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现浇梁支架计算
福建省古武高速公路工程
十方互通A匝道桥上部现浇箱梁
计
算
书
中铁十七局集团有限公司
古武高速公路A1标项目部
2011.05.28
古武高速公路工程A1合同段
现浇箱梁支架设计方案
一、工程概况
A匝道桥全桥长度为310米,桥型布置为为4×30+3×30+3×31m预应力连续箱梁,全桥共计三联,本桥平面位于Ls=67.22mR=180m的左偏曲线、Ls=62.5mR=360m的缓和曲线上,纵面位于R=2600m的凸曲线,及i=1.434%下坡路段上。
下部构造采用柱式墩、薄壁墩、桩基础;桥台采用肋式桥台、桩基础。
箱梁为单箱双室结构,上部构造施工时,先浇注第二联3×30m,采用单端张拉的施工方法,然后依次浇注第三联、第二联。
全桥现浇梁共有C50砼2623.2m3。
二、设计依据
1.福建省十方至东留段高速公路施工图设计;
2.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004》;
3.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ025-86;
4.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85);
5.中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
6.中华人民共和国交通部战备办《装备式公路钢桥使用手册》;
7.人民交通出版社《路桥施工计算手册》
8.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。
第一部分:
现浇梁支架结构设计及验算
一、十方枢纽互通A匝道桥第二、三联现浇梁支架结构设计及验算
(一)、支架结构设计
十方枢纽互通A匝道桥现浇梁采用梁柱式支架,贝雷片作支架纵梁,钢管墩作临时支墩,钢筋混凝土扩大基础。
由于第二联第1跨具有代表性,因此我们取支架第二联第1跨(4#~5#墩)计算受力。
1、中间支墩基础:
中间临时支墩钢筋混凝土扩大基础为3.0m×12m×0.3m,布单层φ16@20cm的钢筋网;基底进行换填级配碎石和隧道洞渣处理,确保基底容许承载力不小于200kPa。
2、墩旁支墩基础:
墩旁支墩基础为1.2m×12m×0.3m钢筋砼基础,布单层φ16@20cm钢筋网。
3、支墩:
中支墩采用双排φ=630mm,δ=7mm钢管;桥梁中墩旁支墩采用单排φ=630mm,δ=7mm钢管,并在管桩顶底部焊接δ=10mm盖板,每排5根钢管。
4、支架纵梁:
用国产贝雷片拼成支架纵梁,两排一组。
每跨现浇梁支架由两孔贝雷梁组成,贝雷纵梁跨度分别为12m、15m,12m跨采用6组12排贝雷梁组成,15m跨采用8组16排贝雷梁组成,均作简支布置。
现浇箱梁支架结构图详见附图。
(二)、荷载计算及组合
1.荷载计算
根据《公路桥涵施工规范》主要考虑以下荷载:
1新浇筑混凝土的自重:
A匝道桥二联(墩号4#-7#)设计混凝土数量为738m3,根据变截面尺寸计算得:
4-5孔混凝土数量为246.9m3,5-6孔混凝土数量为244.2m3,6-7孔混凝土数量为246.9m3。
根据《公路桥涵施工技术规范》附录D钢筋混凝土的容重采用26kN/m3。
取最不利的4-5孔箱梁进行支架计算,箱梁每延米的自重为:
4-5孔:
q1=246.9×26/30=213.98kN/m
⑵模板自重:
本桥现浇箱梁内模采用木模板,在工地自行加工,内模每延米自重3.2kN/m;外模底板和翼板采用竹胶板,外模每延米自重4.5kN/m;模板自重合计7.7kN/m。
⑶支架自重(经主要工程材料数量统计及参考其它类似桥梁资料):
G=270×12×9÷30×10=9.7kN/m(支架自重包括木楔子、方木、槽钢分配梁、贝雷梁等的重量)
⑷施工人员和施工料具等行走、运输或堆放荷载:
4-5孔:
q=2.5kN/m2×12=30kN/m
⑸振捣混凝土时产生荷载:
4-5孔:
12×2kpa=24kN/m
按规范规定验算支架强度时采用⑴~⑸荷载组合:
4-5孔:
289.68kN/m
按规范规定验算支架挠度时采用⑴~⑶荷载组合:
4-5孔:
235.68kN/m
2.纵梁验算(以受力最大的4#~5#孔验算)
⑴贝雷纵梁强度验算
115m、12m跨贝雷纵梁强度验算
15m跨横向布置16排贝雷纵梁,12m跨横向布置12排贝雷纵梁,作用在每片贝雷纵梁上的荷载按均布荷载计算,考虑1.2不均匀分布系数,每排贝雷纵梁的最不利荷载组合为:
(15m跨)q=(289.68kN/m)/14×1.2=24.82kN/m
(12m跨)q=(289.68kN/m)/12×1.2=28.97kN/m
贝雷梁受力结构简图如下图示
经计算贝雷纵梁的最大弯矩:
(15m跨):
Mmax=1/8ql2=1/8×24.82×152=698.06kN.m<[M]=788.2kN.m
(12m跨):
Mmax=1/8ql2=1/8×28.97×122=521.424kN.m<[M]=788.2kN.m
注:
[M]=788.2kN.m为国产321型贝雷片的容许弯矩值
故满足要求。
经计算得贝雷纵梁最大剪力:
(15m跨)Qmax=1/2ql=1/2×24.82×15=186.09kN(发生在两端的支撑处)<[Q]=245kN。
(12m跨)Qmax=1/2ql=1/2×28.97×12=173.82kN(发生在两端的支撑处)<[Q]=245kN。
注:
[Q]=245kN为单排单层贝雷的允许剪力。
满足要求。
2挠度(刚度)较核
验算贝雷梁的挠度时荷载取q=213.98kN/m,
计算15m、12m跨贝雷纵梁在荷载做用下的弹性变形:
(15m跨)
fmax=5ql4/(384EI)=5×24.82×/(384×2.1×105×2.505×104)=30.1<15000/400=37.5mm=L/400(发生在跨中)
满足规范要求(12m跨)
fmax=5ql4/(384EI)=5×28.97×/(384×2.1×105×2.505×104)=14.8<12000/400=30mm=L/400(发生在跨中)
满足规范要求
4.36a工字钢横梁演算
每排支墩设置一组,每组由2根I36a工字钢拼焊组成,钢管支墩横桥向间距如附图所示。
I36a工字钢截面特性:
截面积:
A=76.44cm2
惯性矩:
Ix=15796cm4
截面抵抗矩:
Wx=877.6cm3
腹板厚:
d=10mm
Ix/Sx=31cm
(1)中支墩顶横梁受力计算(4~5孔15m跨中支墩横梁)
工字钢受力简图、弯矩图、剪力图如下:
工字钢受力简图(单位:
m)
弯矩图(单位:
kN·m)
剪力图(单位:
kN)
(2)强度验算
由弯矩图、剪力图可知:
最大弯矩发生在中间支柱最大弯矩Mmax=122.11KN·m、Qmax=290.83KN。
一组工字钢由2根组成,则每根所受弯距为122.11/2=61.05KN·m,剪力为290.83/2=145.41KN。
σmax=Mmax/2/Wz=61.05×106N.mm/877.6×103mm3=65.8Mpa<[σ]=140Mpa满足要求。
τmax=Qmax/2/((Ix/Sx)d)=145.41/(31×10-2×10×10-3)=46.9Mpa
所以τmax<[τ]=85Mpa满足要求。
(3)中支墩顶横梁受力计算(4~5孔12m跨中支墩横梁)
工字钢受力简图、弯矩图、剪力图如下:
工字钢受力简图(单位:
m)
弯矩图(单位:
kN·m)
剪力图(单位:
kN)
(2)强度验算
由弯矩图、剪力图可知:
Mmax=182.7KN·m(发生在中间两根钢管支墩处)、Qmax=338.1KN。
一组工字钢由2根组成,则每根所受弯距为182.7/2=91.35KN·m,剪力为338.1/2=169.05KN。
σmax=Mmax/2/Wz=91.35×106N.mm/877.6×103mm3=104.1Mpa<[σ]=140Mpa满足要求。
τmax=Qmax/2/((Ix/Sx)d)=169.05/(31×10-2×10×10-3)=54.54Mpa
所以τmax<[τ]=85Mpa满足要求。
5.钢管支墩受力验算
取φ630×7mm螺旋焊钢管材料进行验算,考虑钢管可能锈蚀,壁厚按δ=6mm进行计算。
其钢管截面特性如下:
A=117.24cm2
I=56705.18cm4
M=92.83Kg/m
由以上计算得各贝雷纵梁在支墩顶产生压力,中支墩靠15m跨一侧支墩受力最大,其最大荷载值为:
4~5孔Nmax=289.68×15/2=2167.5kN。
考虑1.2的不均匀分布系数,单根钢管支墩承受的竖向荷载:
4~5孔Pmax=1.2×Nmax/5=520.2kN。
1强度验算
单根φ630mm,δ=6mm钢管截面承受的允许压力[N]
[N]=A×[σ]=2πR·δ·[σ]
=2×3.14159×0.315×0.006×
=1661.69kN
4~5孔Pmax=520.2kN<[N](满足要求)
2稳定性较核
按两端铰支计算钢管稳定容许应力,按高差最大(互通主线左幅7#墩,考虑地基换填标高可能变化,按高15m)支墩验算其稳定性,钢管支墩最大自由长度为L=15m。
按路桥施工计算手册表12-2公式,则钢管稳定容许应力:
[σ]ω=φ[σ]=0.387×140=54.18MPa
式中:
φ——压杆稳定系数,由压杆柔度系数λ查表得出;
λ=νL/γ=1.2×15/0.22=81.81,该处φ=;
ν——压杆的长度系数,该处取ν=1.2;
L——压杆的自由长度,该处L=15m;
γ——压杆对轴的惯性半径,该处γ=√I/A=0.22;
[σ]——压杆材料的容许应力,钢管[σ]=140MPa。
单根钢管的稳定容许压力:
[P]=[σ]ω·A=54.18×103×11.724×10-3=635.21kN
式中:
[σ]ω——钢管的稳定容许应力(由上式求得);
A——钢管壁的横截面面积(直径0.63m,壁厚0.006m)
将单根钢管的稳定容许压力[P]与单根钢管支墩承受竖向荷载N作比较
4~5孔Pmax=520.2kN<[P](满足要求)
6.支墩基础承载力验算
桥位处地质上层有的为填筑土(层厚0.8m),下层为粉质粘土(层厚3m~5m),粉质粘土设计地基承载力基本容许值为180Kpa。
设计将支墩基础的持力层设在粉质粘性土层上。
由支墩传下荷载由两边扩大基础承受;中间支墩基础受力较大,但设计钢筋混凝土基础面积较大,墩旁钢筋混凝土基础面积较小,下面对4#墩旁支墩基础受力进行验算。
按粉质粘土作持力层验算地基承载力:
2基础面积:
S=1.2m×12m=14.4m2
⑵地基实际承受的最大荷载:
Pmax=G1+G2+G3=2321.98kN。
式中:
G1——上部结构传至钢管墩顶的总荷载:
G1=15/2×289.68=2172.6kN
G2——钢管支墩自重(含纵横垫梁及连接件)47.5kN
G3——支墩基础自重:
G3=(1.2×12×0.3)×24=103.68kN
3基实际承受应力:
[σ]=P/S=2321.98/14.4=161.24KPa。
故要求地基承载力不小于165KPa,粉质粘土能满足设计要求,但因桩基系梁开挖,已扰动土需挖除,并换填洞渣或鹅卵石,换填最小厚度不小于60cm,经过压实处理后方可施工支墩基础。
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