
q=23.25×0.6=13.95KN/m
σ=Mmax/w=0.125×13.95×0.6×0.6kN·m/166700mm3=3.76Mpa<[σ]=13Mpa/1.3=10Mpa,满足要求。
f=5qL4/384×E×I=5×13.95×0.64/384×2.1×105Mpa×833.3cm4=0.013mm检算剪应力:
Qmax=qL/2=13.95×0.6/2=4.18KN
SX=1/4×100×1002=0.25×106mm3
中性轴:
τmax=
=
=0.627MPa<[τ]=1.6MPa,
2.2.9.3φ48×3.5mm立杆承载力检算
立杆承载力:
Nmax=13.95×0.6=8.37KN
扣件式脚手架立杆采取对接方式,步距1200mm,立杆荷载[P]=30KN,满足要求。
2.2.10翼板支架检算
翼板支架采用定型钢模,但荷载较小,不再检算。