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现浇箱梁支架计算书
怀集至阳江港高速公路怀集至郁南段一期工程X2合同段
A匝道第三联现浇支架
计算书
编制:
审核:
审批:
中铁二十局集团有限公司
怀阳高速公路X2标项目经理部
二〇一八年二月
A匝道桥第三联支架计算
一、工程概况
本桥为跨越道路而设,路线纵断较高,最大桥高约38米。
桥跨设计为(25+30+30)+5×25+(25+37+25),上部结构采用预应力混凝土预制小箱梁和预应力混凝土现浇箱梁。
桥墩采用柱式墩、墙式墩,桥台采用柱式台;桥墩、桥台基础均采用桩基础。
桥跨起点桩号为AK0+602.418,终点桩号AK0+905.018,中心桩号AK0+753.718,桥跨全长为302.6m(包括耳墙)。
本桥平面位于圆曲线、缓和曲线、缓和曲线和圆曲线上,纵断面纵坡为3.95%和0.5%。
二、箱梁设计情况
本桥第三联(25+37+25m)于AK0+862.28上跨B2匝道桥,交叉角度149°,8号墩至11号台,桥位布置见图1。
全桥箱梁高度均为200cm,跨中顶板厚度25cm,底板厚度22cm,梁端顶板厚度45cm,底板厚度42cm;翼缘板宽度250cm,翼缘板板端厚度18cm,翼缘板根部厚度45cm。
腹板高度113cm,厚度由梁端80cm向跨中45cm渐变。
箱梁细部尺寸见表1,箱梁横断面见图2。
混凝土强度为C50,工程量为569.75m³。
联编号
端横梁
宽度
(cm)
中横梁
宽度
(cm)
腹板渐变
段长度
(cm)
箱梁
室数
箱梁顶板
宽度
(cm)
箱梁底板
宽度
(cm)
备注
A匝道第3联
100
0
100
1室
1050
472
图1桥位布置图
图2箱梁横断面图
三、支架布设方案
支架顺桥向第1跨设置2个边墩、1个中墩,编号
、②、③;第2跨设置2个边墩、2个中墩,编号
、②、③、④;第3跨设置2个边墩、1个中墩,编号
、②、③。
详细布置图3如下:
图3第三联支架布置立面图
支架钢管柱横桥向对应中线对称布置4根,间距均为2.7米。
钢管柱上放置双拼I36a工字钢横梁,横梁上面布置321型贝雷梁。
贝雷梁由花窗连接两拼一组或三拼一组,其中三拼一组间距45cm,两拼个一组间距90cm。
中线处两侧对称放置,由内至外分别为两拼、三拼、两拼,断面共有6组14片贝雷,每组贝雷间距为90cm,每隔6米用[10槽钢横向将所有贝雷梁连接为一整体。
贝雷上面放置I14工字钢分配梁,间距60cm。
工字钢上再放10*10cm方木,方木间距在底板下为25cm,在翼板下间距为40cm。
方木上面放置底模竹胶板,翼板段应搭设钢管架支撑翼板模板,钢管架的搭设应满足规范要求。
详细布置图4如下:
图4支架布置横断面
四、计算依据
1、《路桥施工计算手册》(人民交通出版社2001年10月第1版);
2、怀阳高速公路怀集至郁南段一期工程两阶段施工图设计文件;
3、《装配式公路钢桥多用途使用手册》(人民交通出版社2002年3月第1版);
4、《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》JGJ130-2011;
5、《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011;
6、《公路工程施工安全技术规范》JTJ076-95;
7、《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004。
五、荷载计算取值
1、恒载
(1)梁体混凝土自重取26KN/m3;
(2)竹胶板自重取0.09KN/m2;
(3)木方自重取6.5KN/m3;
(4)扣件式钢管自重取0.035KN/m;
(5)321型贝雷片自重取1KN/m(包括连接件等);
(6)I14工字钢自重0.1689KN/m,I36a工字钢自重0.6003KN/m;
(7)外径Ф529mm、壁厚10mm钢管桩自重1.28KN/m;
2、活载
(1)施工人员、机具、材料及其它临时荷载取2.5KN/m2;
(2)振捣、倾倒混凝土荷载取4KN/m2;
六、各构件受力计算
1、荷载分块
将截面划分为以下几个部分,如图5所示。
图5荷载分块
1#面积
2#面积
3#面积
总面积
0.787*2
1.518*2
0.517*2
5.64
2、荷载计算
(1)箱梁自重
依据设计图纸,计算C50混凝土方量为:
=5.64*33+((5.64+7.92)*1/2+11.97*1)*2=223.62m³,钢筋混凝土容重26KN/m³,则GL=223.62*26=5814.12KN。
则各部位换算的面荷载为:
GL1=0.787/5.64*5814.12/(11+12+11)/2.50=9.54KN/㎡
gL1=9.54KN/㎡*1.3=12.40KN/㎡
GL2=1.518/5.64*5814.12/(11+12+11)/1.65=27.89KN/㎡
gL2=27.89KN/㎡*1.3=36.26KN/㎡
GL3=0.517/5.64*5814.12/(11+12+11)/1.10=14.25KN/㎡
gL3=14.25KN/㎡*1.3=18.53KN/㎡
(2)模板自重
1)内外模板荷载
=((23.81-10.50)+11.16)*(11+12+11)*0.09=74.88KN,其中23.81为跨中横断面外轮廓线周长(AutoCAD查询),10.50为顶板宽度,11.16跨中横断面内轮廓线周长(AutoCAD查询),竹胶板自重取0.09KN/m2。
2)内模5×10cm背愣木方荷载
=(11+12+11)/0.3*11.6*0.05*0.1*6.5=42.73KN,木方自重取6.5KN/m3。
3)内模钢管荷载
=(11+12+11)/0.9*(1.53*3+1.41*2+4.6+4.03+(2.36+2.28)*2)*0.035=33.48KN。
钢管自重取0.035KN/m,内模钢管加固详细见图6。
图6内模板钢管加固
4)侧模竖向5×10cm背愣木方荷载
=((11+12+11)/0.4*1.59)*2*0.05*0.1*6.5=8.78KN
5)侧模及翼缘板钢管支架荷载
=(11+12+11)/0.9*14*1.72*0.035=31.84KN。
侧模钢管布置为0.9*0.9m,从布置图得知横断面总共布置14根,最长1.85m,最短1.59m,取平均长度(1.85+1.59)/2=1.72m。
以上1)-5)汇总
Gm=74.88+42.73+33.48+8.78+31.84=191.71KN
换算的面荷载为:
=191.71/(11+12+11)/10.50=0.54KN/㎡
gm=0.54*1.3=0.70KN/㎡(取1.3的安全系数)
(3)纵向10×10cm木方荷载
纵向方木包含底模板、侧模板、翼缘板及钢管脚手架底托,根据布置图得知总共53根。
=53*(11+12+11)*0.1*0.1*6.5=117.13KN。
换算的面荷载为:
=117.13/(11+12+11)/10.50=0.33KN/㎡
g木方=0.33*1.3=0.43KN/㎡(取1.3的安全系数)
(4)I14工字钢自重
=((11+12+11)/0.6+1)*13.2*0.1689=128.57KN
换算的面荷载为:
=128.57/(11+12+11)/10.50=0.36KN/㎡
gI14=0.36*1.3=0.47KN/㎡(取1.3的安全系数)
(5)贝雷梁自重
=(11+12+11)*14*1=476KN
换算的面荷载为:
=476/(11+12+11)/10.50=1.33KN/㎡
g贝雷=1.33*1.3=1.73KN/㎡(取1.3的安全系数)
(6)双拼I36工字钢自重
=4*13.2*0.6003*2=63.39KN
换算的面荷载为:
=63.39/(11+12+11)/10.50=0.18KN/㎡
gI36=0.18*1.3=0.23KN/㎡(取1.3的安全系数)
(7)施工荷载
施工人员、机具、材料及其它临时荷载取2.5KN/m2;
振捣、倾倒混凝土荷载取4KN/m2;
则施工附加荷载
f=2.5+4=6.5KN/m2
gf=6.5*1.3=8.45KN/㎡(取1.3的安全系数)
3、支架验算
(1)竹胶板验算
竹胶板规格为1200mm*2400mm*15mm,其截面特性如下:
w=bh2/6=1.2*0.0152/6=4.5×10-5m³;
I=bh3/12=1.2*0.0153/12=3.38×10-7m4
最不利位置位于Ⅱ区,对其竹胶板进行简算
计算跨径为25-10=15cm,为简化计算按简支梁进行简算。
q=gL2+gf+gm=36.26+8.45+0.70=45.41KN/㎡
跨中弯矩M1/2=qbl2/8=45.41*1.2*0.152/8=0.15KN·m应力计算:
σ=M1/2/w=0.15KN·m/(4.5×10-5m³)=3.33MPa<[σ]=9.5MPa挠度计算:
f1/2=5q*b*l4/384EI=5*45.41*1.2*0.154/(384*6.5*103MPa*3.38×10-7m4)=0.163mm<[f]=150/400=0.375mm
所以木模板满足要求。
(2)方木验算
纵梁方木规格为10cm×10cm,其截面特性如下:
w=bh2/6=0.1*0.12/6=1.67×10-4m³
I=bh3/12=0.1*0.13/12=8.33×10-6m4
纵梁自重=0.1*0.1*0.6*6.5KN/m3/(0.6*0.25)=0.26KN/㎡
g纵=0.26*1.3=0.34KN/㎡(取1.3的安全系数)
最不利位置位于Ⅱ区,对其进行简算。
q组=gL2+gf+gm+g纵=36.26+8.45+0.70+0.34=45.75
跨中弯矩:
M1/2=qbl2/8=45.75*0.15*0.62/8=0.31KN·m;
应力计算:
σ=M1/2/w=0.31KN·m/(1.67×10-4m³)=1.86MPa<[σ]=9.5MPa;
挠度计算:
f1/2=5q*b*l4/(384EI)=5*45.75*0.15*0.64/(384*6.5*103MPa*8.83×10-6m4)=0.20mm<[f]=600/400=1.5mm
所以方木纵梁满足要求。
(3)I14工字钢验算
I14工字钢间距为60cm,贝雷梁间距45cm,工字钢截面特性为:
I=712cm4,W=102cm3
最不利位置位于Ⅱ区,对其工字钢进行简算。
q组=gL2+gf+gm+g纵+gI14
=36.26+8.45+0.70+0.43+0.36=46.20KN/㎡
跨中弯矩:
M1/2=qbl2/8=46.20*0.6*0.452/8=0.70KN·m;
应力计算:
σ=M1/2/w=0.70KN·m/102×10-6m³=6.86MPa<[σ]=140MPa;
挠度计算:
f1/2=5q*b*l4/384EI=5*46.20*0.6*0.454/384*2*105MPa*712×10-8m4=0.01mm<[f]=450/400=1.125mm
所以I14工字钢满足要求。
(4)贝雷梁验算:
1)贝雷桁架单元杆件性能
2)贝雷桁架容许内力表
3)贝雷桁架几何特性
注:
贝雷桁架挠度计算经验公式
①当桁架节数为奇数时:
fmax=d(n2-1)/8
②当桁架节数为偶数时:
fmax=dn2/8
式中:
n——桁架节数
d——常数,对单层桁架d=0.3556cm;
对双层桁架d=0.1717cm。
q1=12.40*2.5/2+(0.70+0.43+0.47+1.73)*10.5/14+8.45*10.5/14
=24.34KN/m
q2=36.26*1.649/3+(0.70+0.43+0.47+1.73)*10.5/14+8.45*10.5/14
=28.77KN/m
q3=18.53*1.10/2+(0.70+0.43+0.47+1.73)*10.5/14+8.45*10.5/14
=19.03KN/m
对中跨12mⅠ区翼缘板下贝雷梁进行简算
弯矩计算:
M1/2=q1l2/8=24.34*122/8=438.12KN·m<[M]=788.2KN·m
剪力计算:
Q=q1l/2=24.34*12/2=146.04KN<[Q]=245.24KN
挠度计算:
f1/2=5q1l4/384EI=5*24.34*124/(384*2*105MPa*250497.2×10-8m4)=13.12mm<[f]=12000/400=30mm
所以贝雷梁满足要求。
对中跨12mⅡ区腹板下贝雷梁进行简算
跨中弯矩计算:
M1/2=q2l2/8=28.77*122/8=517.86KN·m<[M]=788.2KN·m
剪力计算:
Q=q2l/2=28.77*12/2=172.62KN<[Q]=245.24KN
挠度计算:
f1/2=5q2l4/384EI=5*28.77*124/(384*2*105MPa*250497.2×10-8m4)=15.5mm<[f]=12000/400=30mm
所以贝雷梁满足要求。
对Ⅲ区底板下贝雷梁进行简算
跨中弯矩计算:
M1/2=q3l2/8=19.03*122/8=342.54KN·m<[M]=788.2KN·m
剪力计算:
Q=q3l/2=19.03*12/2=114.18KN<[Q]=245.24KN
挠度计算:
f1/2=5q3l4/384EI=5*19.03*124/(384*2*105MPa*250497.2×10-8m4)=10.26mm<[f]=12000/400=30mm
所以贝雷梁满足要求
(5)I36工字钢验算:
最不利位置位于Ⅱ区,验算第2跨12m范围内工字钢。
I36a工字钢,A=76.480cm2,Ix=15800cm4,W=875cm3
q2=38.73*4/2.7*12=688.53KN/m
荷载计算
1)箱梁混凝土荷载
=5.66×12×26=1765.92KN,其中:
5.66为跨中箱梁面积(AutoCAD查询)。
2)内外模板荷载
=((23.81-10.50)+11.16)*12*0.09=26.43KN,其中23.81为跨中横断面外轮廓线周长(AutoCAD查询),10.50为顶板宽度,11.16跨中横断面内轮廓线周长(AutoCAD查询)
3)纵向10×10cm木方荷载
纵向方木包含底模板、侧模板、翼缘板及钢管脚手架底托,根据布置图得知总共53根。
=53×12×0.1×0.1×6.5=41.34KN。
4)内模5×10cm背愣木方荷载
=12/0.3×11.16×0.05×0.1×6.5=14.51KN
5)内模钢管荷载
=12/0.9*(1.53*3+1.41*2+4.6+4.03+(2.36+2.28)*2)*0.035=11.82KN。
6)侧模竖向5×10cm背愣木方荷载
=(12/0.4×1.59)×2×0.05×0.1×6.5=3.10KN
7)侧模及翼缘板钢管支架荷载
=12/0.9×14×1.72×0.035=11.24KN。
侧模钢管布置为0.9*0.9m,从布置图得知横断面总共布置14根,最长1.85m,最短1.59m,取平均长度(1.85+1.59)/2=1.72m。
8)I14工字钢荷载
=(12/0.6+1)×13.2×0.1689=46.82KN。
9)贝雷梁荷载=12×14×1=168KN。
10)混凝土倾倒、振捣荷载=12×10.5×4=504KN。
11)施工人员、机具、材料及其它临时荷载=12×10.5×2.5=315KN。
上述荷载合计
(1765.92+26.43+41.34+15.08+11.82+3.10+11.24+46.82+168+504+315)*1.3=3781.38KN。
(取1.3的安全系数)
均布荷载q=3781.38/4/13.2=71.62KN/m。
弯矩计算M=71.62×2.72/8=65.26KN·m,其中2.7为工字钢跨度,详见布置图。
抗弯计算σ=M/W=71.62*103/875=81.85Mpa<[б]=145Mpa
挠度计算:
f=5ql4/384EI=5*71.62*1.3*2.74/(384*2.1*1011*15800*10-8)
=1.94mm<(2700/400)=6.75mm
所以I36工字钢满足要求。
(6)Φ529mm钢管桩计算
贝雷纵梁以上荷载=3781.38KN
工字钢荷载=4×13.2×0.6003*1.3=41.2KN(取1.3的安全系数)
上述荷载合计=3781.38+41.2=3822.58KN
钢管桩回转半径r=0.529/4×√(1+(0.509/0.529)2)=0.184m
钢管桩长细比λ=1×22/0.184=119.6
稳定系数ф=0.651-(0.651-0.583)/10×6.4=0.6075,查《路桥施工计算手册》P790页a类截面轴心受压构件稳定系数。
单根钢管桩可承受最大压力
=140×106×0.6075×(3.14/4×(0.5292-0.5092))/1000=1386KN。
单根钢管桩轴向压力N=3822.58/2/4=477.82KN<1386KN
所以Φ529mm钢管桩满足要求。
(7)C30混凝土独立基础计算
1)钢管桩自重荷载=4*22*1.28*1.3=146.43KN。
(取1.3的安全系数)
2)单个混凝土条形基础自重荷载
=11.1*1.2*0.8*2.6*1.3=36.02KN(取1.3的安全系数)
3)地基所承受压力=3822.58/2+146.43+36.02=2093.74KN
4)所需的地基承载力=2093.74/1.2/11.1=157.19Kpa
结论:
根据以上计算结果可知,当基础尺寸为1.2×0.8m,且在最不利的情况下,基底承载力达到157.19Kpa,受力可以满足施工安全需要。
施工时按照220Kpa来控制地基承载力,在做条形基础前必须做触探试验。
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