石济客专48+80+48m连续梁支架设计计算书.docx
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石济客专48+80+48m连续梁支架设计计算书.docx
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石济客专48+80+48m连续梁支架设计计算书
目录
1、编制说明3
2、支架结构3
3、计算依据3
4、荷载计算3
4.1荷载取值3
4.2、荷载组合4
4.3、计算方法及应力取值4
5、荷载分布的确定5
5.1、0#段截面线荷载计算5
(1)腹板部位荷载计算(长度取1m)5
(2)底板部位荷载计算6
(3)翼板部位荷载计算6
5.2、边跨直线段截面线荷载计算7
(1)腹板部位荷载计算(长度取1m)7
(2)底板部位荷载计算8
(3)翼板部位荷载计算8
5.3、荷载分布示意图9
6、模板验算9
6.1模板面板验算9
6.2模板加劲楞验算11
7、分配横梁方木计算12
8、0#块支架纵梁受力检算13
8.1、底腹板下纵梁I25a工字钢受力检算13
9、0#块支架横梁受力检算15
9.1、横梁双拼I40a工字钢受力检算15
10、0#块支架钢管支墩计算18
10.1、钢管支墩反力18
10.2、钢管支墩强度检算18
11、0#段基础地基承载力计算19
11.1、地基承载力修正19
11.2、荷载计算19
11.3、条形基础基础承载力计算20
11.4、钢管桩基础承载力计算20
10m长钢管桩承载力满足设计要求。
20
12、边跨直线段支架纵梁受力检算20
12.1、纵梁I25a工字钢受力检算20
13、边跨直线段横梁受力检算22
13.1、横梁I32a工字钢受力检算22
13.2、横梁I20a工字钢受力检算24
14、边跨直线段钢管支墩计算26
14.1、钢管支墩反力26
14.2、钢管支墩强度检算27
15、边跨直线段支墩条形基础地基承载力计算27
德平特大桥(48+80+48)m连续梁支架设计计算书
1、编制说明
为确保德平大桥(48+80+48)m连续梁0#段、边跨直线段钢管支架结构安全,需从上到下逐个验算杆件受力是否符合要求,具体过程分为钢模板面板和加劲肋、方木、纵梁、横梁、钢管支架和地基处理检算。
2、支架结构
0#段、边跨直线段采用钢管支架现浇,钢管桩均采用φ426、壁厚10mm螺旋钢管,钢管上下部均设置盖板,上、下盖板均为800×800×20mm钢板,横梁采用双I40a工字钢,纵梁采用I25a工字钢,纵梁一端支撑在墩顶降模结构上,另一端支撑在工字钢横梁上,底模分配方木采用15×15cm方木,外侧模、底模采用钢模,内模采用竹胶板。
支架结构层高度从上到下分别为(10.6cm底模+15cm方木+I25a工字钢纵梁+I40a工字钢横梁+砂箱高度+2cm上盖板+钢管桩高度),钢管支架采用∠100x100x10角钢横向稳定支撑,纵向用I20a工字钢把钢管与墩身连接稳定。
贝雷梁横断面图
3、计算依据
(1)《有砟轨道预应力混凝土连续梁(双线)跨度:
48+80+48m》;
(2)《有砟轨道主跨80m预应力混凝土连续梁双线圆端形实体桥墩》;
(3)《铁路桥涵钢结构设计规范》(TB10002.2-2005);
(4)《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-2002);
(5)《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005/J460-2005);
(6)《建筑施工计算手册》(第二版);
4、荷载计算
4.1荷载取值
(1)钢筋混凝土容重:
q1=26kN/m3
(2)混凝土振捣荷载:
q2=2kN/m2
(3)木模板荷载:
q3=0.5kN/m2
(4)定型组合钢模板荷载:
q4=0.75KN/m2
(5)方木容重取7.5kN/m3
(6)脚手架采用φ48×3.5mm碗扣件搭设而成,钢管38.4N/m,顶托65N/个,底托为60N/个,钢材取78.5kN/m3。
4.2、荷载组合
荷载名称
荷载类别
荷载编号
计算构件以上部分模板及支架结构自重
恒荷载
①
钢筋混凝土自重
恒荷载
②
混凝土振捣荷载
活荷载
③
计算模板及支架的荷载组合见下表:
项次
模板及支架结构种类
荷载组合
计算承载力
验算刚度
1
梁的底模板及支架
+②+③
+②
4.3、计算方法及应力取值
1、本计算书采取容许应力法。
2、容许应力取值
Q235钢:
弯曲应力[σw]=145MPa;
轴向应力[σ]=140MPa;
剪应力[τ]=80MPa;
弹性模量E=2.1×105MPa
方木:
弯曲应力[σw]=12MPa;
剪应力[τ]=1.4MPa;
弹性模量E=9GPa。
5、荷载分布的确定
根据(48+80+48)m连续梁结构设计图,结合支架布置情况,选择支架受力最大断面按梯形荷载进行各部位杆件受力检算。
5.1、0#段截面线荷载计算
0#段支架检算受力横断面图如下图所示。
(1)腹板部位荷载计算(长度取1m)
①混凝土自重荷载计算
7.8m2×1m×26kN/m3/1.6m=126.75kN/m
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则腹板部位混凝土分布荷载:
126.75kN/m×1.05=133.09kN/m
②模板荷载计算
侧模、底模、内侧模板之和为腹板模板总荷载为:
(5.8+1.60+0.67+4.06+0.63)m×1m×0.75kN/m2/1.6m=5.98kN/m
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2×1m=2kN/m
腹板下荷载合计:
q=①+②+③=133.09+5.98+2=141.07kN/m
(2)底板部位荷载计算
①混凝土自重荷载
(1.28+1.6)m2×1m×26/1.6=46.8kN/m
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则底板部位混凝土分布荷载为:
46.8×1.05=49.14kN/m
②箱内顶模、底模荷载
内顶模、底模:
(1.6×2+1.15+0.47)m×1m×0.75kN/m2=3.62kN
钢管脚手架:
(38.4×100+65×12+60×12)×1/1000/2=5.34kN
模板分布荷载为:
(3.62+5.34/2)kN/1.6m=3.93kN/m
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2×1m=2kN/m
底板部位分布荷载合计:
q=①+②+③=49.14+3.93+2=55.07kN/m
(3)翼板部位荷载计算
①混凝土自重荷载
1.33m2×1m×26kN/m3/2.9m=11.9kN/m
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则底板部位混凝土分布荷载为:
q=11.9×1.05=12.50kN/m
②模板荷载
模板分布荷载为:
q=(0.8+2.13)m×1m×0.75kN/m2/2.9=0.76kN/m
外侧模支架荷载:
80×10.007/100/0.75/2.9=3.68kN/m(详见外侧模支架设计图)
翼板荷载合计:
0.76+3.68=4.44kN/m
③砼浇注振捣荷载:
q=2kN/m2×1m=2kN/m
翼板部位分布荷载合计:
q=①+②+③=12.5+4.44+2=18.94kN/m
根据梁体结构和受力特点和模板设计支撑方案,翼板荷载由外侧模支架竖向槽钢受力,竖向槽钢受力按均匀受力考虑。
5.2、边跨直线段截面线荷载计算
边跨直线段支架检算受力横断面图如下图所示。
(1)腹板部位荷载计算(长度取1m)
①混凝土自重荷载计算
4.05m2×1m×26kN/m3/1.35m=78kN/m
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则腹板部位混凝土分布荷载:
78kN/m×1.05=81.9kN/m
②模板荷载计算
腹板侧底、内侧模:
(3.2+1.35+0.67+1.76+0.63)m×1m×0.75kN/m2/1.35m=4.23kN/m
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2×1m=2kN/m
腹板下荷载合计:
q=①+②+③=78+4.32+2=84.32kN/m
(2)底板部位荷载计算
①混凝土自重荷载
(1.39+1.47)m2×1m×26/1.85=40.19kN/m
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则底板部位混凝土分布荷载为:
40.19×1.05=42.2kN/m
②箱内顶模、底模荷载
内顶模、底模:
(1.85+1.4+0.47)m×1m×0.75kN/m2=2.79kN
钢管脚手架:
(3.84×30+6.5×6+6×6)×1/100=1.9kN
模板分布荷载为:
(2.79+1.9/0.6)kN/1.85m=3.22kN/m
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2×1m=2kN/m
底板部位分布荷载合计:
q=①+②+③=42.22+3.22+2=47.44kN/m
(3)翼板部位荷载计算
①混凝土自重荷载
1.33m2×1m×26kN/m3/2.9m=11.9kN/m
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则底板部位混凝土分布荷载为:
q=11.9×1.05=12.50kN/m
②模板荷载
模板分布荷载为:
q=(0.8+2.13)m×1m×0.75kN/m2/2.9=0.76kN/m
外侧模支架荷载:
80×10.007/100/0.75/2.9=3.68kN/m(详见外侧模支架设计图)
翼板荷载合计:
0.76+3.68=4.44kN/m
③砼浇注振捣荷载:
q=2kN/m2×1m=2kN/m
翼板部位分布荷载合计:
q=①+②+③=12.5+4.44+2=18.94kN/m
5.3、荷载分布示意图
根据以上计算荷载,0#段和边跨直线段支架竖向荷载分布示意图如下:
(1)0#段截面
(2)边跨直线段截面:
6、模板验算
6.1模板面板验算
本桥模板底模采用[100×48mm槽钢,6mm厚面板,面板宽度取0.1m计算。
容许抗弯应力145MPa,容许剪应力80MPa,0.1m单位宽度钢板截面特性如下:
截面积:
A=10×0.6=6cm2
弹性模量:
E=2.1×105MPa
抗弯模量:
W=bh2/6=0.1×0.0062/6=6×10-7m3
惯性矩:
I=bh3/12=0.1×0.0063/12=1.8×10-9m4
取0.1m宽钢板以连续梁模型计算,跨度按直接支撑面板的小楞槽钢取值,根据支架布置图,0#段间距按0.2m计算;边跨直线段按0.2m计算。
面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
线荷载:
q=面荷载×0.1
弯矩计算:
M=ql2/10
强度验算:
σw=M/W
剪应力验算:
τ=3Q/2A
刚度验算:
fmax=ql4/150EI
最大容许变形:
f容=l/400
计算结果详见下表1:
表1模板面板验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
0#段
141.07
139.07
0.1
0.2
0.056
94.05
7.05
0.39
0.5
边跨直线段
84.32
82.32
0.1
0.2
0.034
56.21
4.22
0.23
0.5
根据计算结果,正应力均小于145MPa,剪应力均小于80MPa,刚度均小于l/400,所以面板强度和刚度均满足要求。
6.2模板加劲楞验算
本桥模板底模加劲楞采用[100×48mm槽钢,查《钢结构设计规范》得槽钢截面特性如下:
截面积:
A=1274mm2
弹性模量:
E=2.1×105MPa
抗弯模量:
W=3.94×10-5m3
惯性矩:
I=1.983×10-6m4
根据《建筑施工计算手册》,槽钢按照多跨连续梁考虑。
荷载取值长度按直接支撑面板的加劲楞间距取值,按0.2m取值。
加劲楞的跨度按方木间距进行计算,根据支架布置图,0#块加劲楞跨度按0.4m计算,边跨直线段加劲楞跨度按0.6m计算,面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
线荷载:
q=面荷载×0.1
弯矩计算:
M=ql2/10
强度验算:
σw=M/W
剪应力验算:
τ=3Q/2A
刚度验算:
fmax=ql4/150EI
最大容许变形:
f容=l/400
计算结果详见下表2:
表2模板加劲楞验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
0#段
141.07
139.07
0.2
0.6
1.016
25.78
19.93
0.058
1.5
边跨直线段
84.32
82.32
0.2
0.6
0.607
15.41
11.91
0.034
1.5
根据计算结果,正应力均小于145MPa,剪应力均小于80MPa,刚度均小于l/400,所以模板加劲楞强度和刚度均满足要求。
7、分配横梁方木计算
0#块支撑模板采用15×15cm方木,方木选用东北落叶松,容许抗弯应力12MPa,容许剪应力1.4MPa,方木截面特性如下:
截面积:
A=15×15=225cm2
弹性模量:
E=1×104MPa
抗弯模量:
W=bh2/6=15×152/6=562.59cm3
惯性矩:
I=bh3/12=15×153/12=4218.75cm4
边跨直线段支撑模板采用15×15cm方木,方木选用东北落叶松,容许抗弯应力12MPa,容许剪应力1.4MPa,方木截面特性如下:
截面积:
A=10×10=100cm2
弹性模量:
E=1×104MPa
抗弯模量:
W=bh2/6=10×102/6=166.67cm3
惯性矩:
I=bh3/12=10×103/12=833.33cm4
根据《建筑施工计算手册》,槽钢按照多跨连续梁考虑。
荷载取值长度按方木间距进行计算,0#块按0.4m计算,边跨直线段按0.6m计算。
计算方木的跨度按支架纵梁间距进行计算,根据支架布置图,0#块腹板按0.35m计算,底板按0.868m计算,边跨直线段腹板按0.5m计算,底板按1m计算,面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
线荷载:
q=面荷载×0.1
弯矩计算:
M=ql2/10
强度验算:
σw=M/W
剪应力验算:
τ=3Q/2A
刚度验算:
fmax=ql4/150EI
最大容许变形:
f容=l/400
计算结果详见下表3:
表3分配横梁(方木)验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
0#段腹板
141.07
139.07
0.6
0.2
0.339
0.60
1.13
0.002
1.5
0#段底板
52.54
50.54
0.6
0.6
1.135
2.02
1.26
0.062
1.5
边跨直线段腹板
84.32
82.32
0.6
0.3
0.455
0.81
1.01
0.006
1.5
边跨直线段底板
47.44
45.44
0.6
0.6
1.025
1.82
1.14
0.056
1.5
根据计算结果,正应力均小于12MPa,剪应力均小于1.4MPa,刚度均小于l/400,所以模板加劲楞强度和刚度均满足要求。
8、0#块支架纵梁受力检算
8.1、底腹板下纵梁I25a工字钢受力检算
底腹板每根分配纵梁其受力分布计算结果如下图。
根据计算结果,最大线荷载为32.6kN/m,对纵梁工字钢进行受力验算,计算模型如下图。
工字钢最大剪应力
从计算结果得工字钢的最大剪应力37.7MPa<[σ]=80Mpa,强度满足要求。
工字钢最大组合应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力137MPa<[σ]=145MPa强度满足要求。
工字钢变形
工字钢最大变形11mm<5200/400=13mm,刚度符合要求。
9、0#块支架横梁受力检算
9.1、横梁双拼I40a工字钢受力检算
纵梁对横梁的支反力计算如下图:
根据0#段纵梁支点受力计算图,对横梁工字钢经过受力分析,采用双I40a工字钢,其计算模型如下图。
取一半荷载对单根I40a工字钢建模如下:
工字钢最大剪应力
从计算结果得工字钢的最大剪应力67MPa<[σ]=80MPa,强度满足要求。
工字钢最大组合应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力100MPa<[σ]=145MPa,强度满足要求。
工字钢变形
工字钢最大变形1.3mm<3800/400=9.5mm,刚度符合要求。
10、0#块支架钢管支墩计算
10.1、钢管支墩反力
0#块支架钢管支墩反力如下图。
横梁双拼I40a支墩最大处(0号段外端处)反力:
从上图一半时的反力计算结果得知横梁I40a下钢管支墩最大受力N=459.8×2=919.6kN
10.2、钢管支墩强度检算
钢管支墩自由长度取:
l=13.5m
φ426mm厚度为10mm钢管的回转半径:
i=
/4=147mm
λ=l/i=13500/147=91.8
查《钢结构计算手册》:
φ=0.699
σ=N/A=919.6×103/13069=70.36MPa<φ×[σ]=0.699×140
=97.86MPa
钢管支墩强度符合要求。
11、0#段基础地基承载力计算
11.1、地基承载力修正
扩大基础采用C30钢筋混凝土,截面尺寸b×h=1.50×1.00m,L=1.5m,基础埋深大于3m,191#、192#墩基底坐在原设计图纸中的粉质粘土σ0=160kpa上,根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005,地基容许承载力按其图纸中地基承载力[σ]=160kPa考虑。
11.2、荷载计算
根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》软土地基处理,以上计算荷载传递到基础梁上总荷载:
受力验算∑F=147.5×2=295KN
G=γ×h×A(混凝土重量)+钢管重量=25×1.5×1.5+1.45×13=75kN
11.3、条形基础基础承载力计算
扩大基础地基承载力计算:
σ=(∑F+G)/A=(295+75)/(1.5×1.5)=164>[σ]=130kPa,基础不满足支架要求,故不采用!
11.4、钢管桩基础承载力计算
墩号
桩长(m)
单桩容许承载力(kN)
管桩受力(kN)
是否满足
191、192#墩翼板下钢管桩
10m
370
488
满足
10m长钢管桩承载力满足设计要求。
12、边跨直线段支架纵梁受力检算
12.1、纵梁I25a工字钢受力检算
箱梁底方木下每根分配纵梁其受力分布计算结果如下图。
根据计算结果,最大线荷载为29.5kN/m,对纵梁工字钢进行受力验算,计算模型如下图。
工字钢最大剪应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力37.3MPa<[σ]=80MPa强度满足要求。
工字钢最大组合应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力94.9MPa<[σ]=145MPa强度满足要求。
工字钢变形
工字钢最大变形4.1mm<3800/400=9.5mm,刚度符合要求。
13、边跨直线段横梁受力检算
13.1、横梁I32a工字钢受力检算
根据纵梁对横梁的支反力计算如下图:
根据边跨直接段纵梁支点受力计算图,对横梁工字钢经过受力分析,采用双I32a工字钢,荷载取一半对其进行受力检算,其计算模型如下图。
工字钢最大剪应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力57.6MPa<[σ]=80MPa,强度满足要求。
工字钢最大组合应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力104MPa<[σ]=145MPa,强度满足要求。
工字钢变形
工字钢最大变形1.4mm<3800/400=9.5mm,刚度符合要求。
13.2、横梁I20a工字钢受力检算
边跨直线段横梁计算模型如下图。
工字钢最大剪应力
计算结果得工字钢的最大组合应力7.2MPa<[σ]=80MPa,强度满足要求。
工字钢最大组合应力
从计算结果得工字钢的最大组合应力18MPa<[σ]=145MPa,强度满足要求。
工字钢变形
工字钢最大变形0.2<700/400=1.75mm,刚度符合要求。
14、边跨直线段钢管支墩计算
14.1、钢管支墩反力
边跨直线段支架钢管支墩反力如下图。
横梁I32a、I20a支墩反力
从计算结果得知横梁I32a钢管支墩最大受力N=402×2=804kN,横梁I20a钢管支墩最大受力N=43.7×2=87.4kN。
14.2、钢管支墩强度检算
钢管支墩自由长度取:
l=11m
φ426mm厚度为10mm钢管的回转半径:
i=
/4=147mm
λ=l/i=11000/147=74.83
查《钢结构计算手册》:
φ=0.813
σ=N/A=804×103/13069=61.52MPa<φ×[σ]=0.813×140
=113.82MPa
钢管支墩强度符合要求。
15、边跨直线段支墩条形基础地基承载力计算
条形基础采用C30钢筋混凝土,截面尺寸b×h=1.50×1.00m,L=13m,基础埋深小于3m,基底坐在粉质粘土上,根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005,地基容许承载力按其图纸中地基承载力[σ]=150Kpa考虑。
边跨直线段横梁支墩最大支承反力见下图:
根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》软土地基处理,以上计算荷载传递到基础梁上总荷载:
∑F=(94.3×2+402.2×2)×2=1986kN
G=γ×h×A+钢管重量=25×13×1.5×1+1.45×11×4=551.3kN
条形基础地基承载力计算:
σ=(∑F+G)/A=(1986+551.3)/(13×1.5)=130.1kPa。
原粉质黏土层的地基承载力满足要求。
如需提高条形基础底标高,需换填碎石、碾压至承载力大于150kpa,再设置相同底面积的钢筋混凝土基础。
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