桥梁结构计算书.docx

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桥梁结构计算书

邢庄桥支撑系统结构计算书

一、编制依据

1.1、邢庄桥设计建筑施工图和结构施工图。

1.2、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（2002年版）

1.3、建筑施工模板安全技术规范（JGJ162-2008）

1.4、建筑结构荷载规范（GB50009-2001）

1.5、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）

1.6、钢结构设计规范（GB50017-2003）

1.7、建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）

1.8、建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）

1.5、结构工程师实务手册

1.6、结构工程师计算手册

1.7、建筑施工计算手册（江正荣著）

1.8、建筑结构工程师手册

1.9、建设工程安全生产管理条例

1.10、装配式公路钢桥多用途使用手册

二、结构设计概况

2.1钢管桩基础设计

钢管桩采用Φ400钢管桩，单根原长为13m。

钢管桩外径为406.4mm，内径为388.4mm，壁厚为9mm，断面积为112.3cm2。

由于东风渠渠底标高约为80m，钢管桩外露3.5m，入土深度9.5m，钢管桩顶标高为83.5m。

经观测2009年雨季东风渠最大水位为83m，可保证钢管桩上部结构不受水流作用影响。

桩顶端设置加强箍，并按具体需要焊接钢板以保证与贝雷梁之间的螺栓连接。

钢管桩在东风渠水流方向设置位置对应箱梁腹板位置，最大间距为3920mm。

钢管桩在东风渠横截面方向设置间距为12.460m，即40m跨中间产生两个支点，以尽量减少在顺水流方向支柱对泄洪的不利影响。

对应承台位置柱两侧在承台上生根设置钢管桩，该位置若不在承台上仍设置进入地基中的13m原长钢管桩。

2.2贝雷梁平台结构设计

贝雷梁采用HD200型钢桥或321型钢桥不加强双排单层贝雷片组合而成，HD200型钢桥每榀贝雷片其允许内力M=2027.2KN·m，V=435.3KN，每节重量按57.4KN考虑。

321型钢桥每榀贝雷片其允许内力M=1576.4KN·m，V=490.5KN，每节重量也按57.4KN考虑。

贝雷梁在东风渠横截面方向设置，每两根钢管桩之间12.460m范围内为4榀长3115mm的贝雷片拼接而成。

在每幅20m箱梁范围内设置7榀贝雷梁，位置对应四箱箱梁的5个腹板位置和两悬挑翼缘边沿，各榀贝雷梁的最大间距为3920mm。

见图2-1。

图2-1贝雷梁平台布置剖面示意图

贝雷梁上部垂直贝雷梁方向布设20号工字钢，工字钢与贝雷梁采用螺栓连接。

工字钢布设排距为900mm，保证每根支架立杆作用于工字钢上。

工字钢采用两根原长12m的构件，并且端头对应焊接成整体，且焊接位置在正中间腹板位置，下有贝雷梁作为支点，长度正好满足每幅箱梁斜线距21.560m的要求。

由于支点最大间距为3920mm，可确保单根12m工字钢实际上可按照多跨连续梁进行设计，计算中单根工字钢采用简支梁设计，从而大大增加了设计的安全系数。

如下图，按简支计算时明显M2大于M1。

图2-2工字钢布置简图

图2-3单根工字钢实际受力简图

图2-4单根工字钢计算受力简图

2.3上部模板支撑系统结构设计

对每幅20m箱梁截面（图2-5）进行简化，将箱型截面等截面代换为梁板截面，代换图如图2-6所示。

在每根20号工字钢上布设钢管脚手架立杆，立杆横向间距依次为900、900、900、442.5、442.5（腹板1）、1011、1011、1011、442.5、442.5（腹板2）、1011、1011、1011、442.5、442.5（腹板3）、1011、1011、1011、442.5、442.5（腹板4）、1011、1011、1011、442.5、442.5（腹板5）、900、900、900。

其中最外一根立杆超出结构外边沿206mm，以保证模板支撑系统最外边沿牢固可靠。

立杆纵向间距按照工字钢布设排距900mm控制，但腹板处（即截面代换后梁下位置）立杆纵向间距按排距450mm控制。

立杆高度约为1.5～2m，在立杆底部100mm处设置横向扫地杆，最大步距不超过1.5m。

图2-5支架立杆布置位置示意图

图2-6代换成梁板截面后支架立杆布置位置示意图

模板均采用12mm厚木胶合板，次楞采用50×100方木，次楞间距250mm，且在腹板位置次楞不少于3根。

主楞采用Φ48×3.5双钢管依工字钢平行布置，主楞间距按照工字钢布设排距900mm控制，腹板处（即截面代换后梁下位置）主楞间距按照排距450mm控制。

钢管立杆顶部采用升降头扣住双钢管主楞，从而共同形成模板支撑系统。

三、模板支撑架体计算

3.1架体布设后计算要点分析

由于对每幅20m箱梁截面进行简化，将箱型截面等截面代换为梁板截面。

梁截面尺寸为485×2000mm，板最大厚度为220+220=440mm。

布设时在梁下（即箱梁腹板位置）立杆间距为442.5×450mm，板处最大立杆间距为1011×900mm，在此条件下验算模板、方木、水平双钢管、钢管立杆稳定性和承载力是否满足要求。

模板、方木、横向双钢管按三跨连续梁进行计算。

3.2箱梁腹板位置立杆间距442.5×450mm受力验算

该工程结构为钢筋混凝土连续箱梁。

梁高h1取为2m，空腹处顶、底板厚分别为22cm、22cm。

将箱型截面等截面代换为梁板截面。

3.2.1参数分析

（a）模板支架参数

梁截面宽度:

0.485m（按0.49m考虑）；梁截面高度:

2m；模板支架高度H:

1.5m；板厚度:

0.44m；立杆跨度方向间距la:

0.45m；梁下立柱间距lb:

0.4425m,共有3根立柱；水平杆最大步距:

按1.5m考虑；梁底面板下次楞采用：

方木支撑；钢管按φ48×3.0计算；面板采用：

12mm厚竹胶合板

（b）荷载参数

永久荷载标准值：

模板与小楞自重（G1k）：

0.35kN/m2；每米立杆承受结构自重:

0.09kN/m；新浇筑砼自重（G2k）：

24kN/m3；钢筋自重（G3k）：

1.5kN/m3；

可变荷载标准值：

施工人员及设备荷载（Q1k）:

1kN/m2；振捣砼对水平面模板荷载（Q2k）：

2kN/m2；振捣砼对垂直面模板荷载（Q2k）：

4kN/m2；倾倒砼对梁侧模板产生水平荷载（Q3k）：

4kN/m2；

（c）新浇砼对模板侧压力标准值计算

新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力标准值，按下列公式计算，并取其中的较小值:

F=0.22γct0β1β2

=0.22×24×0.5×1.2×1.2×1.22=4.638kN/m2

F=γcH=24×2=48.000kN/m2

其中γc--混凝土的重力密度，取24kN/m3；

t0--新浇混凝土的初凝时间，取0.5小时；

V--混凝土的浇筑速度，取1.5m/h；

H--混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度，取2m；

β1--外加剂影响修正系数，取1.2；

β2--混凝土坍落度影响修正系数，取1.2。

根据以上两个公式计算，新浇筑混凝土对模板的侧压力标准值取较小值4.638kN/m2。

3.2.2梁侧模板面板计算（即箱梁箱室的支撑）

面板采用竹胶合板，厚度为12mm，按简支跨计算,验算跨中最不利抗弯强度和挠度。

取主楞间距0.50m作为计算单元。

面板的截面抵抗矩W=50.00×1.2×1.2/6=12.000cm3；

截面惯性矩I=50.00×1.2×1.2×1.2/12=7.200cm4；

（a）强度验算

1、计算时两端按简支板考虑，其计算跨度取支承面板的次楞间距，L=0.20m。

2、荷载计算

新浇筑混凝土对模板的侧压力标准值G4k=4.638kN/m2，振捣砼对侧模板产生的荷载标准值Q2K=4kN/m2。

均布线荷载设计值为：

q1=0.9×[1.2×4638+1.4×4000]×0.50=5025N/m

q1=0.9×[1.35×4638+1.4×0.7×4000]×0.50=4582N/m

根据以上两者比较应取q1=5025N/m作为设计依据。

3、强度验算

施工荷载为均布线荷载：

M1=

q1l2

5025×0.202

=25.13N·m

面板抗弯强度设计值f=35N/mm2；

σ=

Mmax

25.13×103

=2.09N/mm2

12.000×103

面板强度满足要求!

（b）挠度验算

验算挠度时不考虑可变荷载值，仅考虑永久荷载标准值，故其作用效应的线荷载计算如下：

q=0.50×4638=2319N/m=2.319N/mm；

面板最大容许挠度值:

200.00/250=0.80mm；

面板弹性模量:

E=9000N/mm2；

ν=

5ql4

5×2.319×200.004

=0.075mm<0.80mm

384EI

384×9000×7.200×104

满足要求!

3.2.3梁侧模板次楞计算

次楞采用木楞，宽度:

40mm高度:

60mm间距：

0.2m截面抵抗矩W和截面惯性矩I分别为:

截面抵抗矩W=4.0×6.0×6.0/6=24.000cm3；

截面惯性矩I=4.0×6.0×6.0×6.0/12=72.000cm4；

（a）强度验算

1、次楞承受模板传递的荷载，按均布荷载作用下三跨连续梁计算，其计算跨度取主楞间距，L=0.5m。

次楞计算简图l=0.5m

2、荷载计算

新浇筑混凝土对模板的侧压力标准值G4k=4.638kN/m2，振捣砼对侧模板产生的荷载标准值Q2K=4kN/m2。

均布线荷载设计值为：

q1=0.9×[1.2×4638+1.4×4000]×0.2=2010N/m

q2=0.9×[1.35×4638+1.4×0.7×4000]×0.2=1833N/m

根据以上两者比较应取q=2010N/m作为设计依据。

3、强度验算

计算最大弯矩：

Mmax=0.1ql2=0.1×2.010×0.52=0.050kN·m

最大支座力：

1.1ql=1.1×2.010×0.5=1.11kN

次楞抗弯强度设计值[f]＝17N/mm2。

σ=

Mmax

0.050×106

2.083N/mm2<17N/mm2

24.000×103

满足要求!

（b）挠度验算

验算挠度时不考虑可变荷载值，仅考虑永久荷载标准值，故其作用效应的线荷载计算如下：

q=4638×0.2=928N/m=0.928N/mm；

次楞最大容许挠度值：

l/250=500/250=2.0mm；

次楞弹性模量:

E=10000N/mm2；

ν=

0.677ql4

0.677×0.928×5004

=0.055mm<2.0mm

100EI

100×10000×72.000×104

满足要求!

3.2.4梁侧模板主楞计算

主楞采用钢管双根，截面类型为:

圆钢管48×3.0，间距：

0.50m，截面抵抗矩W和截面惯性矩I分别为:

截面抵抗矩W=4.49cm3；

截面惯性矩I=10.78cm4；

（a）强度验算

1、主楞承受次楞传递的集中荷载P=1.11kN，按集中荷载作用下三跨连续梁计算，其计算跨度取穿梁螺栓间距，L=0.4m。

主楞计算简图（kN）

主楞弯矩图（kN.m）

2、强度验算

最大弯矩Mmax=0.078kN·m

主楞抗弯强度设计值[f]＝205N/mm2。

σ=

Mmax

0.078×106

8.686N/mm2<205N/mm2

W×2

4.490×103×2

满足要求!

（b）挠度验算

验算挠度时不考虑可变荷载值，仅考虑永久荷载标准值，其作用效应下次楞传递的集中荷载P=0.510kN，主楞弹性模量:

E=206000N/mm2。

主楞最大容许挠度值：

l/250=400/250=1.6mm；

经计算主楞最大挠度Vmax=0.008mm<1.6mm。

满足要求!

3.2.5对拉螺栓计算

对拉螺栓轴力设计值：

N＝abFs

a——对拉螺栓横向间距；b——对拉螺栓竖向间距；

Fs——新浇混凝土作用于模板上的侧压力、振捣混凝土对垂直模板产生的水平荷载或倾倒混凝土时作用于模板上的侧压力设计值：

Fs=0.95（rGG4k＋rQQ2k）=0.95×（1.2×4.638+1.4×4）=10.61kN。

N=0.50×0.40×10.61=2.12kN。

对拉螺栓可承受的最大轴向拉力设计值Ntb：

Ntb=AnFtb

An——对拉螺栓净截面面积

Ftb——螺栓的抗拉强度设计值

本工程对拉螺栓采用M12，其截面面积An=76.0mm2，可承受的最大轴向拉力设计值Ntb=12.92kN>N=2.12kN。

满足要求!

3.2.6梁底模板面板计算

面板采用竹胶合板，厚度为12mm。

取梁底横向水平杆间距0.45m作为计算单元。

面板的截面抵抗矩W=45.00×1.2×1.2/6=10.800cm3；

截面惯性矩I=45.00×1.2×1.2×1.2/12=6.480cm4；

（a）强度验算

1、梁底次楞为3根，面板按连续梁计算，其计算跨度取梁底次楞间距，L=0.245m。

2、荷载计算

作用于梁底模板的均布线荷载设计值为：

q1=0.9×[1.2×（24×2+1.5×2+0.35）+1.4×2]×0.45=26.09kN/m

q1=0.9×[1.35×（24×2+1.5×2+0.35）+1.4×0.7×2]×0.45=28.87kN/m

根据以上两者比较应取q1=28.87kN/m作为设计依据。

计算简图（kN）

弯矩图（kN.m）

经过计算得到从左到右各支座力分别为：

N1=2.652kN;N2=8.841kN;N3=2.652kN;

最大弯矩Mmax=0.217kN.m

梁底模板抗弯强度设计值[f]（N/mm2）=35N/mm2；

梁底模板的弯曲应力按下式计算：

σ=

Mmax

0.217×106

20.093N/mm2<35N/mm2

10.800×103

满足要求!

（b）挠度验算

验算挠度时不考虑可变荷载值，仅考虑永久荷载标准值，故其作用效应的线荷载计算如下：

q=0.45×（24×2＋1.5×2＋0.35）=23.11kN/m；

计算简图（kN）

面板弹性模量:

E=9000N/mm2；

经计算，最大变形Vmax=0.744mm

梁底模板的最大容许挠度值:

245/250=1.0mm；

最大变形Vmax=0.744mm<1.0mm

满足要求!

3.2.7梁底模板次楞计算

本工程梁底模板次楞采用方木，宽度50mm，高度100mm。

次楞的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W=5.0×10.0×10.0/6=83.333cm3；

I=5.0×10.0×10.0×10.0/12=416.667cm4；

（a）强度验算

最大弯矩考虑为永久荷载与可变荷载的计算值最不利分配的弯矩和，取受力最大的次楞，按照三跨连续梁进行计算，其计算跨度取次楞下水平横杆的间距，L=0.45m。

次楞计算简图l=0.45m

荷载设计值q=8.841/0.45=19.647kN/m；

最大弯距Mmax=0.1ql2=0.1×19.647×0.452=0.398kN.m；

次楞抗弯强度设计值[f]=17N/mm2；

σ=

Mmax

0.398×106

=4.776N/mm2<17N/mm2

83.333×103

满足要求!

（b）挠度验算

次楞最大容许挠度值：

l/250=450/250=1.8mm；

验算挠度时不考虑可变荷载值，只考虑永久荷载标准值:

q=7.077/0.45=15.727N/mm；

次楞弹性模量:

E=10000N/mm2；

ν=

0.677ql4

0.677×15.727×4504

=0.105mm<1.8mm

100EI

100×10000×416.667×104

满足要求!

3.2.8梁底横向水平杆计算

横向水平杆按照集中荷载作用下的连续梁计算。

集中荷载P取梁底面板下次楞传递力。

计算简图（kN）

弯矩图（kN.m）

经计算，从左到右各支座力分别为：

N1=0.985kN;N2=12.177kN;N3=0.985kN;

最大弯矩Mmax=0.212kN.m；

最大变形Vmax=0.098mm。

（a）强度验算

支撑钢管的抗弯强度设计值[f]（N/mm2）=205N/mm2；；

支撑钢管的弯曲应力按下式计算：

σ=

Mmax

0.212×106

=47.216N/mm2<205N/mm2

4.49×103

满足要求!

（b）挠度验算

支撑钢管的最大容许挠度值:

l/150=445/150=3.0mm或10mm；

最大变形Vmax=0.098mm<3.0mm

满足要求!

3.2.9扣件抗滑移计算

水平杆传给立杆竖向力设计值R=12.177KN,由于采用顶托，不需要进行扣件抗滑移的计算。

3.2.10扣件式钢管立柱计算

（a）风荷载计算

因在室外露天支模，故需要考虑风荷载。

基本风压按河南郑州市10年一遇风压值采用，ω0=0.3kN/m2。

风压高度变化系数µz=1。

模板支架计算高度H=5m，按地面粗糙度B类　田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

计算风荷载体形系数：

将模板支架视为桁架，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》表7.3.1第32项和36项的规定计算。

模板支架的挡风系数=1.2×An/（la×h）=1.2×0.104/（0.45×1.5）=0.185

式中An=（la+h+0.325lah）d=0.104m2

An----一步一跨内钢管的总挡风面积。

la----立杆间距，0.45m

h-----步距，1.5m

d-----钢管外径，0.048m

系数1.2-----节点面积增大系数。

系数0.325-----模板支架立面每平米内剪刀撑的平均长度。

单排架无遮拦体形系数：

µst=1.2=1.2×0.185=0.22

无遮拦多排模板支撑架的体形系数：

µs=µst

1-ηn

=0.22

1-0.8710

=1.27

1-η

1-0.87

η----风荷载地形地貌修正系数。

n----支撑架相连立杆排数。

风荷载标准值ωk=µzµsω0=1×1.27×0.3=0.381kN/m2

风荷载产生的弯矩标准值：

Mw=

0.92×1.4ωklah2

0.92×1.4×0.381×0.45×1.52

=0.044kN·m

（b）立柱轴心压力设计值N计算

上部梁传递的最大荷载设计值：

12.177kN；

立柱承受支架自重：

1.2×2×0.09=0.216kN

立柱轴心压力设计值N：

12.177+0.216=12.393kN；

（c）钢管立杆稳定性计算

钢管立杆的稳定性计算公式:

≤f

N----轴心压力设计值（kN）：

N=12.393kN；

φ----轴心受压稳定系数,由长细比λ=Lo/i查表得到；

L0---立杆计算长度（m），L0=h，h为纵横水平杆最大步距，，L0=1.5m。

i----立柱的截面回转半径（cm）,i=1.59cm；

A----立柱截面面积（cm2）,A=4.24cm2；

Mw----风荷载产生的弯矩标准值；

W----立柱截面抵抗矩（cm3）：

W=4.49cm3；

f----钢材抗压强度设计值N/mm2,f=205N/mm2；

立杆长细比计算：

λ=Lo/i=150.0/1.59=94<150，长细比满足要求!

。

按照长细比查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.594；

12.393×103

0.044×106

=49.207+9.800=59.007N/mm2

0.594×4.24×102

4.49×103

钢管立杆稳定性满足要求!

3.2.11计算结论

根据计算结果得出，在箱梁485×2000mm腹板位置布设3排钢管立杆，其间距为442.5mm，钢管立杆排距为450mm。

钢管立杆均作用于20号工字钢和贝雷梁上，所有的杆件布置受力计算均满足要求。

3.3箱梁箱体位置立杆间距1011×900mm受力验算

在箱梁箱体位置立杆间距为1011×900mm，箱体板厚共440mm，在每幅箱梁两边悬挑结构立杆间距为900×900mm，此处悬挑板平均厚度为325mm。

在计算时按照立杆间距最大且板最厚为选取原则，故选择立杆间距为1011×900mm，箱体板厚为440mm部分进行验算。

3.3.1参数分析

（a）模板与支架搭设参数

模板支架搭设高度H按2m考虑；立杆纵距la：

1.01m；立杆横距lb：

0.9m；水平杆最大步距h按1.5m考虑；

面板采用：

木胶合板，厚度：

12mm；支撑面板的次楞梁采用：

方木支撑；间距：

0.25m；主楞梁采用：

双钢管φ48×3.0；钢管均按φ48×3.0计算。

（b）荷载参数

永久荷载标准值：

楼板厚度：

0.44m；新浇筑砼自重（G2k）：

24kN/m3；钢筋自重（G3k）：

1kN/m3；模板与小楞自重（G1k）：

0.3kN/m2；每米立杆承受架体自重:

0.123kN/m

可变荷载标准值：

施工人员及设备荷载（Q1k），当计算面板和直接支承面板的次楞梁时，均布荷载取：

2.5kN/m2，再用集中荷载2.5kN进行验算，比较两者所得的弯矩取其大值。

当计算直接支承次楞梁的主楞梁时，均布荷载标准值取1.5kN/m2，当计算支架立柱时，均布荷载标准值取1kN/m2。

振捣砼时荷载标准值（Q2k）：

2kN/m2。

3.3.2模板面板计算

面板采用木胶合板，厚度为12mm，按简支跨计算,验算跨中最不利抗弯强度和挠度。

取单位宽度1m的面板作为计算单元。

面板的截面抵抗矩W=100×1.2×1.2/6=24.000cm3；

截面惯性矩I=100×1.2×1.2×1.2/12=14.400cm4；

（a）强度验算

1、计算时两端按简支板考虑，其计算跨度取支承面板的次楞间距，L=0.25m。

2、荷载计算

取均布荷载或集中荷载两种作用效应考虑，计算结果取其大值。

均布线荷载设计值为：

q1=0.9×[1.2×（24000×0.44+1000×0.44+300）+1.4×2500]×1=15354N/m

q1=0.9×[1.35×（24000×0.44+1000×0.44+300）+1.4×0.7×2500]×1=15935N/m

根据以上两者比较应取q1=15935N/m作为设计依据。

集中荷载设计值：

模板自重线荷载设计值q2=0.9×1×1.2×300=324N/m

跨中集中荷载设

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