3钢管贝雷梁支架制梁法检算书第二十四联解析.docx
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3钢管贝雷梁支架制梁法检算书第二十四联解析
中铁22局海沧货运通道(疏港通道-海翔大道段)Ⅱ标
箱梁贝雷梁支架检算书
一、工程概况
(一)、本专项方案适用条件与范围
海沧货运通道(疏港通道-海翔大道段)Ⅱ标桥梁上部结构。
(二)、技术条件
道路等级:
城市快速路;
设计行车速度:
80km/h;
设计汽车荷载:
城-A级(荷载系数1.3)
(三)、结构形式及设计主要参数
⑴截面类型为单箱多室。
截面见下图。
⑵桥面宽度:
主线桥宽度分13.25m、15.5m、26m、37m四种,B匝道为8m,C,D匝道为9.5m。
⑶梁体跨度为30m-40m,梁高为2.2m。
⑷梁体混凝土强度等级为C50,封锚采用强度等级为C50的补偿收缩混凝土。
2、模板支撑架总体方案概况
现浇支架采用钢管贝雷膺架,两端立柱支撑在承台上,中间支撑柱采用26×2×1m条形混凝土基础。
一次主梁之上的二次分配梁采用32排单层普通型贝雷片顺桥向布置。
贝雷桁架梁与墩身间缺口处,采用I18工字钢或者20号槽钢搭接过渡,一端搭接在贝雷梁上,另一端搭在墩帽上。
钢管柱顶高程逐一核对,并考虑支架预留拱度,支架卸落采用卸漏砂箱并临时连接成整体。
贝雷桁架纵梁按设计图逐根组装,每两片为一组,中间设置标准桁撑,以求稳定防侧倾,然后使用吊车逐根吊装就位。
贝雷桁架梁之上横桥向摆布I12.6工字钢分配梁,间距采用50cm和80cm。
再上铺设梁底方木楞、竹胶模板。
力学传递程序:
现浇箱梁砼→模板→工字钢横向分配梁(I12.6)→贝雷纵梁(1.5*3)→支撑横梁(双拼40B工字钢)→卸落装置→钢管柱式支墩(φ630*8mm)→承台顶或现浇砼基础顶。
此验算方案以Z80#-Z83#墩的第二十四联(36+40+36)m的中间40m跨(跨度为全桥最大)作为验算对象。
如下图单层支架纵段布置图及横断面示意图所示:
支架横断面布置图
支架纵断面布置图
模板:
模板均采用木模,竹胶板采用2.44m*1.22m*15mm,方木采用4000×100×100mm。
分配梁:
采用I12.6工字钢,一般截面处间距0.8m,中横梁与端横梁处间距为0.5m,布置范围:
贝雷梁桁架上;
主力桁架:
采用单层32排贝雷梁,每片贝雷梁用U型螺栓与横梁连接以增强支架整体稳定性;
大横梁:
置于支墩钢管顶砂箱上,采用双拼40B工字钢,长26米布置范围:
钢管柱支墩:
采用φ630mm螺旋焊接钢管,厚8mm;每支墩9根钢管。
起落架:
采用卸漏砂箱,采用外径φ630mm钢管制作外套管、预制φ608砼块作内套管,高50cm,每个钢管支柱上设一个;
基础:
以桥墩台的承台及跨中现浇钢筋砼平台作为支墩基础。
如承台宽度不足,加宽承台以保证钢管立柱的安装。
3、方案设计依据及参数
1、海沧货运通道(疏港通道-海翔大道段)工程桥梁工程设计图;
2、本工程各桥梁下部结构设计图纸及《装配式公路钢桥多用途使用手册》;
3、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011);
4、《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004);
5、《桥涵施工技术指南》;
6、《路桥施工计算手册》;
7、《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)
8、《钢结构设计规范》(GB50017—2003);
9、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
10、钢材弹性模量E=2.1×105MPa;Q235钢材容许容许弯曲应力σw=215MPa,容许剪应力τ=125MPa;贝雷桁架的允许压应力及弯应力为f=273MPa;剪应力fv=208MPa。
11、钢筋混凝土重度rc=26KN/m3;
12、施工人员及机械活载按1KN/m2、模板重量按2.5KN/m2,(参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值)。
;
13、振捣、倾倒混凝土荷载4KN/m2,(参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值)。
14、恒载系数1.2,活载系数1.4。
15、主梁与分配梁允许挠度【ω】=L/400。
四、荷载计算
(一)、计算箱梁支撑段横截面积
被支撑梁段一般截面横截面面积:
A=16.998m2;箱梁顶面宽度B=25.8m。
被支撑梁段中端横梁处横截面面积:
A=43.396m2;箱梁顶面宽度B=25.8m
(二)、计算支撑架设计荷载
①、箱梁结构恒载:
q1=rc*A=442KN/m(一般截面处)
q1=rc*A=1128.3KN/m(中端横梁截面处);
验算取一般截面处的结构恒载。
②、箱梁模板恒载:
q2=B*q=65KN/m;(q为模板荷载,取2.5KN/m2。
)
③、支撑架结构恒载:
q3=14%*q1=62KN/m;(按以往施工经验估算。
)
④、振捣、倾倒混凝土荷载:
q4=4KN/m
⑤、施工人、机活载:
q5=1*B=26KN/m。
支撑架设计计算荷载:
q=1.2*(q1+q2+q3)+1.4*(q4+q5)=724KN/m。
结构计算荷载放大系数K=1.64。
五、内力计算
(一)、绘制支撑架受力分析的荷载简图
支撑架纵向受力荷载计算简图如下:
(图2)
(二)、使用结构力学法计算(利用三弯矩方程法)计算各支点弯矩
MA=ME=0,MB=-5869.72KN·m;
MC=-7102.81KN·m,MD=-5629.53KN·m;
(三)、利用力矩平衡法求支座反力
利用力矩平衡法,由A点开始对B点取弯矩,力矩平衡方程为:
1)7.5R1-0.5*724*7.52=MB=-5869.72求得R1=1932.37KN
2)(7.5+10.5)*1932.37+10.5R2-0.5*724*(7.5+10.5)2=MC=-7102.81
求得R2=7181.19KN
3)(7.5+10.5*2)*1932.37+2*10.5*7181.19+10.5*R-0.5*724*(7.5+2*10.5)2
=MD=-5629.53求得R3=7859.75KN
4)7R5-0.5*724*72=MD=-5629.53求得R5=1729.78KN
5)(7+10.5)*1729.78+10.5R4-0.5*724*(7+10.5)2=MC=-7102.81
求得R4=6998.908KN
内力结构图如下:
结论:
支点C处的反力(R3=7859.75KN)最大,故以此处为对象作荷载分析。
六、结构设计内力及检算
(一)、钢管支撑柱设计
1、钢筋支撑柱的布置设计
根据计算的支点反力结果判定,纵向钢管支撑柱C点的分担荷载最大。
故以此为计算设计对象。
纵向钢管支撑柱C点的横断面支撑结构如图所示。
横向每个支撑点布置7根直径φ630mm、壁厚10mm钢管柱。
钢管柱按等面积荷载布置。
为设计计算简便,以受载最大C截面支撑点为基准计算。
对应分担的最大计算荷载为R=R3/7=1122.8KN。
(若采用更多根钢管时,钢管立柱的承载能力更大更安全。
)
(1)、钢管立柱几何参数
本标段支架所用的钢管支撑柱全部拟选用直径φ630mm、壁厚10mm钢管做支撑柱。
C点钢管柱受压高度h=7.0m。
属于受压短杆(小柔度杆,不适应于欧拉公式)
(2)、钢管立柱强度验算
a、立柱长细比
回转半径
长细比
<[λ]=150
满足要求。
b、立柱临界应力验算:
此类钢管为b类,轴心受压杆件,A3钢,查《钢结构设计与计算》P520页知:
Φ=0.929,A=15625mm2,[σ]=140MPa
允许轴向压力[N]=Aφ[σ]=0.929×15625×140=2032.19KN
[N]>R=1122.8KN,满足要求。
(3)、钢管立柱的布置
将箱梁横截面面积均分成9等份,每份面积A1=A/9=1.89m2,再求出每一份的形心,则每根钢管立柱布置在每份的形心处。
如下图:
为减小工字钢主梁的悬臂长度,将最外侧钢管立柱外移50cm,则钢管立柱的实际间距为2.5m+3.46m+1.98m+2.79m+……
(二)、临时基础设计要求
本支撑架支撑荷载R3=7859.75KN,采用混凝土临时扩大基础,临时基础横桥向长度拟设26m、顺桥向宽度2m、高度0.6m(当跨既有线施工,基础作为车道的分隔带时,基础可加高到1.0m);地基基底允许承载能力不得小于200Kpa既满足要求。
1、计算地基允许承载力要求σ=F/s=7859.75/(26*2)=151KPa。
(<[σ],满足!
)
2、临时支墩基础
根据承台长度来定,拟设长26m,宽2m,高度0.6m,因基底坐落在既有路面上,承载能力较好,不需另作处理,基础采用c30混凝土,必要时可在底层铺一层钢筋网片。
(三)、工字钢主梁(双拼40B工字钢)计算
由于纵向钢管支撑柱C点的支撑分担荷载最大,最大支撑反力R3=7859.75KN。
横向主梁在此处分担的荷载也最大,所以验算此处的横梁荷载即可,横梁拟采用双拼40B工字钢。
查表得40B工字钢的截面特性:
截面惯性矩Ix=22781cm4,Wx=1139cm3,Sx=671.2cm3,d=12.5mm。
钢材的力学性能:
弹性模量E=2.1×105MPa,容许弯曲应力σw=215MPa,容许剪应力τ=125MPa。
梁宽为26m,工字钢长度按26m计算,则每米工字钢承受的荷载q=R3/26=302.3KN/m.。
工字钢立在钢管立柱上,取4跨连续梁验算,跨径为(2.5+3.46+1.98+2.79)m,工字钢受力分析简图如下图所示:
计算可知Mmax=300.25KN·m,Qmax=548.25KN
1)弯拉应力验算
弯拉应力δ=Mmax/2Wx=300.25×103/2×1139×10-6=131.8Mpa<〔σw〕=215Mpa,满足要求。
2)剪应力验算
剪应力
64.6Mpa<〔τ0〕=125Mpa,满足要求。
3)挠度验算
最大扰度出现跨度3.46m的跨中
扰度f=5ql4/(2×384EIx)=5×302.3×3.464/(2×384×2.1*105×22781×10-8)=5.9mm<〔f0〕=L/400=3460/400=8.65mm,满足要求。
4)工字钢悬臂端扰度验算
f=ql4/2×8EI=302.3×2.174/(2×8×2.1×105×22781×10-8)=8.8mm<〔f0〕=L/200=2170/200=10.85mm,满足要求。
(四)、贝雷梁计算
贝雷梁按单排布置,共布置32排,每两排间用450mm桁架与900mm桁架连接,贝雷梁横向用12.6槽钢连接成整体,以提高整体性和稳定性。
贝雷桁架物理几何指标
型号
几何特性
容许内力
单排单层
不加强型
Ix(cm4)
W(cm3)
弯矩(kN·m)
剪力(kN)
材质拉压应力f(MPa)
材质剪应力
fv(MPa)
250497.2
3578.5
788.2
245.2
273
208
根据前面的支架内力计算所得,知:
最大弯矩MC=7102.81KN·m;最大剪力Q=3941.31KN。
1)选取贝雷梁片数
①取最大弯矩检算,可知N=7102.81/788.2=9片;②按最大剪力检算,N=3941.31/245.2=16片,取32片足够安全。
2)弯矩剪力验算
贝雷梁允许弯矩32*788.2=25222.4KN·m>Mmax=7102.81KN·m
贝雷梁允许剪力32*245.2=7846.4KN>Tmax=3941.31KN
满足要求。
3)应力验算
贝雷梁允许弯曲拉压应力
62MPa 4)扰度验算 贝雷梁最大扰度出现在跨度为10.5m跨中。 扰度f=5ql4/(384EI)=5×724×10.54/(384×2.1×105×250497.2×22) =9.9mm 5)贝雷梁布置 取32片贝雷梁,每两片用45cm或90cm花架连接,共16组,将箱梁横截面等分为16份,每组贝雷梁布置在每份的形心处(为减小贝雷梁上横向分配梁的悬臂长度,实际布置时可将最外侧贝雷梁向外移50cm),贝雷梁布置间距如下: (五)、箱梁底模横向I12.6工字钢分配梁验算 箱梁底模横向I12.6工字钢分配梁,摆布间距一般截面处为80cm,中横梁与端横梁处为50cm,根据支架横断面布置图,贝雷梁实际布置时,贝雷梁横向最大间距为157cm,则工字钢最大跨度为157cm,验算取最大跨度验算。 一般截面处每根工字钢承担荷载Q=0.8*(1.2(q1+q2)+1.4(q4+q5))=0.8m×650.4KN/m=520.32KN,梁宽为26m,所以每根工字钢长度按26m计算,则每米工字钢承受的荷载q=Q/26=20KN/m;中横梁与端横梁处每根工字钢承担荷载Q=0.5*(1.2(q1+q2)+1.4(q4+q5))=0.5m×1473.96KN/m=736.98KN,梁宽为26m,所以每根工字钢长度按26m计算,则每米工字钢承受的荷载q=Q/26=28.3KN/m。 工字钢受力分析简图如图11所示: 查表得12.6工字钢的截面特性: 截面惯性矩Ix=488cm4,Wx=77.4cm3,Sx=44.4cm3,d=5mm。 钢材的力学性能: 弹性模量E=2.1×105MPa,容许弯曲应力σw=215MPa,容许剪应力τ=125MPa。 1)一般截面处验算 a、弯拉应力验算 跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=20×1.572/8=6.2KN·m 弯拉应力δ=Mmax/Wx=6.2×103/77.4×10-6=80.1Mpa<〔σw〕=215Mpa,满足要求。 b、剪应力验算 最大剪力Qmax=0.5ql=0.5×20×1.57=15.7kN 剪应力 28.6Mpa<〔τ0〕=125Mpa,满足要求。 c、挠度验算 f=5ql4/(384EI)=5×20×1.574/(384×2.1×105×488×10-8) =1.5mm<〔f0〕=L/400=1570/400=3.9mm,满足要求。 2)中端横梁截面处验算 a、弯拉应力验算 跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=28.3×1.572/8=8.7KN·m 弯拉应力δ=Mmax/W=8.7×103/77.4×10-6=112.8Mpa<〔σw〕=215Mpa,满足要求。 b、剪应力验算 最大剪力Qmax=0.5ql=0.5×28.3×1.57=22.2kN 剪应力 40.4Mpa<〔τ0〕=125Mpa,满足要求。 c、挠度验算 f=5ql4/(384EI)=5×34×1.574/(384×2.1×105×488×10-8) =2.2mm<〔f0〕=L/400=1570/400=3.9mm,满足要求。 (六)、箱梁底模纵梁(10cm*10cm方木)验算 底模纵梁采用10cm*10cm方木,根据《木结构设计规范》: 普通松木的抗弯强度设计值fm=13MPa,抗剪强度fv=1.5MPa,弹性模量为E=9.5*103MPa,挠度极限值L/400。 Wx=166.7cm3,Ix=833cm4,Sx=125cm3。 方木底板处的布距(中心间距)为40cm,横隔板及腹板处的布距加密到20cm。 横隔板及腹板处混凝土厚度为2.2m,混凝土自重荷载为2.2*26=57.2KN/m2;底板处混凝土厚度为0.5m,混凝土自重荷载为0.5*26=13KN/m2 则横隔板及腹板处计算荷载0.2*(1.2*(57.2+2.5)+1.4*(1+4))=15.73KN/m;底板处计算荷载0.4*(1.2*(13+2.5)+1.4*(1+4))=10.24KN/m 方木纵向布置在横向工字钢分配梁上,取3跨连续梁做受力分析,简图如下: 计算可知横隔板及腹板处Mmax=1.01KN·m,Qmax=7.55KN 底板处Mmax=0.65KN·m,Qmax=4.9KN 1)横隔板及腹板处方木验算 a弯拉应力验算 弯拉应力δ=Mmax/Wx=1.01×103/166.7×10-6=6.06Mpa b剪应力验算 剪应力 1.13Mpa c挠度验算 扰度 0.54mm<〔f0〕=L/400=800/400=2mm,满足要求。 2)底板处方木验算 a弯拉应力验算 弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.65×103/166.7×10-6=3.9Mpa b剪应力验算 剪应力 0.73Mpa c挠度验算 扰度 0.35mm<〔w〕=L/400=800/400=2mm,满足要求。 (七)、箱梁底模面板(竹胶板)验算 底模采用竹胶板,规格为2.44m*1.22m*15mm,竹胶板的力学参数如下: 弹性模量E=6.5*103MPa, 设计抗弯强度50MPa, 底板处Wx=0.16667bh2=0.16667*20*1.52=7.5cm3 中隔板及腹板处Wx=0.16667bh2=0.16667*10*1.52=3.75cm3 底板处计算荷载1*(1.2*(0.5*26+2.5)+1.4*(1+4))=25.6KN/m 横隔板及腹板处计算荷载1*(1.2*(2.2*26+2.5)+1.4*(1+4))=78.64KN/m 受力简图如下: 1)底板处面板验算 跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=25.6×0.22/8=0.128KN·m 弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.128×103/7.5×10-6=17.06Mpa<50Mpa,满足要求。 扰度f=5ql4/(384EIx)=5×25.6×0.24/(384×6.5×103×3.75×10-8)=0.22mm 2)中隔板及腹板处面板验算 跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=78.64×0.12/8=0.098KN·m 弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.098×103/3.75×10-6=26.1Mpa<50Mpa,满足要求。 扰度f=5ql4/(384EIx)=5×78.64×0.14/(384×6.5×103×3.75×10-8)=0.04mm (八)、箱梁侧模验算 现浇混凝土对模板的侧压力计算: 新浇筑的初凝时间按8h,隔板及腹板一次浇注高度2.2m,浇注速度1.5m/h,混凝土无缓凝作用的外加剂,设计坍落度16mm。 根据规范计算模板的侧压力。 =77.3KN/m2 —混凝土的重力密度( ) —新浇混凝土的初凝时间(h),可按实测确定。 当缺乏试验资料时,可按 计算;(混凝土初凝时间按8h算) —外加剂影响系数,不产外加剂时取1.0;掺有缓凝作用的外加剂时取1.2. —混凝土塌落度影响系数,当塌落度小于30mm,取0.85;50-90mm时,取1.0,110-150mm时,混凝土采用泵送,故取1.15; —混凝土浇筑速度,取1.5(m/h); 取以上两值的最小值,故最大侧压力为 则侧模的荷载q=57.2*1.2+(1+4)*1.4=75.64KN/m2 面板为15mm厚竹胶板,模板次楞(竖向分配梁)间距为30cm,计算高度取100cm。 面板截面参数: E=6.5*103MPa 设计抗弯强度50MPa Ix=0.08333bh3=0.08333*100*1.53=28.1cm4, Wx=0.16667bh2=0.16667*100*1.52=37.5cm3。 计算简图如上(3跨连续梁)计算结果: Mmax=0.681KN.m 1)弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.681/37.5=18.2Mpa<50Mpa,满足要求 2)最大扰度 0.22mm (九)、支架整体稳定性计算 1、荷载分布 根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004,支架为临时结构,按1/10频计算: 基本风速: V10=28.8m/s 基本风压: W10=0.5KN/m2 空气重力密度: γ=0.012017e-0.0001Z=0.012017e-0.0001×15=0.012KN/m3 高度Z处的设计基准风速: Vd=K2K5V10=0.79×1.38×28.8=34.3m/s 设计基准风压: Wd=(γVd2)/(2g)=(0.012×34.32)/(2×9.81)=0.72KN/m2 支架+梁高按3.8m实体计算,则: 桥横向风荷载标准值: Fwh=k0k1k3WdAwh=0.75×1.1×1.0×0.72×10.5×3.8=23.7KN 其中: k0为设计风速重建期换算系数,对于施工架设期桥梁,k0取0.75。 K1为风载阻力系数,k0取1.1。 K3为地形、地埋条件系数,一般地区k3取1.0。 Wd为设计基准风压。 Awh为横向迎风面积,按实际尺寸计算(10.5×3.8)。 (支墩至支墩径度总长10.5m) 着力点距迎风面荷载中心距12+3.8/2=13.9m,12米为墩高,则弯矩: 倾覆M倾=23.7×13.9=329.4KN·m 2、支架整体稳定验算 当支架搭设完毕,而主梁未开始作业时,支架自重小,整体稳定性最差,故选此状态进行控制计算。 抗倾覆M=G*L G: 模板、方木、贝雷片、H400型钢横梁等自重 L: 自重重心到支墩外侧螺旋管的距离=10.7m 模板: 0.015×12×9=1.62KN/m 方木: 翼板处12/0.35×0.1×0.1×8=2.74KN/m 底板7.1/0.35×0.10×0.15×8=2.43KN/m 钢桁架片: 2.8KN/m 贝雷片: 27×9=243KN H400型钢: 13.5×172×2=46.44KN M抗=【(1.62+2.74+2.43+2.8)×12+243+46.44】×10.7 =4328.4KN.m 稳定系数M抗/M倾=4328.4/329.4=13.14>1.3,满足要求。 验算完成,经验算支架布置符合要求,此方案结构受力安全可行。
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