广卫立交F5支架设计及验算.docx

1、广卫立交F5支架设计及验算广卫立交匝道F5连续梁满堂支架验算一、设计概况广卫立交F5联上跨广福路右侧辅道，15#-19#墩之间，为20+27+27+22米四跨设计，在15#、19#墩处为上牛腿设计。F5联匝道桥采用直腹箱形截面预应力混凝土连续梁,梁体高度为1.5m, 箱梁底宽4m，顶宽9m，顶、底板厚度均为20cm,于支点处渐变至40cm,腹板厚度45cm,于支点处渐变至70cm。中横梁宽度2.0m，中隔板厚20cm，渐变段长度3m。二、支架设计本联在16#-17#墩广福路辅道与跑马寺交叉口采用钢管贝雷梁支架。贝雷梁支架与桥横向成42.5夹角，两排贝雷梁垂直距离为9.5m。贝雷梁顶安装垂直贝雷

2、梁的56a工字钢分配梁（工字钢长14m），工字钢与桥横向成33.56夹角。工字钢顶再满铺竹胶板，竹胶板上铺设垂直桥方向的1010cm方木。方木顶安装满堂碗扣支架，碗扣支架横桥向间距：梁底为0.6m，翼缘板处为0.9m；顺桥向间距均为0.9m。其它段碗扣支架顺桥向间距：跨中截面处为0.9m，牛腿和横梁段为0.6m；横桥向间距：牛腿和横梁段为0.6m、跨中截面梁底为0.6m，翼缘板处为0.9m。纵横水平杆步距为1.2m。碗扣支架底部和顶部均采用可调底托和顶托，底托和顶托外露长度不大于螺旋杆的三分之一。可调顶托上铺设横桥向15cm15cm方木，横向方木上顺桥向铺设10cm10cm的方木，间距为20c

3、m；顺桥向方木上再铺设厚度为1.2cm的竹胶板作为底模。钢管基础采用C30砼扩大基础,基础尺寸为：长200宽100高120cm。支撑钢管规格为5009，每侧2根，钢管中心间距为90cm。钢管顶横向设置双拼25工字钢作为枕梁，枕梁上部设置贝雷梁，1#贝雷梁采用4片一组，长24m，贝雷梁中心间距为45+15+45cm共需贝雷梁52片;2#贝雷梁采用4片一组，长15m，贝雷梁中心间距为45+15+45cm。本方案只对广福路与跑马寺交叉路口钢支架和F17墩横梁满堂支架进行验算，其余段满堂碗扣支架同其他联，强度及稳定性满足要求。三、支架验算计算参数1、梁体混凝土容重：26.0kN/m3 ；2、混凝土超重

4、系数：1.05；3、钢材弹性模量取：2.1105 MPa；4、方木弹性模量取：9103MPa；（杉木）5、每片贝雷梁自重：2.7 kN；6、杆件承担混凝土重的弹性挠度取构件跨度的L/400；7、施工人员荷载取：2.5 kN/m3；8、C30素混凝土容量：25.0 kN/m3； 9、安全系数取值:满堂脚手钢管应力安全系数取1.4稳定安全系数1.5贝雷梁、工字钢应力安全系数取：1.5；10、应力取值：A3钢：轴=140MPa，弯=145MPa,=85MPa;方木：弯=13MPa，=2.0MPa；贝雷梁：弯=273MPa，=208MPa；四、钢支架受力验算（广福路辅道和跑马寺交叉路口）1、碗扣钢管立

5、杆受力计算牛腿和横梁处碗扣钢管横桥向间距为60cm，顺桥向间距为60cm。模板支架自重取1.5 kN/m2，施工人员荷载取：2.5kN/m2。每根碗扣钢管承受的荷载为：P=1.10.60.6261.05+（1.5+2.5）0.60.6=12.3KNN容=33.1KN箱梁底腹板处碗扣钢管横桥向间距为30cm，顺桥向间距为90cm。模板支架自重取1.5 kN/m2，施工人员荷载取：2.5kN/m2。每根碗扣钢管承受的荷载为：（包括横隔板）P=1.10.30.9261.05+（1.5+2.5）0.30.9=9.2KNN容=33.1KN箱梁底底板处碗扣钢管横桥向间距为60cm，顺桥向间距为90cm。模

6、板支架自重取1.5 kN/m2，施工人员荷载取：2.5kN/m2。每根碗扣钢管承受的荷载为：（包括横隔板）P=0.20.60.9261.05+（1.5+2.5）0.60.9=5.1KNN容=33.1KN翼缘板底翼缘板底碗扣钢管横桥向间距为90cm，顺桥向间距为90cm。模板支架自重取1.5 kN/m2，施工人员荷载取：2.5kN/m2。每根碗扣钢管承受的荷载为：P=0.30.90.9261.05+（1.5+2.5）0.90.9=9.9KNN容=33.1KN2、56a工字钢受力计算：（共需31根长14m工字钢，横桥向具体布置为930+217+840+217+930cm，顺贝雷梁具体间距为941+

7、223+854+223+941cm。）纵向I56a工字钢截面特性如下：工字钢截面特性为：Ix=65576cm4，Wx=2342cm3，Sx=1368.8 cm3，=12.5mm箱梁腹板处取箱梁底腹板处最大跨径13.57m工字钢进行验算，以工字钢顶设置16根梁底立杆（间距90cm）计算：由上面计算得知：梁底立杆荷载P=9.2kN按2m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），48*3.5钢管单位重为3.84kg/m，加配件乘以系数2.0,则立杆自重平均分配到底层的荷载为:g=3m*3.84kg/m*2*9.8N/1000=0.2KN/根则梁底单根立杆对工字钢的反力为：P1=9.2

8、+0.2=9.4KN。对支点A、B求矩得： FA=FB=75.2KNmax=1.5FSx/Ixd=1.575.210-31368.810-66557610-812.510-3=18.8MPa85MPa;(满足要求)根据分段求弯矩，得最大弯矩为：Mmax=239.5kNmmax=1.5 MmaxW=1.5239.510-3234210-6=153.4MPa140MPa；（不满足要求）变形计算：(过程附后)fmax=67mml3570400=34mm(不符合要求)若采用双拼工字钢，则强度和绕度均符合要求。箱梁底板处取箱梁底板处最大跨径13.57m工字钢进行验算，以工字钢顶设置16根梁底立杆（间距9

9、0cm）计算：由上面计算得知：梁底立杆荷载P=5.1kN按2m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），48*3.5钢管单位重为3.84kg/m，加配件乘以系数2.0,则立杆自重平均分配到底层的荷载为:g=3m*3.84kg/m*2*9.8N/1000=0.2KN/根则梁底单根立杆对工字钢的反力为：P1=5.1+0.2=5.3KN。对支点A、B求矩得： FA=FB=42.4KNmax=1.5FSx/Ixd=1.542.410-31368.810-66557610-812.510-3=10.6MPa85MPa;(满足要求)根据分段求弯矩，得最大弯矩为：Mmax=135kNmmax

10、=1.5 MmaxW=1.513510-3234210-6=86.5MPa140MPa；（满足要求）变形计算：(过程附后)fmax=38mml3570400=34mm(不符合要求)若工字钢间距由原来60cm调整为53cm可以满足要求。翼缘板处取箱梁翼缘板处最大跨径13.57m工字钢进行验算，以工字钢顶设置16根梁底立杆（间距90cm）计算：由上面计算得知：梁底立杆荷载P=9.9kN按2m的支架高度计算钢管自重荷载（含配件、剪刀撑及水平拉杆等），48*3.5钢管单位重为3.84kg/m，加配件乘以系数2.0,则立杆自重平均分配到底层的荷载为:g=3m*3.84kg/m*2*9.8N/1000=0

11、.2KN/根则梁底单根立杆对工字钢的反力为：P1=9.9+0.2=10.1KN。对支点A、B求矩得： FA=FB=80.8KNmax=1.5FSx/Ixd=1.580.810-31368.810-66557610-812.510-3=20.2MPa85MPa;(满足要求)根据分段求弯矩，得最大弯矩为：Mmax=257.3kNmmax=1.5 MmaxW=1.5257.310-3234210-6=164.8MPa140MPa；（不满足要求）变形计算：(过程附后)fmax=72mml3570400=34mm(不符合要求)若工字钢间距由原来90cm调整为42cm可以满足要求。经过以上计算，工字钢间距

12、分别调整为：腹板处间距为17cm，底板处间距为40cm，翼缘板处间距为30cm。调整后，各部位工字钢反力为：腹板处工字钢反力为37.6KN，底板处工字钢反力为28.3KN，翼缘板处工字钢反力为27KN。3、横桥向方木受力计算（1010cm方木）：横桥向方木纵向间距同碗扣支架间距为90cm，采取横桥向通长布置。翼缘板处取跨径30cm，跨中受碗扣立杆集中荷载作用时计算。1010cm方木截面特性如下：I=bh3/12=10103/12=833.3cm4，W=bh2/6=10102/6=166.7cm3,A=1010=100cm2根据以上计算，翼缘板处单根立杆轴力为10.1KN，则：最大剪力为5.05

13、KN，最大弯矩为0.76kNmmax=1.4M max/W=1.40.761000/166.7=6.4MPa13MPa；（满足要求）max=1.4Qmax/A=1.45.0510/100=0.71MPa2.0MPa；（满足要求）变形计算：fmax=5PL3384EI=510.10.333849106833.310-8=0.05mml400=300/400=0.75mm（满足要求）底板处取跨径40cm，跨中受碗扣立杆集中荷载作用时计算。1010cm方木截面特性如下：I=bh3/12=10103/12=833.3cm4，W=bh2/6=10102/6=166.7cm3,A=1010=100cm2根

14、据以上计算，底板处单根立杆轴力为5.3KN，则：最大剪力为2.65KN，最大弯矩为0.53kNmmax=1.4M max/W=1.40.531000/166.7=4.5MPa13MPa；（满足要求）max=1.4Qmax/A=1.42.6510/100=0.4MPa2.0MPa；（满足要求）变形计算：fmax=5PL3384EI=55.30.433849106833.310-8=0.06mml400=400/400=1mm（满足要求）4、横向贝雷梁受力计算单层单排贝雷梁截面特性如下：A=25.48cm2、Ix=250500cm4、Wx=3570cm3根据支架布置图，1#贝雷梁跨度最大为19m（

15、4片1组），且为偏载，该处受力最大。由上计算知，各部位I56a工字钢分配梁对贝雷梁反力为：腹板处F=37.6KN底板处F=28.3KN翼缘板处F=27KN单根工字钢的自重为：141.063kN/m=14.88KN则单根工字钢加自重对贝雷梁的反力为：腹板处F=37.6+14.88/2=45.1KN底板处F=28.3+14.88/2=35.7KN翼缘板处F=27+14.88/2=34.4KN该贝雷梁荷载布置为：3根间距23cm反力为45.1KN工字钢，7根间距54cm反力为35.7KN工字钢，3根间距23cm反力为45.1KN工字钢，9根间距41cm反力为34.4KN工字钢。对支点A、B求矩得：

16、FA=181KNFB=650KN（最大反力）max=1.5 FA=1.565010-3425.4810-4=95.7Mpa208MPa;(满足要求)根据分段求弯矩，得最大弯矩为：Mmax=2170kNm；max=1.5 MmaxW=1.5217010-34357010-6=228Mpa273MPa；（满足要求） 5、横向I25a双拼工字钢枕梁受力计算横向I25a工字钢截面特性如下：Ix=5017cm4、Wx=401.4cm3、Sx=230.7cm3、d=8mm由上计算知，贝雷梁对双拼I25a工字钢最大反力为F=650KN4片24m贝雷梁自重为：2.748=86.4KN则贝雷梁组对双拼I25a工

17、字钢最大的反力为：F=650+86.44/5=719KN单片贝雷梁对双拼I25a工字钢最大的反力为：F=719/4=180KN贝雷梁间距分布为45+15+45cm，双拼工字钢下为2根中心距离为85cm支撑钢管，取两支撑钢管中间长35cm双拼工字钢计算，该段工字钢承受荷载为2片贝雷梁的反力。采用对支点A、B求矩得： FA=FB=180KNmax=1.5FSx/2Ixd=1.518010-3230.710-62501710-8810-3=77.6Mpa85MPa;(满足要求。)根据分段求弯矩，得最大弯矩为：Mmax=18kNm； max=1.5 Mmax2W=1.51810-32401.410-6

18、=33.6Mpa140MPa；（满足要求，但工字钢内侧应进行加肋处理。）6、5009mm支撑钢管计算支撑钢管采用双排受力，主要承受由双拼工字刚枕梁传递的轴向压力。由计算得知：单根钢管受到的最大压力:F=1802=360kN钢管的允许承载为：钢管回转半径：i2=（D2+ d2）/4 i=173.6mm;面积A=(D2- d2)/4=13875.7mm2 长细比：=l/i=5000/173.6=28.8100；N=0.9轴A=0.914013875.7=1748.3kN360kN1748.3kN（满足要求） 7、地基处理计算钢管基础位于高速公路路面面上，路面为砼路面，承载力较好，直接在路面上浇筑C

19、30混凝土基础，基础的尺寸为1.2米（厚）1米（宽）2米（长）。砼基础局部承压计算由上面计算得出，钢管承受最大轴向力为360kN，钢管桩焊接在预埋的8080cm的钢板上，转化为对混凝土的压应力为：max=1.2N/A=1.236010/（8080）=0.68MPa=30Mpa砼基础承受的最大压力360kN=（360+25（121.2）+1.560.3808+51.2824）/（1.02.0）=215kpa地基应进行硬化处理。8、结论通过对广福路与跑马寺交叉路口钢支架受力和安全性验算，采取2次浇筑，该支架满足要求。五、F17#墩横梁底满堂支架验算F17#墩横梁高1.8m、宽2m。横梁底满堂支架设

20、计：满堂碗扣支架垂直横梁方向共7排碗扣钢管，钢管间距为60cm；顺横梁方向碗扣钢管间距为30cm。碗扣钢管顶托上垂直横梁方向安装1015cm方木，1015cm方木上再安装顺横梁方向1010cm方木，顺横梁方向方木间距为12cm，顺梁方向方木顶再安装厚12mm竹胶板底模。所有满堂支架地基均经碾压密实后浇筑20cm厚C15混凝土硬化。1、底模强度计算（1.2cm厚竹胶板）：竹胶板取1m计算，厚度1.2cm，竹胶板的截面参数：I=bh3/12=1001.23/12=14.4cm4,W= bh2/6=1001.22/6=24cm3,A=1001.2=120 cm2则竹胶板均布荷载为q=1.8261.0

21、51m +2.5+1.5=53.2kN/mMmax=1/10ql2=1/1053.20.122=0.08kNm；Qmax=1/2ql=1/253.20.12 =3.2kN;max=1.4M max/W=1.40.081000/24=4.7MPa55MPa（满足要求）；max=1.4Qmax/A=1.43.210/120=0.37MPa12.1MPa（满足要求）；f=ql4/128EI=53.20.124/1283.110614.410-8=0.2mml/400=150/400=0.375mm2、顺梁方向方木计算：（10cm10cm方木）截面特性如下：I=bh3/12=10103/12=833.

22、3cm4，W= bh2/6=10102/6=166.7cm3,A=1010=100cm2方木跨度取60cm，间距为12cm（净距2cm），按简支梁偏于安全计算：竹胶板底模自重荷载为：（板厚=1.2cm，容重=7.5KN/m3）1*0.012*7.5KN/m3=0.09KN/mq=53.20.12+0.09=6.5kN/m应力计算：Mmax=1/8ql2=1/86.50.62=0.3kNmQmax=1/2ql=1/26.50.6=2kNmax=1.4M max/W=1.40.31000/166.7=2.52MPa13MPa；（满足要求）max=1.4Qmax/A=1.4210/100=0.28M

23、Pa2.0MPa；（满足要求）变形计算：f max=5ql4/384EI=56.50.64/3849106833.310-8=0.15l/400=600/400=1.5mm; 3、垂直梁方向方木计算：（1015cm方木）：横向方木纵向间距为60cm，横向间距为60cm。1015cm方木截面特性如下：I=bh3/12=10153/12=2812.5cm4，W= bh2/6=10152/6=375cm3,A=1015=150cm2顺梁方向单根方木每端荷载为：（10*10cm15cm）0.1*0.1*7.5=0.08KN/mP=（6.5+0.08）0.6）/2=2kN每根横向方木上均匀分布了6根顺梁

24、方向方木，对横梁方向单根方木受力进行计算：对A、B支点求矩得：FA=FB=26/2=6KNQmax=6KNMmax=0.72kNmmax=1.4M max/W=1.40.721000/375=2.7MPa13MPa；（满足要求）max=1.4Qmax/A=1.4610/150=0.6MPa2.0MPa；（满足要求）变形计算：(计算过程附后)fmax=0.2mm l/400=600/400=1.5mm;(满足要求)4、立杆验算立杆轴向荷载计算根据路桥施工计算手册，采用48*3.5钢管作支架，当横杆步距为1.2m时，对接立杆的容许荷载N容=33.1KN。由前横向方木受力计算知，最大的立杆轴力为Rmax=62=12KNN容=33.1KN。结论:单根立杆承受荷载满足容许荷载要求。立杆稳定性验算 立杆的计算长度L0 L0=120cm 截面回转半径I i=1.58cm截面积A A=4.89cm2截面模量W W=5.08cm3长细比 = L0/i= 120/1.58=76轴心受压构件的稳定系数=0.715则立杆的稳定性按下列公式计算:=1.5*N/(*A)=1.5*12*10-3/(0.715*4.89*10-4)=51.5Mpa140Mpa结论：支架立杆的稳定性满足要求。总结：若17#墩横梁一次性浇筑，支架满足要求。