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0#块支架
贵州公路建设项目
厦蓉高速(贵州境)榕江格龙至都匀第BT9合同段
巫虾河特大桥
0#块现浇支架方案
编制:
审核:
贵州省公路桥梁工程总公司
厦蓉高速第BT9合同段项目经理部
2009年8月
巫虾河特大桥0#块现浇支架计算书
一、概况
巫虾河特大桥位于厦蓉高速公路格都段YK146+873.05(ZK146+910)公里处,跨越巫虾河。
桥跨布置为2×50+(94+180+94)+2×(4×50)m,主桥为94+180+94m的三跨三向预应力砼变截面连续刚构梁桥,最大墩高为111m,桥墩设计采用双薄壁+单空心薄壁组合桥墩。
为节约支架材料,箱梁0#节段0#断面计划采用在墩柱适当高度预留孔埋设牛腿搭设现浇支架施工,箱梁0#节段悬臂长度为1.5m范围和翼板部分计划采用在墩柱适当高度预留孔埋设型钢托架搭设悬浇支架施工。
由于箱梁节段重量较大,砼数量为618m3,计划采取两次浇筑,第一次浇筑至箱梁中部(约5.4m),支架设置按两次浇筑的方案进行设计。
二、荷载的取值及支架的布置
一)荷载的取值
1、混凝土重量按26.0KN/m3计算;
2、模板采用厂制定型模板,模板重量按0.8KN/m2计算(含加固件);
3、分配梁(横杆)按简支结构计算;
4、施工荷载:
施工人员及施工料具的运输及堆放等取1KPa;
5、振捣、倾倒混凝土时对模板所产生的冲击荷载取2.0KPa;
二)支架的布置
具体布置如下:
1、悬臂端(23#~24#截面):
φ48×3.3mm钢管在箱梁腹板下纵、横向间距按30cm步距布置,翼板下纵、横向按60cm布设,箱梁底板下横桥向按30cm布设、纵桥向按60cm布设,横杆竖向间距按120cm设置;φ48×3.3mm钢管支撑在25号工字钢上,工字钢间距70cm;25号工字钢下设置2排45号工字钢和钢牛腿支撑整个系统(详见0#块现浇支架布置图)。
2、25#~27#截面:
箱梁腹板及底板下设45号工字钢,工字钢上铺设10号槽钢,槽钢上铺设模板,在45号工字钢下两端设置HK500a型钢和钢牛腿(详见0#块现浇支架布置图)。
三)支架材料性能技术参数
1、φ48×3.0mm扣件式钢管技术参数
外径
(mm)
壁厚
(mm)
截面积
cm2
惯性矩
cm4
截面系数
cm3
回旋半径
cm
48
3.0
4.239
10.79
4.49
1.59
注:
钢管选用φ48×3.3mm,考虑钢管锈蚀影响,按φ48×3.0mm进行计算。
2、型钢主要技术参数
规格及型号
高(mm)
理论重量Kg/m
截面积
cm2
惯性矩
cm4
截面系数
cm3
工25a
250
38.1
48.5
5023.54
401.883
工32a
320
52.7
61.05
11075.52
692.202
工45a
450
80.4
102.
32240
1430
工56a
560
106.2
135.25
65585
2342
[10
10
10.007
12.748
198.0
39.7
HK500a
490
155.1
197.5
86971
3549
三、φ48×3.0mm钢管支架稳定承载力计算
该钢管支架自由长度取120cm,扣件的抗滑力取50KN。
λ=120÷1.59=75.5
按λ查规范表得:
φ=0.721
[N]=φ·A[σ]=0.721×4.239×140=42.8KN。
四、悬臂端(23#~24#截面)
一)、第一次混凝土浇筑支架验算
1、悬臂端底板下钢管支架
1)立杆
φ48×3.0mm钢管在底板下(墩顶)按纵、横向间距分别按60cm和30cm步距布置,在底板范围共布设了80根立杆,安全系数取1.2。
即:
混凝土重量G1=((1.18+1.5)÷2×5.4+0.3×0.5)×1.5×26×1.2=345.7KN
模板及支架重G2=(5.4×1.5×0.8+80×3×1.3×0.0385)×1.2=22.2KN
施工荷载重G3=5.4×1.5×3×1.2=29.2KN
荷载合计重G总=397.1KN
单根钢管承受荷载G单=397.1÷80=5.0KN<[N]=42.8KN
满足要求!
2)横杆(分配梁)
横杆采用φ48×3.0mm钢管,横杆最大跨度为0.6m,均布荷载为397.1÷4÷5.4=18.4KN/m,按简三跨连续结构进行计算。
M=0.1ql2=0.1×18.4×0.62÷8=0.662KN.m
φ48×3.0mm钢管的截面系数为W=4.49cm3
σ=M/W=662/4.49=147.4MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
2、悬臂端腹板下钢管支架
1)立杆
φ48×3.0mm钢管在腹板下按纵、横向间距30cm步距布置,腹板下共布设有28根钢管,安全系数取1.2。
即:
混凝土重量G1=0.85×5.6×1.5×26×1.2=445.5KN
模板及支架重G2=((5.6×1.5×2+0.9×1.5+0.9×5.6)×0.8+1.3×28×3×0.038))×1.2=27.24KN
施工荷载重G3=0.9×1.5×3×1.2=4.86KN
荷载合计重G总=477.6KN
单棵钢管所承受荷载G单=477.6÷28=17.1KN<[N]=42.8KN
满足要求!
2)横杆(分配梁)
横杆采用φ48×3.0mm钢管,横杆跨度为0.3m,均布荷载为477.6÷7÷0.9=75.8KN/m,按简三跨连续结构进行计算。
M=0.1ql2=0.1×75.8×0.32=0.682KN.m
φ48×3.0mm钢管的截面系数为W=4.49cm3
σ=M/W=682/4.49=151.9MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
3、悬臂端腹板下纵向工字钢计算
在腹板φ48×3.0mm钢管下纵向设置25号工字钢,横向铺设间距为40cm,其对应的混凝土、模板、支架及施工荷载简化为均布荷载,腹板下共设2根工字钢,即荷载为477.6÷1.5+2×3.81×
1.2=327.5KN/m,跨度为1.3m。
M=ql2/8=327.5×1.32÷8=69.2KN.m
2根25号工字钢的截面系数W=401×2=802cm3
σ=M/W=69200/802=86.3MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
4、悬臂端底板下纵向工字钢计算
在底板φ48×3.0mm钢管下纵向设置25号工字钢,横向铺设间距为70cm,其对应的混凝土、模板、支架及施工荷载简化为均布荷载,底板下共设有7根25号工字钢,即荷载为397.1÷1.5+7×3.81×1.2=296.7KN/m,跨度为1.3m。
M=ql2/8=297.7×1.32÷8=62.7KN.m
7根25号工字钢的截面系数W=401×7=2807cm3
σ=M/W=62700/2807=22.3MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
5、悬臂端纵向工字钢下的横向工字钢计算
第一次浇筑混凝土时:
按24#截面进行验算,结构按两跨连续梁进行计算。
45号工字钢重G1=0.804×14×1.2=13.5KN(q=0.965KN/m)
腹板下工字钢传递荷载按集中力计N2~N3=327.5×1.5÷4=122.8KN
底板下工字钢传递荷载按集中力计N4~N10=296.7×1.5÷14=31.8KN
翼板下支架传递荷载按集中力计N11~N15=22.8×1.5×5÷10=17.1KN
计算图示:
图1.荷载布置图
图2.计算弯矩图
图3.牛腿支点计算反力图
牛腿支点反力R1=R3=413.3KNR2=72.8KN
Mmax(-)=160KN.m
45号工字钢截面系数为W=1430cm3
最大应力σmax=Mmax/W=160KN.m/1430cm3=111.9MPa<[σ]=210MPa;
6、悬臂端下钢牛腿计算
每个支点下设两个牛腿,每个牛腿设计承重为500KN,故满足要求。
二)、第二次混凝土浇筑
1、悬臂端翼板下钢管支架
1)立杆
φ48×3.0mm钢管在翼板下纵、横桥向均按60cm布设,故取60cm为一计算单元,在每一计算单元内共有6根立杆,其荷载为:
混凝土重量G1=((0.8+0.5)÷2×1+(0.5+0.18)÷2×2)×0.6×26×1.2=24.9KN
模板及支架重G2=(3×0.6×0.8+200×0.0384)×1.2=10.9KN
施工荷载重G3=3×0.6×3×1.2=6.48KN
荷载合计重G总=42.3KN
单棵钢管荷载G单=42.3÷6=7.1KN<[N]=42.8KN
满足要求!
2)横杆(分配梁)
横杆采用φ48×3.0mm钢管,横杆跨度取最大0.6m,均布荷载为42.3÷3=14.1KN/m,为了简化计算按简支结构进行计算。
M=ql2/8=14.1×0.62÷8=0.635KN.m
φ48×3.0mm钢管的截面系数为W=4.49cm3
σ=M/W=635/4.49=141MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
2、悬臂端翼板下纵向工字钢计算
在翼板φ48×3.0mm钢管下纵向设置25号工字钢,横向铺设间距为70cm,其对应的混凝土、模板、支架及施工荷载简化为均布荷载,每根工字钢对应两排(横向)钢管支架,取翼板根部验算即荷载为0.8×0.7×26×1.2+0.7×3×1.2+10.9÷6×2÷1.3=22.8KN/m,跨度为1.3m。
M=ql2/8=22.8×1.32÷8=3.705KN.m
25号工字钢的截面系数W=401cm3
σ=M/W=3705/401=9.2MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
3、悬臂端翼板下横向工字钢计算
横向工字钢分配到的荷载为14.82KN,第一次浇注时的底板和腹板处模板、支架及25号工字钢等荷载大小为55.84KN,即7.98KN/m;45号工字钢自重为0.965KN/m,合计为8.945KN/m。
验算如下
计算图示:
图1.荷载布置图
图2.计算弯矩图
图3.牛腿支点计算反力图
牛腿支点反力R1=R3=153.3KNR2=89.5KN
Mmax(-)=140KN.m
45号工字钢截面系数为W=1430cm3
最大应力σmax=Mmax/W=140KN.m/1430cm3=97.9MPa<[σ]=210MPa;
4、悬臂端下钢牛腿计算
每个支点下设两个牛腿,每个牛腿设计承重为500KN,固满足要求。
五、25#~27#截面
一)、第一次浇筑强度计算
1、箱梁0号节段25#~27#截面长度6m范围强度计算:
(1)1/2腹板部分的各种荷载计算
混凝土重量G1=0.9×5.4×6×26×1.2=909.8KN
模板重G2=6×(5.4+0.9+3.9)×0.8×1.2=58.8KN
模板下10号槽钢分配梁重量G3=0.9×31×0.01×10×1.2=3.4KN;
施工荷载重G4=(1.0+2.0)×0.9×6×1.2=19.4KN
45号工字钢自重G5=4×0.804×6×1.2=23.2KN
荷载合计重G总=G1+G2+G3+G4+G5=1014.6KN
分配到工字钢上的荷载集度为1014.6÷6=169.1KN/m。
腹板下设置4根45号工字钢,跨度为6m。
M=ql2/8=169.1×62÷8=761.0KN.m
45号工字钢的截面系数W=1430cm3
σ=M/W=761000÷(1430×4)=133MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
(2)箱梁0号节段25#~27#截面长度6m范围内底板部分,底板下设置45号工字钢,横向间距70cm,跨度为6m,取70cm横向宽度进行计算。
混凝土重量G1=6×1.5×6×26×1.2=1684.8KN
模板重G2=6×6×0.8×1.2=34.6KN
模板下10号槽钢分配梁重量G3=6×31×0.01×10×1.2=22.3
KN
施工荷载重G4=(1.0+2.0)×6×6×1.2=129.6KN
45号工字钢自重G5=7×0.804×6×1.2=40.5KN
荷载合计重G总=G1+G2+G3+G4+G5=1911.8KN
分配到工字钢上的荷载集度为1911.8÷6=318.6KN/m。
M=ql2/8=318.6×62÷8=1433.7KN.m
45号工字钢的截面系数W=7×1430=10010cm3
σ=M/W=1433700÷10010=143.2MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
(3)HK500型钢
按两跨连续梁结构进行计算
HK500型钢及钢板重G1=238.64×14×10÷1000×1.2=40.1KN(q=2.86KN/m)
腹板下工字钢传递荷载按集中力计N1~N4=1014.6÷8=126.8KN
底板下工字钢传递荷载按集中力计N5~N11=1911.8÷14=136.6KN
翼板下支架传递荷载按集中力计N12~N17=138.8×2÷12=23.1KN(该荷载是包括二次浇注的支架及型钢荷载)
计算图示:
图4.荷载布置
图5.计算弯矩图
图3.牛腿支点计算反力图
牛腿支点反力R1=R3=937KNR2=416KN
HK500型钢在牛腿支点处剪力较大,需要进行补强处理,采用1cm钢板从自由端沿型钢纵向焊接补强。
Mmax=424.17KN.m
σ=M/W=424170/3549=119.5MPa<[σ]=210MPa
型钢挠度的计算:
型钢的变形计算按照简化的外伸臂简支梁进行计算,所有作用在
型钢上的荷载简化为均布荷载.
q1=2.86+36.47=39.33KN/m,则最大挠度f1=
代入相
应数据并采用统一的单位后计算得f1=1.41cm。
q2=2.86+228.625=231.485KN/m,作用在中跨内,似型钢刚度大,对于悬臂端,按照简支结构计算再进行换算,则fx=
=0.00013m,换算悬臂端得f2=1.6/3.8*fx=0.00173m,根据叠加原理,则HK500型钢最大挠度
fmax=f1-f2=1.24cm,方向向下。
二)、第二次混凝土浇筑
1)25#~27#截面翼板下纵向工字钢计算
在0#块横桥向墩身外部和24~25#截面间预埋2cm的钢板,在钢板面上焊接型钢托架,25#工字钢铺在托架上,这样托架就分担了翼板的部分荷载直接传递给墩身,减小HK500型钢的受力,保证安全。
在翼板φ48×3.0mm钢管下纵向设置25号工字钢,横向铺设间距为50cm,其对应的混凝土、模板、支架及施工荷载简化为线荷载,每根工字钢对应两排(横向)钢管支架,跨度为6m。
单侧翼板下设的25#纵向工字钢,5根长12米,1根长6米;所承受荷载计算如下:
混凝土重量G1=1.33×6×26×1.2+0.68×6×26×12=376.3KN
模板重量G2=6×3.0×0.8×1.2+6×2.0×0.8×1.2=28.8KN
模板下支架及型钢重量G3=(11×3+19×2+6×2+4×12+98×1.2)×3.85×9+5×12×0.381+1×6×0.381)×1.2=116.3KN
施工荷载重G4=(1.0+2.0)×3×6×1.2=64.8KN
荷载合计重G总=G1+G2+G3+G4=586.2KN
分配到工字钢上的荷载集度为586.2÷12=48.85KN/m
单根25号工字钢(12米)为三跨连续梁结构,其最大弯矩计算如下。
三不等跨连续梁的内力计算:
q=48.85/6=8.14KN/m;
Mmax=0.2813ql2=0.2813×8.14×9=20.61KN.m
单根25号工字钢的截面系数W=401.833cm3
σ=M/W=20610÷401.833=51.28MPa<[σ]=210MPa
满足要求!
2)25#~27#截面HK500a型钢受力及变形计算
经上述计算,得25号工字钢在HK500型钢支点处传递荷载为N=1.7812×8.14×3=43.5KN;
25#~27#截面底板支架及型钢荷载:
模板重G2=6×6×0.8×1.2=34.6KN
模板下10号槽钢分配梁重量G3=6×31×0.01×10×1.2=22.3
KN
施工荷载重G4=(1.0+2.0)×6×6×1.2=129.6KN
45号工字钢自重G5=7×0.804×6×1.2=40.5KN
即底板支架总荷载为G总=227KN,平均分配传递给HK500型钢,F2=227÷2=113.5KN,底板共15根工字钢;N=7.6KN。
HK500型钢及钢板重G1=238.64×14×10÷1000×1.2=40.1KN(q=2.86KN/m)
图1.弯矩图(KN.m)
计算结果显示,最大负弯矩为M=592.6KN.m,
σ=M/W=592600/3549=167MPa<[σ]=210MPa
HK500型钢应力比较大,对型钢作补强处理。
支点最大剪力=565KN。
HK500型钢的挠度计算:
型钢的变形计算按照简化的外伸臂简支梁进行计算,所有作用在
型钢上的荷载简化为均布荷载.
q1=2.86+68.68=71.54KN/m,则最大挠度f1=
代入相
应数据并采用统一的单位后计算得f1=2.57cm。
q2=2.86+17.73=20.59KN/m,作用在中跨内,似型钢刚度大,对于悬臂端,按照简支结构计算再进行换算,则fx=
=0.00015m,换算悬臂端得f2=1.6/3.8*fx=0.00006m,根据叠加原理,则HK500型钢最大挠度
fmax=f1-f2=2.564cm,方向向下。
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