胶济线0#块支架计算书评审.docx
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胶济线0#块支架计算书评审
青荣城际铁路QRZH-I标
即墨上行联络线跨济青高速公路特大桥跨胶济铁路
(60+100+60)m连续梁转体结构0#块满堂支架计算书
计算:
职称:
复核:
职称:
批准:
职称:
二〇一三年七月
目录
1.工程概况1
1.1桥梁概述1
1.2地质、气候情况1
2.箱梁0#块支架验算1
2.1箱梁0#块支架方案简介1
2.2验算依据1
2.3支架计算数据资料2
2.4材料选择2
2.5结构验算2
2.6碗扣支架支撑体系受力验算6
2.7立杆的地基承载力9
2.8、结论10
1、工程概况
1.1桥梁概述
即墨上行联络线跨济青高速公路特大桥跨胶济铁路连续梁为(60+100+60)m单线有砟轨道预应力混凝土连续箱梁。
41#墩身高9.8m,42#墩身高12.8m。
本连续箱梁采用转体法施工,其中转体结构(长度为98m)采用满堂碗口支架现浇施工,拟分两次现浇,第一次浇筑0#块,长度为37m,第二次浇筑1#块,长度为61m。
0#块中支点处梁高7.5m,梁底下缘按二次抛物线变化,变化到直线段处梁高为4.5m。
悬浇箱梁截面采用单箱单室、变高度、变截面直腹板形式。
箱梁顶宽7.2m,底宽5.4m。
1.2地质、气候情况
41#主墩位置处0~3.7m为填筑土,3.7-6.7m粉质粘土和黏土,σ0=180kPa;沿铁路方向(脚手架搭设区域)为原铁路路基;42#主墩处0-6.7m为粉质粘土(σ0=180kPa),6.7m以下为玄武岩(σ0=300kPa)。
该地区年平均气温12℃,降水量708毫米,属于温带季风气候。
2、箱梁0#块支架验算
2.1箱梁0#块支架方案简介
连续梁支架采用Φ48×3.5㎜碗扣式钢管支架。
现浇箱梁内、侧模均采用15mm厚木胶板现场加工,内模及顶模采用满堂支架支撑。
支架立杆横桥向采用(2*0.6+3*0.3+6*0.6+3*0.3+2*0.6)m,底板下纵桥向间距0.6m,腹板下墩中线两侧各28m范围内间距0.3m,腹板其他区域纵桥向间距0.6m。
横杆步距为0.6m、0.9m、1.2m(最大);支架底部设底托,顶部设顶托,用于调节纵坡,顶托上顺桥向放置10*15cm方木做纵梁,纵梁上横桥向放置10*10cm方木,间距20cm。
支架布置如下图1-图3所示:
2.2验算依据
Ø铁道第三勘察设计院集团有限公司《有砟轨道预应力混凝土连续梁跨度:
(60+100+60)m》(单线、悬浇)
Ø铁道第三勘察设计院集团有限公司《即墨上行联络线跨济青高速公路特大桥41、42号墩转体结构》(图号:
青荣城际施桥-123-变03)
Ø铁道第三勘察设计院集团有限公司《即墨上行联络线跨济青高速特大桥施工图》
Ø《混凝土结构设计规范》
Ø《路桥施工计算手册》
Ø《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》
2.3支架计算数据资料
1、钢筋砼容重γ=26kN/m3
2、模板及方木q2=1.0kN/m2
3、施工人员、施工料具荷载按均布施工荷载q3=2.5kN/m2
4、混凝土振捣时产生的荷载q4=2kN/m2
5、混凝土振捣时产生的冲击荷载q5=2kN/m2
6、荷载系数:
静载系数为1.2,活载系数为1.4。
2.4材料选择
木胶板:
厚15mm,抗弯强度13Mpa,弹性模量9×103Mpa;
底模背肋(东北落叶松方木):
宽100mm,高100mm,抗弯强度13Mpa,抗剪强度2.3Mpa,弹性模量9×103Mpa;
底模主梁(东北落叶松方木):
宽100mm,高150mm,抗弯强度13Mpa,抗剪强度2.3Mpa,弹性模量9×103Mpa;
Φ48×3.5㎜碗扣钢管:
惯性矩I=12.19cm4,抵抗矩W=5.08cm3,截面积A=4.89cm2,抗拉、抗压和抗弯强度205Mpa,弹性模量2.1×105Mpa。
2.5结构验算
计算截面选取:
a.I-I截面(0#块墩顶以外悬臂最大梁高处):
此处梁高7.5m,顶板厚0.62m,底板厚1.373m。
I-I截面、II-II截面之间立杆布置为:
腹板处纵横均为0.3m,底板处立杆纵横间距0.6m,步距为1.2m。
b.II-II截面(距墩中心28m处):
此处梁高4.97m,顶板厚0.36m,底板厚0.5m。
II-II截面、转体端部之间立杆布置为:
腹板处横桥向间距0.3m、纵桥向间距0.6m,底板处立杆纵横间距0.6m,步距为1.2m。
2.5.1I-I截面验算
(1)箱梁腹板底部的底模板检算
底模检算时按三跨连续梁检算,梁宽取1.0m,方木按0.2m间距布置(净距为0.1m)。
恒荷载标准值qk1=7.5×26×1.0=195(kN/m)
活荷载标准值qk2=(2.5+2+2)×1.0=6.5(kN/m)
荷载设计值q2=1.2×195+1.4×6.5=243.1(kN/m)
计算跨度L=0.1m,
弯矩:
M2=q2×L2/10=243.1×0.12/10=0.243(kN.m)
截面抵抗矩:
w=b×h2/6=(1000×152)/6=37500mm3
σ=M/W=0.243×106/37500=6.48MPa<[σ]=13MPa,强度满足要求。
剪力:
V=0.6ql=0.6×243.1×0.1=14.59KN
剪应力:
τ=1.5×V/A=1.5×14.59×103/1000×15=1.46MPa<[τ]=2.3MPa,
抗剪强度满足要求。
挠度:
截面惯性矩:
I=b×h3/12=281250mm4
ω=0.677ql4/(100EI)=0.677×243.1×1004/(384×9000×281250)=0.02mm;
挠度允许值:
100/400=0.25>0.02mm,故挠度满足要求。
(2)箱梁底板的底模板检算
由于底板处横向方木间距与腹板处相同,且底板处梁高远小于腹板处,故无需再对底板处木胶板的强度、刚度、挠度进行检算。
(3)横梁(10cm×10cm方木)检算
1)腹板下:
横梁采用10×10cm方木,跨径0.3m,间距0.2m/道,建立三跨连续梁模型进行计算。
横梁所承受的荷载:
恒荷载标准值qk=7.5×26×0.2=39kN/m
活荷载标准值qk=(2.5+2+2)×0.2=1.3kN/m
荷载设计值q=1.2×39+1.4×1.3=48.62kN/m
计算跨度为l=0.3m,
弯矩
弯曲正应力
6×0.44×106/100×1002=2.62MPa<[σ]=13MPa(抗弯满足强度要求)
剪力:
V=0.6ql=0.6×48.62×0.3=8.75KN
剪应力:
τ1=1.5×V1/A=1.5×8.75×103/100×100=1.31MPa<[τ]=2.3MPa,(抗剪满足强度要求)
挠度:
I=b×h3/12=100×1003/12=8333333.33mm4
ω=0.677ql4/(100EI)=0.677×48.62×3004/(384×9000×8333333.33)=0.01mm;
挠度允许值:
300/400=0.75>0.01mm,故挠度满足要求。
2)底板下:
横梁10×10cm采用方木,跨径0.6m,间距0.2m/道,建立三跨连续梁模型进行计算。
横梁所承受的荷载:
恒荷载标准值qk1=(0.62+1.373)×26×0.2=10.36kN/m
活荷载标准值qk2=(2.5+2+2)×0.2=1.3kN/m
荷载设计值q=1.2×10.36+1.4×1.3=14.25kN/m
计算跨度为0.6m,
M=0.1ql2=0.1×14.25×0.36=0.51KN.M
弯曲正应力
6×0.51×106/100×1002=3.1<[σ]=13MPa(满足强度要求)
剪力:
V=0.6ql=0.6×14.25×0.6=5.13KN
剪应力:
τ=1.5×V/A=1.5×5.13×103/100×100=0.77MPa<[τ]=2.3MPa,(满足强度要求)
挠度:
ω=0.677ql4/(100EI)=0.677×14.25×6004/(384×9000×8333333.33)=0.04mm;
挠度允许值:
600/400=1.5>0.04mm,故挠度满足要求。
(4)纵梁(10cm×15cm方木)检算
1)箱梁腹板底部的纵梁检算
纵梁采用10cm×15cm方木,跨径0.3m,间距0.3m/道,建立三跨连续梁模型进行计算。
纵梁所承受的荷载:
恒荷载标准值qk1=7.5×26×0.3=58.5kN/m
活荷载标准值qk2=(2.5+2+2)×0.3=1.95kN/m
荷载设计值q=1.2×58.5+1.4×1.95=72.86kN/m
计算跨度为0.3m,
M=0.1ql2=0.1×72.86×0.09=0.66KN.M
弯曲正应力
6×0.66×106/100×1502=1.76MPa<[σ]=13MPa(抗弯满足强度要求)
剪力:
V=0.6ql=0.6×72.86×0.3=13.1KN
剪应力:
τ1=1.5×V1/A=1.5×13.1×103/100×150=1.05MPa<[τ]=2.3MPa,(抗剪满足强度要求)
挠度:
I=b×h3/12=100×1503/12=28125000mm4
ω=0.677ql4/(100EI)=0.677×72.86×3004/(384×9000×28125000)=0.004mm;
挠度允许值:
300/400=0.75>0.004mm,故挠度满足要求。
2)箱梁底板底部的纵梁检算
纵梁采用10cm×15cm方木,跨径0.6m,建立三跨连续梁模型进行计算。
纵梁所承受的荷载:
恒荷载标准值qk1=(0.62+1.373)×26×0.6=31.1kN/m
活荷载标准值qk2=(2.5+2+2)×0.6=3.9kN/m
荷载设计值q=1.2×31.1+1.4×3.9=42.78kN/m
计算跨度为0.6m,
M=0.1ql2=0.1×42.78×0.36=1.54KN.M
弯曲正应力
6×1.54×106/100×1502=4.1MPa<[σ]=13MPa(满足强度要求)
剪力:
V=0.6ql=0.6×42.78×0.6=15.4KN
剪应力:
τ=1.5×V2/A=1.5×15.4×103/100×150=1.54MPa<[τ]=2.3MPa,(满足强度要求)
ω=0.677ql4/(100EI)=0.677×42.78×6004/(384×9000×28125000)=0.04mm;
挠度允许值:
600/400=1.5>0.04mm,故挠度满足要求。
(5)碗扣支架支撑体系受力验算
以42#墩为例,支架高度大于41#墩,偏安全。
A.单肢立杆轴力计算:
1)当不组合风荷载时:
N=[1.2*(7.5*26+1)+1.4(2+2+2.5)]*0.3*0.3=21.95KN<30KN(可)
2)当组合风荷载时:
Nw=[1.2*(7.5*26+1)+0.9*1.4(2+2+2.5)]*0.3*0.3=21.9KN<30KN(可)
B.单肢立杆稳定性验算:
1)当不组合风荷载时:
立杆计算长度L0=B+2a=1.2+2*0.65=2.5m
惯性半径
λ=L0/i=2500/15.78=158.43
查《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》附录F,得稳定系数Ψ=0.307
σ=N/Ψ.A=21.95*103/0.307*489=146.2MPa<205MPa,故稳定性满足要求!
2)当组合风荷载时:
风荷载标准值按下式计算:
其中
--基本风压
,青岛地区取0.6
μz--风荷载高度变化系数,查《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》附录E,离地面高度按15m计,地面粗糙类别为C类,μz取1.14;
μs--风荷载体型系数,为1.3×0.212=0.276
立杆稳定性验算:
故稳定性满足要求。
2.5.2II-II截面验算
由于II-II截面底模及底模下横梁、底板下纵梁方木布置情况与I-I截面相同,且梁高及顶、底板厚度均小于I-I截面,故无需再次计算。
仅需对II-II截面处腹板下10*15cm纵梁及立杆承载力计算即可。
1.箱梁腹板底部的纵梁检算
纵梁采用10cm×15cm方木,跨径0.6m,间距0.3m/道,建立三跨连续梁模型进行计算。
纵梁所承受的荷载:
恒荷载标准值qk1=4.97×26×0.3=38.76kN/m
活荷载标准值qk2=(2.5+2+2)×0.3=1.95kN/m
荷载设计值q=1.2×38.76+1.4×1.95=49.24kN/m
计算跨度为0.6m,
M=0.1ql2=0.1×49.24×0.36=1.77KN.M
弯曲正应力
6×1.77×106/100×1502=4.72MPa<[σ]=13MPa(抗弯满足强度要求)
剪力:
V=0.6ql=0.6×49.24×0.6=17.73KN
剪应力:
τ1=1.5×V1/A=1.5×17.73×103/100×150=1.73MPa<[τ]=2.3MPa,(抗剪满足强度要求)
挠度:
I=b×h3/12=100×1503/12=28125000mm4
ω=0.677ql4/(100EI)=0.677×49.24×6004/(384×9000×28125000)=0.04mm;
挠度允许值:
600/400=1.5>0.04mm,故挠度满足要求。
2.碗扣支架支撑体系受力验算
A.单肢立杆轴力计算:
1)当不组合风荷载时:
N=[1.2*(4.97*26+1)+1.4(2+2+2.5)]*0.3*0.6=29.7KN<30KN(可)
2)当组合风荷载时:
Nw=[1.2*(4.97*26+1)+0.9*1.4(2+2+2.5)]*0.3*0.6=29.6KN<30KN(可)
B.单肢立杆稳定性验算:
1)当不组合风荷载时:
立杆计算长度L0=B+2a=1.2+2*0.65=2.5m
惯性半径
λ=L0/i=2500/15.78=158.43
查《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》附录F,得稳定系数Ψ=0.307
σ=N/Ψ.A=29.7*103/0.307*489=197.8MPa<205MPa,故稳定性满足要求。
2)当组合风荷载时:
立杆稳定性验算:
故稳定性满足要求。
3.碗口支架竖向位移计算
取悬臂端根部截面进行计算
=(7.5×26+1)×0.3×0.6×103×12000/(2.1×105×489)+4
=8.1mm
式中:
Q1——立杆计算恒载(N);
H——立杆总高度(mm);
E——钢材弹性模量(N/mm2);
Δ——立杆接头变形(mm),可按一个接头1mm取值;
4.整体抗倾覆验算
支架整体抗倾覆稳定按模板安装后尚未绑扎梁体钢筋前为工况进行验算,验算公式如下:
式中:
K---结构抗倾覆稳定系数,不小于1.5;
Mk—结构抗倾覆力矩(KN.m),模板体系和支架结构重力荷载对倾覆支点取距;
Mq—结构倾覆力矩(KN.m),由作用在模板体系和支架结构上的风荷载共同对倾覆支点取距;
选取42#墩1#块小里程方向20m满堂支架及模板体系进行计算,支架高度为H1=19.5m(支架高12m,模板高7.5m),支架宽度B=8.4m,支架长度L=20m,脚手架立杆纵距为0.6m,横距底板下间距0.6m,腹板下间距0.3m,立杆长度为:
61×19×12m=13908m;横杆长度:
(61根×8.4m+19根×18m)×11层=9398.4m;剪刀撑长度(纵向外侧面设置连续剪刀撑,与地面夹角50.2°,横向每4跨设置竖向剪刀撑,与地面夹角50.2°):
共约1000m。
脚手架自重:
Gk=(13908+9398.4+1000)*4.84kg/m=1176.43KN,
模板自重:
7.5m×20m×1KN/m2×2=300KN
抗倾覆力矩由脚手架及模板的自重产生:
MK1=0.9Gk1B1/2=0.9×1176.43×8.4/2=4446.9KN.m;
MK2=0.9Gk2B2/2=0.9×300×5.4/2=729KN.m;
抗倾覆力矩MK=MK1+MK2=5175.9KN.m
风荷载对脚手架产生的倾覆弯矩:
ωk1=0.7*μs*μz*ω0=0.7*1.3*0.212*1.25*0.6=0.14KN/m2
Mq1=1.4*ωk1*LH2/2=1.4*0.14*20*19.52/2=745.29KN.m
风荷载对模板产生的倾覆弯矩:
ωk2=0.7*μs*μz*ω0=0.7*1.3*1.25*0.6=0.68KN/m2
Mq2=1.4*ωk2*LH2*B2=1.4*0.68*20*19.5*5.4=2004.9KN.m
倾覆力矩Mq=Mq1+Mq2=2750KN.m
结构抗倾覆稳定系数K=MK/Mq=5175.9/2750=1.88>1.5,满足要求。
5立杆的地基承载力
支架通过底托、方木、混凝土垫层(15cm厚)、碎石垫层(50cm)、地基层(分层压实黏土),层层施加荷载,其中底托尺寸为10cm*10cm,方木截面为10cm*15cm,方木连跨布置。
立杆荷载取最大值29.7KN
C20混凝土容重为24KN/m3,轴心抗压强度设计值fc=9.6N/mm2,其刚性角取45°;硬化后地基承载力计算如下所示:
C20混凝土垫层底对碎石换填层的压力
fn1=29700/0.6*0.3=165kpa
则换填碎石土承载力需大于165kpa。
地基处理方案:
由于支架搭设区域原地基承载力不够,需用碎石进行换填处理,并分层压实,保证承载力大于165kpa;然后浇筑15cm厚C20素混凝土垫层,垫层施工时要留出排水坡度,与既有排水沟相连,确保支架周围无积水现象。
2.8结论
此支架结构受力明确合理,地基处理得当,满足施工要求。
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