连续梁悬臂法施工0号段托架设计验算书.docx

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连续梁悬臂法施工0号段托架设计验算书

鹤壁至辉县高速公路工程

南水北调大桥（70＋120＋70）m连续梁悬臂浇筑

0号、1号段现浇托架验算书

施工单位:

中城交建鹤辉高速公路项目部

计算:

江光军

2015年“五、一”整理上传

目录

1.计算依据1

2.主要技术参数1

3.托架设计2

4.托架建模5

4.1荷载计算5

4.2托架建模8

5.托架强度验算9

5.1查看施工阶段1结构最大应力9

5.2查看施工阶段2结构最大应力10

5.3腹板拉杆钢筋锚固长度计算13

6.托架变形（挠度）验算14

鹤辉高速公路南水北调大桥

0号、1号段现浇托架验算

1.计算依据

（1）鹤壁至辉县高速公路工程两阶段施工图设计；

（2）对应的托架设计图纸；

（3）《公路桥涵施工技术规范》JTG_TF50-2011；

（4）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）;

（5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

（6）《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008；

（7）电算软件：

MidasCivil（迈达斯）。

2.主要技术参数

由根据相应的的设计、施工等技术规范，各类计算参数选定如下：

（1）人群及机具荷载取2.5KN/m2。

（2）钢筋砼比重取值为26KN/m3；

（3）考虑预压新浇混凝土荷载系数取1.2；

（4）弹性模量

钢材：

E＝2.1×105MPa；

（5）容许应力

弯应力[σ]=145×1.3=188Mpa（Q235）

拉应力[σ]=200×1.3=260Mpa（HRB335）

剪应力[τ]=85×1.3=110Mpa（Q235）

注:

1.3为临时性结构提高系数,见《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）表1.2.10

（6）托架最大变形值，参考挂篮允许最大变形：

20mm；

（7）构件容许挠度值：

1/400；

（8）模板容许挠度值：

1.5mm；

（10）计算复核的荷载组合

混凝土重×荷载系数+挂篮自重+施工荷载

（11）电算单位：

统一为KN、m。

3.托架设计

本桥连续梁0号段施工特点:

桥墩低、承台短、地处河道边坡，且0号段设计无纵向张拉束，故1号段必须在支架上浇筑。

因此，0号段混凝土现浇支架无法在承台纵向单侧设立双排立柱，也不适合搭设满堂支架，为节约成本,故采用斜撑托架方案。

托架设计充分利用材料，力求用料最省：

托架立柱利用连续梁悬浇墩梁固结临时支撑；斜撑和翼板立柱都是利用施工单位原有的旧钢管；托架采用挑梁直接调坡，取消了梁底调坡支架，使底模平台能直接利用挂篮的底模平台材料。

托架由支撑系统和底模平台两大部分组成。

支撑系统由立柱、挑梁、斜撑、拉杆组成受力三角形。

每个承台单边布置6根立柱，腹板下4根，翼板下两侧各1根。

腹板下的立柱利用连续梁墩梁固结钢管混凝土立柱，翼板立柱采用≥φ426×6mm钢管。

腹板立柱钢管上部纵向挑梁采用Ⅰ45b单工字钢，在浇筑临时固结钢管混凝土前，按设计位置在钢管柱上预留“窗口”，待混凝土浇筑完成后插入挑梁。

翼板立柱挑梁采用Ⅰ25a单工字钢，在立柱顶部开槽，挑梁嵌入槽口内。

腹板下斜撑采用φ426螺旋钢管，翼板下采用[14a双槽钢。

挑梁靠桥墩端采用钢筋拉杆固定，拉杆预埋在桥墩相应位置，3号墩每根挑梁用8根Φ28螺纹钢筋，2号墩6根，预埋长度≥100cm。

桥墩两侧的翼板挑梁采用4根Φ25钢筋对拉。

底模平台由横托梁、纵向分配梁、横向分配梁及模板组成。

横托梁置于支架挑梁上，采用双Ⅰ40a工字钢。

底模纵向分配梁采用单Ⅰ32a工字钢，横向分配梁采用单10号槽钢，底模板采用厚5mm钢板。

均利用挂篮底模平台材料。

由于底模平台较长,且桥墩低，使得托架斜撑倾角大，这就要求斜撑顶端与挑梁连接必须焊接牢固形成刚节点。

挑梁后端与桥墩内预埋拉杆采用刚性连接，即拉杆直接焊接在工字钢腹板上。

挑梁底部与立柱接触面空隙（靠桥墩侧）一定要用钢板支垫密实，形成支点避免拉杆承受过大剪力。

底模标高控制分两步完成:

第一步,根据结构高度,精确计算出挑梁顶面控制点标高,在立柱上插入安装挑梁时用水准仪精确定位；第二步,底模铺装完成预压后,根据测量结果调整标高,采用起重设备提起托梁,在挑梁上托梁下用钢板支垫。

托架主体设计见图1～图3。

3号墩托架竣工图片

4.托架建模

托架采用MidasCivil空间建模进行验算。

托架纵向分配梁与腹板临时固结立柱发生干扰时，此处分配梁施工时作断开处理，断开处支垫在纵向挑梁上。

4.1荷载计算

Midas空间建模荷载由自重、翼板荷载、底模系荷载组成。

考虑一次性浇筑，底模系荷载包含顶板荷载和腹板荷载。

结构自重凡构成建模单元的由软件自动加载，故不用计算该部分重量。

底模系采用横向加载方式，横向分配梁间距按0.3m布置。

0号段总长度10m，墩顶宽3.5m，墩顶梁段荷载由墩顶承担，则两端各悬出3.25m，这部分荷载由托架承担。

建模按0.3的整倍数加载3.3m。

1号段长3m，为0.3m的整倍数。

翼板荷载由支架立杆通过纵向工字钢作用在托架的横向托梁上，简化成均布荷载采用沿纵向加载方式作用在工字钢上。

墩间翼板荷载通过纵向工字钢以集中力作用在后横向托梁上。

4.1.1翼板荷载计算

翼板等宽等截面，荷载通过侧模桁架传递到托架的2根纵向分配梁上，设两个支点受力相等，混凝土重考虑1.2荷载系数，荷载计算见下表。

单侧翼板荷载表

荷载名称

重量计算（KN）

重量（KN/m）

合计（KN/m）

侧模系

70051×10÷1000/16/5*1.2（支架）

10.5

55.4

混凝土

（.2+.35+.35+.7）/2×1.5×1×26×1.2

37.4

施工荷载

3×2.5

7.5

则：

单根纵向工字钢梁分配荷载=55.4/2=27.7KN/m

墩间3.5m荷载：

55.4×3.5=194KN，分配在墩两侧横梁上，单侧横梁荷载为194KN/2=97KN。

每侧有2个支点，其中内侧支点在墩顶上，只有外侧支点在横梁上，其荷载大小为：

97/2=48.5KN

4.1.2底板、腹板、顶板荷载

箱体混凝土一次性浇筑，顶板混凝土通过内模支架传递到底模系。

底板、腹板、顶板荷载共同作用在底模托架及横向分配梁上，横向分配梁采用10#槽钢，在X轴上的间距0.3m，支承在纵向分配梁上。

为避免人为分配荷载，采用通过横向分配梁进行横向加载方式，以每根横向分配梁上的荷载平均值进行加载。

混凝土考虑1.2荷载系数。

内模板及支架按5KN/㎡。

由于梁截面是变化的，实际上每根横梁上的荷载都不一样，但逐根计算加载过于繁琐，且实际意义不大，故采用平均截面加载。

为减少误差，0号段分墩顶加强载面和标准截面加载，墩顶隔墙外0.9m按加强截面加载，前端2.4m按标准载面加载。

0号加强截面荷载计算表（腹板厚1.25m、高7.5m,底板加顶板厚1.7m）

荷载名称

重量（KN）

均布荷载（KN/m）

合计（KN/m）

底板、顶板

混凝土

1.7×1×0.3×26×1.2

15.91

18

内模及支架

5×0.3

1.5

施工荷载

0.3×2.5

0.75

腹板

混凝土

7.5×1×0.3×26×1.2

73.71

71

施工荷载

0.3×2.5

0.75

0号加强截面荷载示意图

0号标准截面荷载计算表（腹板厚1.1m、高7.27m,底板加顶板厚1.28m）

荷载名称

重量（KN）

均布荷载（KN/m）

合计（KN/m）

底板、顶板

混凝土

1.28×1×0.3×26×1.2

12

13.5

内模及支架

1.5

施工荷载

0.3×2.5

0.75

腹板

混凝土

7.27×1×0.3×26×1.2

68

68.8

施工荷载

0.3×2.5

0.75

肋角1

混凝土

1.98×0.3×26×1.2

18.53

19.3

施工荷载

0.3×2.5

0.75

肋角2

混凝土

1.6×0.3×26×1.2

14.97

15.7

施工荷载

0.3×2.5

0.75

0号标准截面荷载示意图

1号段截面荷载计算表（腹板厚1.1m、高6.95m,底板加顶板厚1.21m）

荷载名称

重量（KN）

均布荷载（KN/m）

合计（KN/m）

底板、顶板

混凝土

1.21×1×0.3×26×1.2

11.32

12.8

内模及支架

1.5

施工荷载

0.3×2.5

0.75

腹板

混凝土

6.95×1×0.3×26×1.2

65.04

65.8

施工荷载

0.3×2.5

0.75

肋角1

混凝土

1.91×0.3×26×1.2

17.88

18.6

施工荷载

0.3×2.5

0.75

肋角2

混凝土

1.53×0.3×26×1.2

14.32

15.1

施工荷载

0.3×2.5

0.75

荷载图示同0号标准截面，仅数据不同。

4.2托架建模

由于1号梁段需要在托架上浇筑，所以建模验算分两个施工阶段。

施工阶段1对0号段进行加载；施工阶段2对1号段进行加载，此阶段0号段荷载依然作用在托架上，但腹板立柱已与梁体固结，不再产生横向及纵向位移，建模考虑立柱顶部的竖向固结支承作用。

根据托架设计图尺寸和使用材料截面，加入以上计算荷载，托架最终的Midascivil空间建模及反力图如下图所示（验算以3号墩，受力最为不利）。

施工阶段1Midas建模

施工阶段2Midas建模

5.托架强度验算

验算分两步进行。

第1步对0号段进行加载，查看托架强度与位移是否满足要求；第2步对1号段进行加载，因设计0号段无张拉束,底模不能拆除,此阶段0号段荷载依然作用在托架上，但腹板立柱已与梁体固结，建模考虑立柱顶部的锚固作用。

5.1查看施工阶段1结构最大应力

0号段梁单元最大应力图

梁单元最大应力发生在翼板挑梁上，为118Mpa＜[σ]=188Mpa，所以整个结构的每个构件均满足强度要求，无需一一验算（显示）。

剪应力不受控制，不做验算（显示）。

5.2查看施工阶段2结构最大应力

1号段梁单元最大应力图

1号段最大应力发生在腹板挑梁拉杆上，为192Mpa＜[σ]=260Mpa（HRB335钢筋），满足要求。

1号段各部位最大应力见下列各图：

纵向分配梁最大应力图

横托梁（大梁）最大应力图

腹板挑梁最大应力图

翼板挑梁最大应力图

各部位斜撑应力图

梁单元最大组合应力（轴力加弯矩）表

梁单元名称

纵梁

横托梁

腹板挑梁

翼板挑梁

斜撑

组合应力（MPa）

134

90

128

95

-127

不含拉杆,最大组合应力（轴力加弯矩）发生在纵梁上:

σmax=134Mpa＜[σ]=188Mpa，满足要求。

剪应力不受控制，不作验算。

以上电算结果表明，按容许应力法，并根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）表1.2.10的规定，临时性结构应力系数提高到1.3后,所有构件强度符合规范要求，与《钢结构设计规范》比较，提高后的容许应力仍小于钢材的强度设计值。

5.3腹板拉杆钢筋锚固长度计算

钢筋的锚固长度按《混凝土结构设计规范》的规定计算，普通钢筋：

La=a（fy/ft）d

式中fy—普通钢筋的抗拉强度设计值，HRB钢筋为300Mpa；

ft—混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C40时，按C40取值，为1.71Mpa；

d—钢筋直径；

a—钢筋的外形系数（光面钢筋a=0.16，带肋钢筋a=0.14）。

La=a（fy/ft）d=0.14×（300/1.71）×28

La=688mm

所以HRBФ28螺纹钢筋锚固长度为0.69m，施工预埋取1m。

6.托架变形（挠度）验算

托架的最终位移变形体现在底模横梁上,下面对底模横梁变形情况进行检查分析。

0号段荷载最大位移位置图

在0号段荷载作用下,底模横梁最大位移仅2mm，如上图所示，刚度足够。

变形小的原因，是因为结构是针对0号、1号荷载共同作用下设计的。

1号段底模横向分配梁位移图（0、1号段荷载）

底模横梁的变形情况代表模板的变形。

从以上图形可看出，横向分配梁最前端位移值最大，为10mm，小于20mm，满足结构整体变形要求。

往后逐渐递减，符合悬臂结构变形规律。

同时，两点间相对位移均未超过1mm＜1.5mm，满足模板变形要求。

——完——