60+100+60连续梁0#块托架设计.docx
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60+100+60连续梁0#块托架设计
跨常浒河连续梁
0#块及边跨现浇段支架计算
1、工程概况
1.1连续梁工程概况
常浒河连续梁全长221.5米,起讫里程分别为(DK62+287.990~DK62+509.190),自117#墩至120#墩,主要为跨越常浒河而设。
1.2箱梁结构形式
连续梁均位于曲线上,计算跨度为(60+100+60)m。
中支点处截面中心线处梁高7.20m,跨中合龙段及边跨现浇段段截面中心线处梁高4.60m(不含排水找平层),梁底下缘按二次抛物线变化设置,边支座中心线至梁端0.75m。
桥面板上设置挡砟墙、电缆槽和人行道栏杆。
梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。
箱梁顶宽11.6m,线间距4.5m。
箱梁底宽6.4m,顶板厚度35~45~55cm,底板厚度55~165cm,腹板厚60~80~100cm。
在端支点、中支点及跨中共设5个横隔板,横隔板设有孔洞,供检查人员通过
1.3总体施工方案
连续梁0#段采用钢管加型钢支架施工,模板为组合钢模板,悬臂段采用挂篮施工,边跨现浇段采用钢管加型钢支架施工,钢模和木模组合的形式。
2、支架体系介绍
2.1、支架设置
在主墩小承台上布置1排5根φ609×10mm钢管,大承台外布置1排5根φ609×10mm钢管。
钢管纵向间距为3m,横向间距中间为2.1m,两侧间距为2.3m。
钢管上采用双拼45a工字钢作为横梁,横梁采用双拼45a工字钢作为调节支架,主梁上采用5道双拼I36b工字钢作为分配梁,间距同对应钢管的间距。
分配梁上采用I25a工字钢作为次分配梁,间距40cm。
I25上铺10×10方木,布置间距20cm作为底模次梁,上铺1.5cm厚竹胶板。
支架立面布置图如下(单位:
mm):
支架立面布置图如下(单位:
mm):
支架平面布置图如下:
边跨现浇段采用φ609×10mm钢管加型钢支架,钢管上采用双拼45a工字钢作为横梁,横梁上采用I36a工字钢作为分配梁,采用10×10方木布置间距30cm作为底模次梁,上铺1.5cm厚竹胶板。
边跨支架立面如下图所示:
边跨现浇段侧立面图
2.2、支架预压
(1)堆载预压目的整个支架系统拼装完成后需要对支架进行预压,以实测支架的非弹性变形和弹性变形,验证支架的承载能力;同时消除非弹性变形值;根据测得的数据推算0号悬臂段底模的预拱度,确保支架的使用安全。
(2)加载材料加载材料使用预制混凝土块,预制时预埋φ20钢筋吊环,作为吊装用。
(3)加载重量及方法
0#段支架承重总重1253.2t,边跨现浇段承重总重442t,考虑施工荷载和施工的安全系数,加载重量按照最大施工荷载的1.1倍配重计算。
本桥0#段悬空段(一侧)施工重量为508.2t,现浇段施工重量为358t。
3、计算依据
支架设计计算主要依据下列标准和技术文件:
1)《路桥施工计算手册》人民交通出版社,2001;
2)《钢结构设计规范》(GB50010-2002);
3)《装配式公路钢桥多用途使用手册》,人民交通出版社,2001;
4)《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005)。
4、支架计算模型
4.1计算模型
采用杆系方法对支架体系进行分析,结构模型按实际施工图建立;根据模板及支撑系统的设计,浇注混凝土及模板的重量按均匀荷载传递到支架上,分析模型通过建立虚拟梁进行荷载传递。
模型主要采用了梁单元,模型节点共计120个,单元共计123个,计算模型如图4-1所示。
计算时,根据支架体系的设计及工作状态,钢管立柱与承台之间连接考虑为刚接状态;另外,横铺双拼I45a工字钢与上面的纵铺双拼I45a工字钢之间采用铰接弹性连接,横铺双拼I45a工字钢与下面钢管立柱采用铰接弹性连接。
图4-10#块支架有限元计算模型
4.2构件截面及材料性能
本支架体系各主要构件的截面形式如表4-1所列;所用材料的容许应力如表4-2所示。
本计算分析中,钢材的弹性模量取2.1×e5MPa。
表4-1支架体系各主要构件截面类型
序号
构件名称
截面形式
1
纵向分配梁
双拼I45a工字钢
2
横铺双拼工字钢
双拼I45a工字钢
3
立柱
直径60cm钢管立柱
4
锚筋
20圆钢
5
锚板
20mm钢板
表4-2钢材的容许应力
应力种类
钢号
Q235
弯曲应力[σ](Mpa)
158
剪切应力[τ](Mpa)
98
挤压应力[σ](Mpa)
240
4.3计算荷载
施工荷载:
按实际重量计算,同时考虑到施工人员与堆料、混凝土振捣及模板系统等施工临时荷载,以混凝土自重乘以1.5的系数进行考虑。
作用范围:
支架受力计算长度6.40m(按箱梁底板宽考虑),支架受力计算宽度5.0m。
上部分配纵梁共计5根,外部两根纵梁分配得到荷载:
外侧两根双拼I45a工字钢纵梁30kN/m,近腹板双拼I45a工字钢纵梁270kN/m,底板双拼I45a工字钢纵梁150kN/m。
5、0#块支架计算结果
5.1结构挠度计算结果
在荷载作用下,支架荷载范围内的最大竖向变形为3.7mm左右,出现在最上面的分配工字钢梁荷载作用端部。
图5-1支架变形示意图(单位:
mm)
5.2结构应力计算结果
在荷载作用下,上部支架的最大组合拉应力为96MPa,出现在支架纵向外侧立柱顶上部分配纵梁;下部钢管立柱最大组合压应力为45MPa,位于立柱顶。
图5-2上部支架受力示意图(单位:
MPa)
图5-3钢管立柱受力示意图(单位:
MPa)
5.3结构稳定计算结果
第一阶失稳临界荷载系数3.761,立柱纵桥向发生侧移失稳;第二阶失稳临界荷载系数4.889,立柱发生横桥向侧移失稳;第三阶失稳临界荷载系数6.328,立柱发生扭转失稳;第四阶失稳临界荷载系数6.339,中间立柱发生侧向失稳。
各阶失稳模态及屈曲系数如表5-1所示。
表5-1支架前四阶失稳模态
支架一阶失稳模态(屈曲系数3.761)
支架二阶失稳模态(屈曲系数4.889)
支架三阶失稳模态(屈曲系数6.328)
支架四阶失稳模态(屈曲系数6.339)
6、现浇段计算模型
6.1计算模型
采用杆系方法对尾端支架体系进行分析,根据模板及支架系统的设计,浇注混凝土及模板的重量按均匀荷载传递到支架上,分析模型通过建立虚拟梁进行荷载传递。
模型主要采用了梁单元,模型节点共计366个,单元共计388个,计算模型如图所示。
计算时,根据支架体系的设计及工作状态,分配梁I36a工字钢与I45a双拼工字钢之间边界条件考虑为弹性连接仅受压状态;另外,双I45a工字钢与下方钢管桩之间采用弹性刚接连接,钢管桩底部为铰接。
图6-1边跨现浇梁支架有限元计算模型
6.2构件截面及材料性能
本支架体系各主要构件的截面形式如表6-1所列;所用材料的容许应力如表6-2所示。
本计算分析中,钢材的弹性模量取2.1e+11Pa。
表6-1托架体系各主要构件截面类型
序号
构件名称
截面形式
1
横向分配梁
I36a
2
钢管桩
直径609mm,壁厚10mm
3
横梁
双拼I45a
表6-2钢材的容许应力
应力种类
钢号
Q235
弯曲应力[σ](Mpa)
158
剪切应力[τ](Mpa)
98
挤压应力[σ](Mpa)
240
6.3计算荷载
施工荷载:
按实际重量计算,同时考虑到施工人员与堆料、混凝土振捣及模板系统等施工临时荷载,以混凝土自重乘以1.5的系数进行考虑。
作用范围:
支架受力计算长度8.40m,上部分配纵梁共计24根,每根I36a工字钢纵梁22.0kN/m。
7、现浇段计算结果
7.1结构挠度计算结果
在荷载作用下,支架的最大竖向变形为4.3mm,出现在最上面的分配工字钢端部。
图7-1支架变形示意图(单位:
mm)
7.2结构应力计算结果
在荷载作用下,托架的最大组合压应力为50.1MPa,出现在立柱顶。
图7-2支架受力示意图(单位N/mm2)
7.3结构稳定计算结果
第一阶失稳临界荷载系数5.5,立柱纵桥向发生侧移失稳;第二阶失稳临界荷载系数7.03,分配纵梁发生扭转失稳;第三阶失稳临界荷载系数7.05,分配纵梁发生扭转失稳;第四阶失稳临界荷载系数7.07,分配纵梁发生扭转失稳。
各阶失稳模态及屈曲系数如表7-1所示。
表7-1支架前四阶失稳模态
支架一阶失稳模态(屈曲系数5.5)
支架二阶失稳模态(屈曲系数7.03)
支架三阶失稳模态(屈曲系数7.05)
支架四阶失稳模态(屈曲系数7.07)
8、施工支架验算结论与建议
8.1结论
通过对0#块支架体系的分析计算可知:
1)对于0#块、边跨施工支架进行计算,其强度、刚度满足规范要求。
2)0#块施工支架最大组合拉应力为96MPa,出现在最上面的分配工字钢梁(立柱顶),边跨现浇段组合应力出现在立柱顶,为50.1MPa;
3)稳定性验算表明:
0#块施工支架的第一阶失稳模态临界荷载荷载系数为3.761,边跨现浇段施工支架第一阶失稳模态临界荷载荷载系数为5.5。
8.2建议
1)为确保支架施工过程的安全,需对支架进行静载试验,通过静载试验检验支架的安全。
试验过程中加强观测,确保预压过程支架的安全。
2)在使用过程中,应进一步对支架进行观测,确保使用过程支架的安全。
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