34+59+35m连续梁支架计算书.docx
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34+59+35m连续梁支架计算书
支架计算书
跨径:
(34+59+35)m
结构型式:
梁柱式支架
桥宽:
11.6米~16.307米
中交第一公路工程局有限公司
合同段项目经理部
二○一七年三月
目录
1计算依据-1-
2设计载荷取值-1-
2.1恒载-1-
2.2活载-1-
2.3荷载组合-2-
3材料特性及变形控制-2-
3.1材料特性-2-
3.1.1钢材特性-2-
3.1.2木材特性-2-
3.1.3竹胶板特性-2-
3.1.4贝雷梁力学参数:
-3-
3.1.5碗扣钢管特性-3-
3.2变形控制-4-
4计算方法及假定-4-
5结构计算-4-
5.1箱梁底模验算-4-
5.1.1强度验算-4-
5.1.2刚度验算:
-5-
5.2纵向方木验算-5-
5.2.1荷载:
-5-
5.2.2强度验算:
-5-
5.2.3刚度验算:
-6-
5.3横向方木计算-6-
5.3.1荷载:
-6-
5.3.2强度验算:
-7-
5.3.3刚度验算:
-7-
5.4碗扣支架验算-7-
5.4.1荷载计算-7-
5.4.2支架稳定性验算荷载效应组合-8-
5.4.3无风荷载时,单肢立杆稳定性验算-9-
5.4.4组合风荷载时单肢立杆承载力计算:
-9-
5.5横向工钢分配梁验算-9-
5.5.1强度验算-9-
5.5.2刚度验算-9-
5.6贝雷梁验算-10-
5.6.1强度验算-10-
5.6.2刚度验算-11-
5.7主横梁验算-12-
5.7.1荷载计算-12-
5.7.2内力计算及结论-12-
5.8钢管立柱验算-13-
5.9地基承载力-14-
5.10支架抗风倾覆稳定性验算-15-
6结论-15-
1计算依据
1、《新建铁路xx城际施工图设计》
2、《新建铁路xx城际XX特大桥工程地质勘察报告》
3、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
4、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
5、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
6、《木结构设计规范》(GB50005-2003)
7、《建筑结构荷载规范》(GB5009-2012)
8、《混凝土用胶合板》(GB/T17656-2008)
9、《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)
10、《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)
11、《midas/civil》计算软件
2设计载荷取值
2.1恒载
砼自重:
γ=26KN/m3。
支架各构件自重:
按规范取值。
2.2活载
施工人员及施工机具荷载。
1)计算模板时,取2.5KPa。
2)计算支承模板的纵横梁时,取1.5KPa。
3)对支架立柱或其他结构,取1.0KPa。
振捣荷载:
取2kN/㎡。
倾倒砼时的冲击荷载:
取2kN/㎡。
2.3荷载组合
支架结构设计计算荷载组合如下表所示:
支架结构部位名称
荷载组合
计算强度(基本组合)
计算刚度(标准组合)
模板及下纵横梁
1.2×(①+②)+1.4×(③+④+⑤)
①+②
梁柱式结构
1.2×(①+②)+1.4×③
3材料特性及变形控制
3.1材料特性
3.1.1钢材特性
查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)钢材弹性模量
Q235:
=215MPa
=125MPa
3.1.2木材特性
查《木结构设计规范》,按最低强度等级(TC11)取值:
抗弯强度设计值
,顺纹抗剪强度设计值
,弹性模量
,容重
。
规范4.2.1-3条规定在不同的使用条件及使用年限需要对上述指标乘以调整系数。
露天环境强度调整系数为0.9,弹性模量调整系数为0.85;
施工短暂情况强度调整系数为1.2,弹性模量调整系数为1.0;
使用年限5年强度调整系数为1.1,弹性模量调整系数为1.1.
故木材经调整后抗弯强度设计值
,顺纹抗剪强度设计值
,弹性模量
。
3.1.3竹胶板特性
竹胶板容重
。
查《混凝土用胶合板》,其物理特性如下表:
竹胶板物理力学指标
项目
单位
厚度/mm
≥12~<15
≥15~<18
≥18~<21
≥21~<24
弯曲强度
顺文
MPa
≥50
≥45
≥40
≥35
横纹
≥30
≥30
≥30
≥25
弹性模量
顺文
MPa
≥6000
≥6000
≥5000
≥5000
横纹
≥4500
≥4500
≥4000
≥4000
本支架底模竹胶板15mm厚,由于具体批次的力学指标由生产厂家提供报告,现按最低强度指标及最不利受力工况取值,根据《混凝土用胶合板》附录A使用条件下混凝土用胶合板强度考虑修正系数,则经调整后竹胶板抗弯强度设计值
,弹性模量
。
3.1.4贝雷梁力学参数:
截面特性
单排单层
双排双层
容许内力
单排单层
双排双层
WX(cm3)
3578.5
14817.9
弯矩(KN*m)
788.2
3265.4
ⅠX(cm4)
250497.2
2148588.8
剪力(KN)
245.2
490.5
3.1.5碗扣钢管特性
查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》有Q235钢管的材料特性如下表
表1钢材的强度和弹性模量(N/mm2)
P235A钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值
205
弹性模量
2.05×105
表2钢管截面特性
外径
F(mm)
壁厚
t(mm)
截面积
A(cm2)
截面惯性矩
I(cm4)
截面模量
W(cm3)
回转半径
I(cm)
48
3.5
4.89
12.19
5.08
1.58
3.2变形控制
承重构件 4计算方法及假定 1、本次计算采用承载能力极限状态法,即考虑荷载分项系数。 2、假定支撑钢管与承台之间或扩大基础之间连接为铰结。 3、假定支撑钢管与横梁之间连接为铰结。 4、进行主梁受力计算时,将模板与支架自重简化为均布荷载。 5结构计算 5.1箱梁底模验算 本现浇箱梁为变截面箱梁,根部标准箱梁高为4.25m,顶板厚0.6m,底板厚0.7m,底板宽7.5m;跨中标准箱梁高为2.4m,顶板厚0.35m,底板厚0.32m,底板宽7.5m,顶板宽11.6m~16.307米。 本施工方案箱梁底模采用一类一等品厚度15mm竹胶板,底模竹胶板下方横向均设置10cm×10cm方木,腹板处横向间距15cm,箱室部分间距为30cm。 现取1m板宽进行计算,由于根部腹板处荷载最大,现取该处荷载计算。 5.1.1强度验算 1)截面特性: A=b×h=1×0.015=0.015m2 W=bh2/6=1×0.0152÷6=3.75×10-5m3=3.75×104mm3 I=bh3/12=1.0×0.0153÷12=2.8×10-7m4=2.8×105mm4 2)荷载组合: q=[1.2×(26×4.25+0.015×9)+1.4×(2.5+2+2)]×1=142KN/m 3)内力计算: 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》表4.4.3有: 竹胶板应力σmax=M/W=qL2/10w=142×0.152×106÷(10×3.75×104)=-8.5Mpa< 满足要求。 5.1.2刚度验算: (1)荷载组合: q=26×4.25×1+0.015×9×1=111kN/m (2)挠度计算: 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》表4.4.3有: 竹胶板变形w=0.677ql4/100EI =0.677×111×103×0.154÷(100×4×103×106×2.8×10-7) =0.33mm<[f]=150/400=0.38mm 所以刚度满足要求。 5.2纵向方木验算 5.2.1荷载: 腹板下纵向方木横向间距15cm,纵向跨度60cm,故每根承受0.15m宽度范围荷载,按横向每0.15m宽度计算。 (1)、砼自重q1=4.25×0.15×26=16.6KN/m (2)、模板、方木自重q2=0.015×9×0.15+0.1×0.1×5=0.1KN/m (3)、施工荷载: 均布荷载1.5KN/m2 q3=1.50×0.15=0.2KN/m (4)、振捣砼时产生的荷载2.00KN/m2, q4=2.0×0.15=0.3KN/m (5)、倾倒砼时的冲击荷载: 取2kN/㎡ q5=2.0×0.15=0.3KN/m 5.2.2强度验算: (1)方木截面特性: A=b×h=0.1×0.1=0.01m2 W=bh2/6=0.1×0.12÷6=1.67×10-4m3=1.67×105mm3 I=bh3/12=0.1×0.13÷12=8.33×10-6m4=8.33×106mm4 (2)荷载基本组合: q=1.2×(16.6+0.1)+1.4×(0.2+0.3+0.3)=21.1KN/m (4)强度验算: 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》表4.4.3有: 方木应力 σmax=M/W=qL2/10w=21.1×0.62×106÷(10×1.67×105)=-4.6Mpa< 满足要求。 5.2.3刚度验算: (1)荷载标准组合: q=q1+q2=16.6+0.1=16.7kN/m (2)挠度计算: 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》表4.4.3有: 竹胶板变形w=0.677ql4/100EI =0.677×16.7×6004÷(100×8415×8.33×106) =0.2mm<[f]=600/400=1.5mm 所以刚度满足要求。 5.3横向方木计算 5.3.1荷载: 端部腹板下横向方木纵向间距60cm,横向跨度30cm,故每根承受0.6m宽度范围荷载,按纵向每0.6m宽度计算。 (1)、砼自重q1=4.25×0.6×26=66.3KN/m (2)、模板、方木自重q2=0.015×9×0.6+0.1×0.1×5=0.1KN/m (3)、施工荷载: 均布荷载1.5KN/m2 q3=1.50×0.6=0.9KN/m (4)、振捣砼时产生的荷载2.00KN/m2, q4=2.0×0.6=1.2KN/m (5)、倾倒砼时的冲击荷载: 取2kN/㎡ q5=2.0×0.6=1.2KN/m 5.3.2强度验算: (1)方木截面特性: A=b×h=0.1×0.1=0.01m2 W=bh2/6=0.1×0.12÷6=1.67×10-4m3=1.67×105mm3 I=bh3/12=0.1×0.13÷12=8.33×10-6m4=8.33×106mm4 (2)荷载基本组合: q=1.2×(66.3+0.1)+1.4×(0.9+1.2+1.2)=84.3KN/m (4)强度验算: 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》表4.4.3有: 方木应力 σmax=M/W=qL2/10w=84.3×0.32×106÷(10×1.67×105)=-4.5Mpa< 满足要求。 5.3.3刚度验算: (1)荷载标准组合: q=q1+q2=66.3+0.1=66.4kN/m (2)挠度计算: 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》表4.4.3有: 竹胶板变形w=0.677ql4/100EI =0.677×66.4×3004÷(100×8415×8.33×106) =0.05mm<[f]=300/400=0.75mm 所以刚度满足要求。 5.4碗扣支架验算 5.4.1荷载计算 1)恒载: ①砼荷载 取腹板最不利荷载计算,箱梁腹板处支架水平间距为60×30cm,腹板高度为4.25m。 则单根钢管所受荷载g1=26×4.25×0.6×0.3=19.9(kN/根)。 ②模板、方木自重(合计取0.5KPa) g2=0.5×0.3×0.6=0.1(kN/根)。 ③立杆自重(按最大高度4m计,采用φ48×3.5mm,单位重量3.8kg/m) g3=0.038×4=0.2kN/根)。 ④横杆自重(步距为120cm,共计3排) g4=0.038×3×(0.3+0.6)=0.1(kN/根)。 2)腹板处活载: 施工人员和施工机具行走荷载: 1kN/m2,振捣砼产生的荷载: 2kN/m2,冲击荷载: 2kN/m2。 q=(1+2+2)×0.3×0.6=0.9(kN/根) 3)风荷载计算 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011),wk=0.7μZμSw0 wk: 风荷载标准值(KN/m2)。 μZ: 风压高度变化系数,可查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》附录D或《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表7.2.1风压高度变化系数,地表类型为海岸A类,高度为20m,得μZ=1.63。 μS: 风荷载体型系数,查《建筑结构荷载规范》表7.3.1风荷载整体体型系数得μS=1.2。 w0: 各地基本风压(KN/m2),查《建筑结构荷载规范》,广州地区五十年一遇风压基本值为0.5。 依据以上对风荷载计算 ωk=0.7μzμsω0=0.7×1.63×1.2×0.5=0.7kN/m2 风荷载对立杆产生弯矩按下式计算: 式中: Mw——单肢立杆弯矩(KN·m); Lx——立杆纵矩(m); Wk——风荷载标准值(kN/m2); l0——立杆计算长度(m)。 则 5.4.2支架稳定性验算荷载效应组合 ①单根钢管轴力N1=1.2×(19.9+0.1+0.2+0.1)+1.4×0.9=25.5kN。 ②单根钢管弯矩M=0.11KNm。 5.4.3无风荷载时,单肢立杆稳定性验算 由于 =1200/15.8=60,按a类截面查表得 =0.807 65MPa 满足要求。 5.4.4组合风荷载时单肢立杆承载力计算: 立杆压弯强度计算: (5.3.2-3) 式中: W——立杆截面模量; 带入数据有 =134MPa 满足要求。 5.5横向工钢分配梁验算 5.5.1强度验算 取端部箱梁腹板处最不利荷载计算。 横向工钢采用I25a,其纵桥向间距为60cm,横向跨度最大为150cm。 作用于工钢上的线荷载组合(其上碗扣支架及自重荷载按1KPa计) q=1.2×(26×4.25+1)×0.6+1.4×(1+2+2)×0.6=84.5kN/m. 跨中弯矩 =84.5×1.5×1.5/8=23.8kN*m. 则 =59.2MPa< ,满足要求。 5.5.2刚度验算 作用于工钢上的线荷载标准组合 q=(26×4.25+1)×0.6=67kN/m.则跨中挠度: 满足要求。 5.6贝雷梁验算 5.6.1强度验算 贝雷连续梁纵向最大间距为10.5m,根据现场施工条件,贝雷不是连续搭设,现取其中跨度最大一联进行受力计算,由于箱梁是变截面,现选取立柱上方代表截面进行荷载计算,其他位置处箱梁荷载按线性变换,选取2个截面计算如下: 截面1: 面积A3=14m2, 其线荷载q1=1.2×(26×14+1×13.6+1×16)+1.4×1×13.6=491.4KN/m。 截面2: 面积A4=11.3m2, 其线荷载q2=1.2×(26×11.3+1×12.5+1×16)+1.4×1×12.5=404.3KN/m。 贝雷梁计算图示如下,单位: m。 利用软件计算内力结果如下: 弯矩 剪力 基本组合反力 经计算弯矩最大值M=4974.7KN*m,剪力最大值V=2745.2KN。 考虑到截面横向的不均匀,翼缘板板下方贝雷只考虑两片参与受力,取安全系数1.2,贝雷片整体能承受的最大弯矩[M]=788.2×14=11034.8kN*m,最大剪力[V]=245.2×14=3432.8kN。 则1.2*M=5969.6<[M],1.2*V=3294.2<[V] 所以贝雷片强度满足要求。 5.6.2刚度验算 取最大跨处按按简支梁均布荷载作用下跨中挠度,作用于贝雷片上的线荷载标准组合q=26×14+1×13.6+1×16=393.6KN/m. 跨中挠度 8.5mm﹤[f]=l/400=10500/400=26mm,以上各项指标均满足要求。 5.7主横梁验算 5.7.1荷载计算 根据上述计算可知,中间支墩主横梁受力最大,考虑分配梁的分配作用,主横梁荷载为均布载,不考虑翼缘板外侧贝雷参与分配,故其分布宽度为11.3m,则强度荷载基本组合值q=3050.5KN/11.3m=270kN/m。 其计算简图如图5-7-1所示,单位mm。 图5-8-1、柱顶主横梁计算图示 5.7.2内力计算及结论 (1)应力计算 弯曲应力 剪应力 计算可知工钢钢最大弯曲应力为72.3MPa< ,最大剪应力为59.2MPa< 满足要求。 (2)刚度计算 计算知,最大挠度为1mm (3)反力计算 计算知,钢管最大基本组合支承反力为575.6KN。 5.8钢管立柱验算 1)荷载计算 钢管立柱采用直径426,壁厚8mm钢管,其荷载包括由分配梁传递下来的上部荷载、以及自身重量。 由于混凝土浇筑时不对称施工,使得支架产生偏心,故考虑立柱偏心10cm。 (1)单根立柱最大支承轴向力: Q1=575.6KN (2)柱顶偏心弯矩M1=575.6×0.1=57.6kN*m。 (3)单根钢管立柱自重(最高10米): Q2=0.82×10=8.2KN 则单根钢管受到荷载为P=Q1+Q2=575.6+8.2=584KN。 2)强度计算 查表得柱子截面积A=105.1cm2,截面惯性矩Ix=22952.9cm4,截面抵抗矩Wx=Ix/D/2=1077.6cm3,转动半径i=14.8cm。 根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)下面公式验算强度: < 强度满足要求。 3)刚度计算 钢管立柱平连间距为5m,假设中间一道平联失效,其最大间距L=10m,钢管立柱按最不利支撑形式,即两端铰结的压杆,其长度系数为μ=1,则计算长度 =10m。 钢管横截面的惯性半径r为14.8cm,长细比λ= /r=1000/14.8=67.6<[λ]=150,刚度满足要求。 4)稳定性计算 因为立柱的长细比为67.6,且立柱截面属于b类,查表得 。 弯矩作用平面内的稳定性按下式计算 其中: 为等效弯矩系数,取 =1。 带入上式子有 稳定性满足要求。 5.9地基承载力 本支架立柱位于原有的机动车道上,地基承载力较好,采用条形基础,基础宽1.5m,长12m,厚0.5m,原状道路路面容许承载力 。 基底应力σ=N/A=(2×267KN+2×533KN+2×437.7KN+575.6KN+7×10×0.82+1.5×12×0.5×25)/1.5/12=185.2KPa< ,满足要求。 5.10支架抗风倾覆稳定性验算 K=Mk/Mq 式中: Mk=--结构抗倾覆力矩(KN.m) Mq--结构倾覆力矩(KN.m) 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》4.4.7式K≥1.5即满足抗倾覆稳定性要求。 取最大跨度59m进行风载检算,按5.4.1荷载计算中风荷载 ωk=0.7μzμsω0=0.7×1.63×1.2×0.5=0.7kN/㎡ 1)侧模所受迎风面积为S=59*(2.4+4.25)/2=196㎡ 则倾覆荷载为Mq=ωk*S*h=0.7*196*[(2.4+4.25)/2+10]=1828kN·m 2)支架及模板重量 侧模及底模、方木g1=0.5*7.6*59=224KN,满堂钢管g2=251KN,分配梁g3=80*14*38.1=426KN,贝雷g4=14*18*279=703KN,主横梁g5=24*14*52.7=177KN, 钢管g6=7*12*7.5*92=579KN 支架及模板重量G=224+251+426+703+177+579=2360KN 支架抗倾覆力臂L=11/2=5.5m 则抗倾覆荷载为Mk=G*L=2360*5.5=12980KN·m K=Mk/Mq=12980/1828=7.1>1.5 所以,抗倾覆稳定性满足要求。 6结论 由以上计算可知,各项指标符合设计及施工规范要求,本支架方案安全可靠,完全满足(34+59+35)米连续梁施工要求。
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