计算说明书初步.docx
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计算说明书初步
目录
1设计依据2
2三瑞里主线桥现浇箱梁碗扣支架设计要点2
2.1支架设计说明2
2.2支架计算说明4
3梁高2.7m箱梁支架计算4
3.1梁高2.7m断面结构概况4
3.2设计荷载及荷载组合5
3.3实心段梁体结构受力分析6
3.3.1底模竹胶板计算6
3.3.2顺桥向方木计算7
3.3.3横桥向方木计算8
3.3.4钢管支架计算9
3.3.5地基承载力计算10
3.4有箱室段结构受力分析10
3.4.1腹板结构受力分析10
3.4.2底板结构受力分析14
3.4.3翼板结构受力分析16
3.4.4内模支架计算18
4梁高1.3m箱梁支架计算20
4.1梁高1.3m断面结构概况20
4.2设计荷载与荷载组合21
4.3底模竹胶板计算22
4.4顺桥向方木计算23
4.5横桥向方木(主楞)计算25
4.6钢管支架计算26
4.7地基承载力计算27
1设计依据
本桥段在三瑞里道路处设计上跨连续梁桥,设计满堂碗口支架现浇方案,依据以下有关文件,规范、规程以及工程实际特点进行编制。
(1)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/F50-2011);
(2)公路桥涵设计通用规范》(JTGD60—2004);
(3)《公路桥涵地基与基础设计规范》(D63—2007);
(4)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86);
(5)《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
(6)《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2003);
(7)《路桥施工计算手册》;
(8)《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001
(9)《木结构设计规范》GB50005-2003
2三瑞里主线桥现浇箱梁碗扣支架设计要点
2.1支架设计说明
三瑞里互通主线桥现浇箱梁梁体高度形式分别1.3m、1.8m、2.3m、2.5m、2.7m,箱梁截面分别为单箱三室、单箱四室、单箱六室、双箱五室截面,梁体采用C50混凝土。
根据实际情况,全桥支架形式采取满堂碗口支架搭设。
梁体高度1.3m箱梁底板、腹板范围内支架间距为90×90cm,翼板部分为90×120cm,竖向间距120cm,杆件高度调整系扣宜用到1/3~1/2,严禁用到尽头。
支架顶部主楞方木采用15×15cm,次楞方木采用10×10cm。
梁体高度1.8m、2.3m、2.5m、2.7m箱梁墩柱两侧3m范围内支架间距为60×60cm,其他部分为90×60cm,翼板处采用90×90cm间距,竖向间距120cm,杆件高度调整系扣宜用到1/3~1/2,严禁用到尽头。
支架顶部主楞方木15×15cm,次楞方木采用10×10cm。
方木应立式使用,方木搭接应处于支架承托或下层方木的中心线上,并用扒拘固定连接,严禁悬空。
支架宜采用标准化、系列化、通用化构件。
经验算确定纵、横桥向及水平方向间距。
并依据实际情况采用剪力支撑连接。
采用具体支架结构布置见图2—1。
对已完成下部施工的每跨原地面进行清理整平,并采用压路机进行碾压,压实度达到90%以上,然后填筑透水性较好的砾类材料,厚度依据基地情况填30~80cm,并进行分层碾压,要求表面平整,顶面形成一定坡度的排水面,压实度达到94%以上,并实测处理后的地基承载力。
对左、右幅中间带,需做好纵向排水。
基地找平原则“就低不就高”,个别高处铲除,严禁对低洼处超厚填土。
防止出现局部存水及沉陷。
对局部不平整处可填筑素土分层压实。
在墩柱2m范围内采用C15砼硬化,厚底不小于10cm。
用于清洗底模时排水使用。
模板采用1.5~2cm竹胶板,底模由次楞中心距25cm支撑侧模通过两侧的侧模支架支撑,且侧模外竖向用10×10方木间距不大于25cm用于加强侧模刚度,顺桥向侧模外侧分上中下分别用钢管及时拉紧固,以增强侧模的稳定性及刚度。
图2-1支架纵断面布置图
2.2支架计算说明
梁高1.3m箱梁单独计算。
梁高1.8m、2.3m、2.5m、2.7m箱梁支架、方木、模板使用相同布设形式,设计计算时选取荷载组合最大的梁高2.7m箱梁进行计算,以确保梁高1.8m、2.3m、2.5m箱梁支架也能满足要求。
(1)主要材料力学性能
结构钢材力学性能参考有关规范,本设计具体使用值如下:
弹性模量E(MPa):
210000
剪切模量G(MPa):
81000
轴向容许应力[σ](MPa):
145
弯曲容许应力[σ](MPa):
145
剪切容许应力σs(MPa):
85
(2)计算图式及规定
碗扣支架计算,采用有限元软件ANSYS建模,逐断面进行分析。
(3)计算荷载
恒载:
箱梁自重按实际标准断面计,砼容重取ρ=26KN/m3。
3梁高2.7m箱梁支架计算
3.1梁高2.7m断面结构概况
梁高2.7m断面采用碗扣式钢管支架,箱梁底板底模、腹板外侧模、翼缘板模板均采用木模板。
在支架的上端安装可调U托,在U托槽中沿横桥向安装工10的型钢,间距为60cm。
图3-1梁高2.7m断面支架布置图
3.2设计荷载及荷载组合
施工过程中,支架主要承受箱梁混凝土重量、内外模重量、施工人员、施工料具堆放、运输荷载,倾倒混凝土时产生的冲击荷载,振捣混凝土产生的荷载和风荷载。
(1)钢管支架自重包括立杆、纵向水平杆、横向水平杆、可调U托等,钢管截面特性见表3-1。
表3-1支架钢管截面特性
外径
D(mm)
壁厚
T(mm)
截面积A(mm2)
惯性矩I(mm4)
抵抗矩W(mm3)
回转半径
I(mm)
每米长自重(N)
48
3.5
4.89×102
1.219×105
5.08×103
15.78
38.4
(2)箱梁砼容重按26kN/m3计算,梁高2.7m断面箱梁自重荷载如图3—2所示。
图3-2箱梁自重荷载图
(3)①模板支架:
按3.5kN/m2进行计算;
②施工人员、机具荷载标准值:
2.5kN/m2
③倾倒混凝土时产生的冲击荷载:
2.0KN/m2
④振捣混凝土产生的荷载:
2.0KN/m2
荷载组合:
q=1.3×(2+①)+1.4×(②+③+④)
3.3实心段梁体结构受力分析
墩柱两侧0~1.5m范围内没有箱室,1.5m~3m范围内箱室尺寸较小,验算时均按实心梁体验算,此部分支架间距均为0.6×0.6m。
3.3.1底模竹胶板计算
底模采用δ=15mm的竹胶板,腹板处顺桥向间距为L=0.2米,取长度0.6m板进行计算(根据方木下横梁间距0.6m考虑)。
(1)、荷载组合
q=[1.3×(2.7×26+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.6=62.95kN/m
(2)、截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
截面惯性矩I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm4
竹胶板容许应力[σ0]=80MPa,E=6×103MPa。
(3)、承载力验算
a、强度验算:
Mmax=ql2/8=62.95×0.2×0.2/8=0.31KN·m
σmax=Mmax/W=0.31×106/3.75×104
=8.3MPa≤[σ0]=80MPa(满足要求)
b、刚度验算:
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×62.95×2004/(100×6×103×2.81×105)=0.4mm≤[f0]
=L/400=200/400=0.5mm(满足要求)
由于翼板处竹胶板间距相同,而翼板处荷载小于腹板处荷载,所以竹胶板满足要求。
3.3.2顺桥向方木计算
顺桥向方木(10cm×10cm)铺设在竹胶板之下,作为模板分配梁,腹板处间距为0.2m,利用结构力学求解器求解。
(1)荷载组合
q=[1.3×2.7×(26+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.2
=21kN/m
(2)截面参数及材料力学性能指标
W=a3/6=1003/6=1.67×105mm3
I=a4/12=1004/12=8.3×106mm4
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005━2003)中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值,则:
[σ]=12×0.9=10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa。
(3)承载力计算
Mmax=ql2/8=21×0.6×0.6/8=0.95KN·m
σmax=Mmax/W=0.95×106/1.67×105=5.7MPa≤[σ0](满足要求)
f=0.677ql4/(100EI)=0.677×21×6004/(100×8.1×103×8.3×106)
=0.27mm≤[f0]=L/400=1.5mm(满足要求)
3.3.3横桥向方木计算
横桥向方木(15cm×15cm)铺设在支架顶托上,间距为0.6m。
将其等效为20.5m跨连续梁。
利用有限元ANSYS软件求解,结果如图3—3、3—4、3—5、3—6所示:
(1)荷载组合
q=[1.3×(2.7×26+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.6
=62.95kN/m
(2)截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=a3/6=1503/6=5.625×105mm3
截面惯性矩I=a4/12=1504/12=4.22×107mm4
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005━2003)中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值,则:
[σ]=12×0.9=10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa。
图3-3横桥向受力模型图
图3-4横桥向弯矩图
图3-5横桥向剪力图
图3-6横桥向挠度图
得:
Mmax=2.1KN·m
σmax=Mmax/W=2.1×106/4.9×104=42.9MPa≤[σ0]=145MPa(满足要求)
得最大变形fmax=0.08mm≤[f0]=600/400=1.5mm(满足要求)
3.3.4钢管支架计算
支架立杆间距为0.6×0.6m,每根立杆所承受的竖向力按其所支撑面积内的荷载计算,则横向方木传递的最大集中力:
P=[1.3×(2.7×26+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.6×0.6=37.8KN
碗口支架的高度按10m计算,支架自重
g=0.0384×10=0.384KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=37.8+0.384=38.2kN
(1)立杆稳定性:
横杆步距为1.2m,故立杆计算长度为1.2m。
长细比λ=υL/i=1.5×1200/15.78=114<[λ0]=150
查《钢结构设计规范》轴心受压构件的稳定系数表φ=0.807
[N]=φA[σ]=0.807×489×145=57.2KN
Nmax=38.2KN<[N](满足要求)
(2)强度验算:
A3钢管类截面轴压构件稳定系数Ψ=0.823
σa=N/Aji=38.2×1000/(0.823×489)
=94.9MPa≤[σa]=145MPa(满足要求)
3.3.5地基承载力计算
在原有天然地基基础上整平并夯实,然后填筑透水性较好的砾类材料,厚度依据地基情况填30~80cm,并进行分层碾压,压实度达到94%以上,并实测处理后的地基承载力。
对局部不平整处可填筑素土分层压实。
在墩柱2m范围内采用C15砼硬化,厚度不小于10cm。
单根立杆所承受的最大竖向力为38.2KN。
碗口架竖杆底托S=0.14×0.14
砾类材料垫层扩散角
地基压应力P=N/(a+2h)²=38.2/(0.14+2×0.3)²=69.76kPa
地基土的容许承载应力
,故地基承载力满足要求。
综上所述,梁高2.7m断面实心段满堂支架所选用得竹胶板、方木、支架在材料和结构形式上都满足受力要求,在工艺上可行,可用于施工。
3.4有箱室段结构受力分析
支架纵向间距为0.9m,横向间距为0.6m。
3.4.1腹板结构受力分析
(1)底模竹胶板计算
底模采用δ=15mm的竹胶板,腹板处顺桥向间距为L=0.2米,取长度0.9m板进行计算(根据方木下横梁间距0.9m考虑)。
a、荷载组合
q1=[1.3×(56.96+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=78.93kN/m
q2=[1.3×(50.79+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=71.71kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
截面惯性矩I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm4
竹胶板容许应力[σ0]=80MPa,E=6×103MPa。
c、承载力验算
取荷载组合最大处进行验算(q=78.93kN/m)
强度验算:
Mmax=ql2/8=78.93×0.2×0.2/8=0.395KN.m
σmax=Mmax/W=0.395×106/3.75×104
=10.5MPa≤[σ0]=80MPa(满足要求)
刚度验算:
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×78.93×1904/(100×6×103×2.81×105)=0.41mm≤[f0]
=L/400=200/400=0.5mm(满足要求)
(2)顺桥向方木计算
顺桥向方木(10cm×10cm)铺设在竹胶板之下,作为模板分配梁,腹板处间距为0.2m。
取长度0.9m板进行计算。
a、荷载组合
q1=[1.3×(56.96+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.2
=17.54kN/m
q2=[1.3×(50.79+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.2
=15.94kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=a3/6=1003/6=1.67×105mm3
截面惯性矩I=a4/12=1004/12=8.3×106mm4
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005━2003)中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值,则:
[σ]=12×0.9=10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa。
c、承载力验算
取荷载组合最大处17.54kN/m验算:
q=Mmax=ql2/8=17.54×0.9×0.9/8=1.78KN·m
σmax=Mmax/W=1.78×106/1.67×105
=10.7MPa≤[σ0]=10.8MPa(满足要求)
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×17.54×9004/(100×8.1×103×8.3×106)=1.16mm≤[f0]
=L/400=600/400=1.5mm(满足要求)
(3)横桥向方木计算
横桥向方木(15cm×15cm)铺设在支架顶托上,间距为0.6m。
利用有限元ANSYS软件求解,结果如图3—7、3—8、3—9所示:
图3-7横桥向受力模型图
图3-8横桥向弯矩结果图
图3-8横桥向挠度结果图
a、荷载组合
q1=[1.3×(56.96+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=78.93kN/m
q2=[1.3×(50.79+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=71.71kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=a3/6=1503/6=5.625×105mm3
截面惯性矩I=a4/12=1504/12=4.22×107mm4
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005━2003)中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值,则:
[σ]=12×0.9=10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa。
c、承载力验算
取荷载组合最大处q=78.93kN/m验算:
Mmax=ql2/8=78.93×0.6×0.6/8=3.55KN·m
σmax=Mmax/W=3.55×106/5.625×105
=6.3MPa≤[σ0]=10.8MPa(满足要求)
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×78.93×6004/(100×8.1×103×4.22×107)=0.2mm≤[f0]
=L/400=600/400=1.5mm(满足要求)
(4)钢管支架计算
支架立杆间距为0.9×0.6m,每根立杆所承受的竖向力按其所支撑面积内的荷载计算,则横向方木传递的最大集中力:
P=[1.3×(56.96+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9×0.6
=47.36KN
碗口支架的高度按10m计算,支架自重
g=0.0384×10=0.384KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=47.36+0.384=47.7kN
a、立杆稳定性:
横杆步距为1.2m,故立杆计算长度为1.2m。
长细比λ=υL/i=1.5×1200/15.78=114<[λ0]=150(《钢结构设计规范》)
查《钢结构设计规范》轴心受压构件的稳定系数表φ=0.807
[N]=φA[σ]=0.807×489×145=57.2KN
Nmax=47.7KN<[N](满足要求)
b、强度验算:
A3钢管类截面轴压构件稳定系数Ψ=0.823
σa=N/Aji=47.7×1000/(0.823×489)
=119MPa≤[σa]=145MPa(满足要求)
(5)地基承载力计算
地基在整平并夯实的地面上铺设h=30cm厚砂砾土,要求压实度必须达到94%以上,底托尺寸a为14cm×14cm,单根立杆所承受的最大竖向力N=47.7KN。
碗口架竖杆底托S=0.14×0.14
砾类材料垫层扩散角
地基压应力P=N/(a+2h)²=47.7/(0.14+2×0.3)²=87.11kPa
地基处理后可以满足要求
地基土的容许承载应力
地基承载力满足要求。
综上所述,梁高2.7m断面有箱室段腹板处满堂支架所选用得竹胶板、方木、支架在材料和结构形式上都满足受力要求,在工艺上可行,可用于施工。
3.4.2底板结构受力分析
(1)底板底模竹胶板计算
底模采用δ=15mm的竹胶板,底板处顺桥向间距为L=0.25米,取长度0.9m板进行计算(根据方木下横梁间距0.9m考虑)。
a、荷载组合
q1=[1.3×(17.5+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=32.76kN/m
q2=[1.3×(17.21+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=32.4kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
截面惯性矩I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm4
竹胶板容许应力[σ0]=80MPa,E=6×103MPa。
c、承载力验算
取荷载组合最大处q=32.76kN/m验算
强度验算:
Mmax=ql2/8=32.76×0.25×0.25/8=0.26KN.m
σmax=Mmax/W=0.26×106/3.75×104
=6.9MPa≤[σ0]=80MPa(满足要求)
刚度验算:
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×32.76×2504/(100×6×103×2.81×105)
=0.51mm≤[f0]=L/400=250/400=0.625mm(满足要求)
(2)顺桥向方木计算
顺桥向方木(10cm×10cm)铺设在竹胶板之下,作为模板分配梁,底板处间距为0.25m。
a、荷载组合
q1=[1.3×(17.5+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.25
=9.1kN/m
q2=[1.3×(17.21+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.25
=9kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
截面抗弯矩W=a3/6=1003/6=1.67×105mm3
截面惯性矩I=a4/12=1004/12=8.3×106mm4
方木的力学性能指标按《木结构设计规范》(GB50005━2003)中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值,则:
[σ]=12×0.9=10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa。
c、承载力验算
取荷载组合最大q=9.1kN/m验算:
Mmax=ql2/8=9.1×0.9×0.9/8=0.92KN.m
σmax=Mmax/W=0.92×106/1.67×105
=5.5MPa≤[σ0]=10.8MPa(满足要求)
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×9.1×9004/(100×8.1×103×8.3×106)=0.6mm≤[f0]
=L/400=900/400=2.25mm(满足要求)
(3)横桥向方木计算
横桥向方木(15cm×15cm)铺设在支架顶托上,间距为0.9m,支架横向间距为0.6m。
荷载组合:
q1=[1.3×(17.5+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=32.76kN/m
q2=[1.3×(17.21+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=32.4kN/m
底板处横桥向方木尺寸、间距及支架间距均与腹板处相同,且底板处最大荷载组合q=32.76kN/m小于腹板验算的荷载组合q=78.93kN/m,故底板处横向方木、支架及地基承载力亦符合要求。
3.4.3翼板结构受力分析
翼板处支架横向间距为0.9m,纵向间距为0.9m。
由于顶托横桥向高度不等,顶托上顺桥向铺设15×15cm的方木,间距与支架横桥向间距相同0.9m,方木与模板之间横桥向铺设10×10cm的方木间距30cm。
(1)翼板下竹胶板受力分析:
模板采用δ=15mm的竹胶板,模板肋纵向方木(10×10cm)间距为L=0.3米,取长度0.9m板进行计算(根据方木下纵梁间距0.9m考虑)。
a、荷载取翼板根部最大荷载计算
q=[1.3×(8.19+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.9
=21.9kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm4
竹胶板容许应力[σ0]=80MPa,E=6×103MPa
c、承载力验算
强度验算:
Mmax=ql2/8=21.9×0.3×0.3/8=0.25KN.m
σmax=Mmax/W=0.25×106/3.75×104
=6.7MPa≤[σ0]=80MPa(满足要求)
刚度验算:
f=0.677ql4/(100EI)
=0.677×21.9×3004/(100×6×103×2.81×105)
=0.71mm≤[f0]=L/400=300/400=0.75mm(满足要求)
(2)翼板下横桥向方木计算
横桥向方木铺设在竹胶板之下,作为模板分配梁,间距为0.3m,取长度0.9m板进行计算(根据方木下纵梁间距0.9m考虑)。
a、荷载组合
q=[1.3×(8.19+3.5)+1.4×(2.5+2.0+2.0)]×0.3
=7.3kN/m
b、截面参数及材料力学性能指标
W=a3/6=10
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