0#块钢管支架检算书.docx
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0#块钢管支架检算书
钢管支架设计计算书
1、设计参数确定
⑴、荷载参数
①箱梁荷载:
取0#号块重量(370.465t,长度为9m,两侧各4.5m)、
1#、1′#号块(136×2=272t,长度为7m,每侧各3.5m)进行计算,总重量642.465t。
②0#和1#、1′#号块模板自重:
底模10t,外模25t,内模10t,端模5t,总质量约50t;支撑架4t,横梁12t,纵梁18t。
③施工荷载:
按300kg/m2考虑
⑵荷载系数
1砼超载系数:
k1=1.05
2安全系数k2=2.0
3浇筑砼时的动力系数:
k3=1.2
⑵、荷载组合
荷载组合一:
砼自重+倾泄和振捣荷载+模板自重+人群荷载和机具设备重+风载
荷载组合二:
砼自重+模板自重
荷载组合一用于承重系统强度及稳定性计算;荷载组合二用于刚度计算。
2.施工控制计算
2.1传力顺序
①横梁计算:
先将荷载由模板及支撑架分配到横梁上,将横梁与纵梁的连接简化为铰接来分别验算其强度及刚度。
②纵梁计算:
将横梁传至纵梁上的荷载、临时荷载等按工况对纵梁进行刚度、强度、稳定性验算。
③立柱计算:
将纵梁传至立柱上的荷载、临时荷载等按工况对立柱进行强度、稳定性验算。
2.2横梁计算
横梁承受模板荷载、箱梁砼荷载、支撑架、横梁自重以及人群荷载和机具设备荷载,确保安全的同时,简化计算,横梁强度和刚度均按荷载组合一进行计算,各支撑点作铰接处理。
在砼浇注阶段,各横梁分配荷载,初步按照在0#块下间距按0.6m,1#块下间距按照0.7m考虑,共设置23排横梁,则每根横梁承受模板荷载、支撑架、横梁自重以及人群荷载和机具设备荷载分别为:
混凝土的重量N1=642.5×10÷23=279.35(KN)
钢模板的重量N2=50×10÷23=21.74(KN)
支撑架的自重N3=4×10÷23=1.74(KN)
横向梁的自重N4=12×10÷23=5.22(KN)
人及机具活载N5=0.3×0.7×13.4×10=28.14(KN)
1求荷载Q(砼超载系数K1=1.05,动力系数K3=1.2)
单根横梁承受的荷载,按照荷载组合一进行计算如下:
Q=K3×(K1×279.35+21.74+1.74+5.22+28.14)
=420.2kN
“0号块”中间断面面积为18.26m2,腹板位置的面积单侧为4.54m2(两侧面积共9.08m2),中间位置的面积6.56m2,翼缘板的面积单侧为1.31m2(两侧面积共2.62m2)。
为方便计算,简化如上图所示的Q1、Q2、Q3的匀部荷载,则所占的比例系数为:
n1=6.56÷18.26=36%
n2=9.08÷18.26=50%
n3=2.62÷18.26=14%
B、求均布荷载q
Q1=36%×Q÷5.1
=29.66kN/m
Q2=50%×Q÷2.6
=80.8kN/m
Q3=14%×Q÷5.70
=10.32kN/m
2最为不利的是中间腹板位置两跨,借助软件计算,按照5跨连续梁进行计算,结果如下:
③求抗弯模量Wx,查22a工字钢,得:
Wx=309cm3
④求弯应力
σ=M/W
=32.7kN·m÷309cm3
=105.83Mpa<[σ]=170Mpa
显然,按此间距布置横梁,抗弯满足要求。
⑤刚度验算
最大位移:
=2.8mm<L/400=2.8÷400=7mm
刚度满足要求。
2.2纵梁计算
纵梁承受模板荷载、箱梁钢筋砼荷载、支撑架、横梁、纵梁自重以及人群荷载和机具设备荷载传递下来的集中荷载和风荷载等作用进行计算,计算模型如下图:
①支座反力计算
根据横梁计算结果,通过在支座处的剪力变化,求出支座反力如下:
RA=RF=4-3.2=0.8kN
RB=RE=24-(-73.2)=97.2kN
RC=RD=67.7-(-44.5)=112.2kN
2计算均布荷载q
最不利是C、D处的纵梁,0#块的匀布荷载:
Qc0=Qc=RC×15÷9
=187KN
1#块匀布荷载:
Qc1=Qc=RC×8÷7
=128.3KN
③按照连续梁,纵梁预设为3道I36b的工字钢,查表得36b工字钢,Ix=16530×3=49590cm4,E=206Gpa,Wx=919×3=2757cm3
借助计算软件,计算其弯矩:
④求弯应力
σ=M÷W
=383.1kN·m÷2757cm3
=139Mpa<[σ]=170Mpa
抗弯满足要求。
⑤刚度验算
Fmax=2.7mm<L÷400=12.5mm
刚度能够满足要求。
2.3立柱
在0#、1#和1′#块施工时,由于混凝土未初凝,橡胶支座及临时支墩均不受力状态,靠立柱承受全部的竖向荷载。
立柱承受梁体、模板、支撑架、横梁、纵梁的自重及人群机具荷载。
①根据纵梁计算结果,通过在支座处的剪力变化,求出钢管柱支座反力如下:
RA=RA′=166.8-(-268)=444.8kN
RB=RB′=452.4-(-467.5)=919.9kN
②管柱抗压强度计算
B和B′立柱预采用φ630X10的A3钢管,由前述计算可知,立柱的支反力应不大于919.9KN,查阅该桥墩资料可知,桥下净空均不大于15.5m,因此,钢管立柱高度不大于15.5m,按15.5m进行计算如下:
I=π×D4/64-π×d4/64=936155355mm4
A=19478mm2
i=(I/A)1/2=219.23mm
λ=μl/i=15500/219.23=70.7<100(不属于细长压杆)
μ按两端铰支,则μ=1
属于a类截面轴心受压构件,查稳定系数表得:
φ=0.0.835
N=919.9KN
N/
A=919.9×103÷(0.835×194.78×102)
=56.6Mpa<170Mpa
B和B′抗压强度可以满足要求;
A、和A′立柱预采用φ426X8mm的A3钢管,由前述计算可知,立柱的支反力应不大于444.8KN,查阅该桥下地面标高及管柱设计图纸可知,钢管立柱高度不大于12.5m,按12.5m进行计算如下:
I=π×D4/64-π×d4/64=229529111mm4
A=10506mm2
i=(I/A)1/2=148mm
λ=μl/i=12500×1/148=84.5<100(不属于细长压杆)
μ按两端铰支,则μ=1
属于a类截面轴心受压构件,查稳定系数表得:
φ=0.753
N=444.8KN
N/
A=444.8×103÷(0.753×105.06×102)
=56.23Mpa<170Mpa
A和A′抗压强度可以满足要求。
3变形量
B和B′钢管:
ΔLB=P×L/(E×A)
=919900×15500÷(206×103×19478)
=4mm
满足要求;
A和A′钢管:
ΔLB=P×L/(E×A)
=444800×12500÷(206×103×10506)
=3mm
满足要求;
综合上述最大变形量:
f=2.8+2.7+4
=9.5mm
3、柱基础及地基承载力
①桩基设计计算
此处预采用C15素混凝土,安全等级γ0=1.2,δ=1.0,fc=7.5
A=γ0N/(δfc)
=1.2×444.8×1000/7.5
=71168mm2
=0.072m2
采用圆柱桩基础,则
A=πR2
R=0.15m
φ=0.3m
现场为了挖孔桩人员操作方便,将直径控制在0.8m~1.2m,并根据岩层地基承载力综合确定桩基直径和桩基长度,但应遵循施工原则:
“桩基面积和桩长成反比”,为节省费用,应根据桩基岩层情况并综合对比桩基开挖费用和砼圬工费用,选取较小者为佳。
②地基承载力计算
由前面计算可知,1#块下的B和B′钢管柱采用桩基础,若采用直径1m的C15混凝土基础,采用人工挖孔桩,考虑桩长较小,按照端承桩计算:
平均压力P≤fg
P-立杆基础底面的平均压力,P=N/A;
N-上部结构传至基础顶面的轴向力设计值;
A-基础底面面积;
fg-地基承载力设计值。
A=ΠR2
=3.14×0.5×0.5=0.785m2
P=N/A=444.8/0.785=567Kpa
根据工点图图纸,扩大基础底面的地基承载力σ=600Kpa,显然还不能满足要求,继续向下开挖至弱风化层,地基承载力须大于700Kpa的要求方可浇注混凝土,此处根据地层情况,可增大桩基截面面积,缩小开挖深度,从而减少地基承载力要求,计算公式同上。
现场技术人员现场勘察岩层地基承载力,必要时采用静力触探试验确定地基承载力。
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