100米连续梁支架计算书.docx
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100米连续梁支架计算书
汤逊湖特大桥(60+100+60)m连续梁支架计算书
一、工程概况
汤逊湖特大桥跨江夏大道和阳光大道路口处设计为60m+100m+60m连续梁。
连续梁顶宽度为12.2m,腹板底宽为6m,梁高4.7m~7m,底板厚度0.38m~0.876m,顶板厚度0.48m,腹板厚度0.45m~0.6m~0.9m。
根据设计要求,本连续梁采用支架法分段现浇施工。
根据施工浇筑混凝土的顺序及张拉过程可知:
支架所收到的荷载为其上浇筑混凝土的荷载及施工荷载,张拉预应力后支架上受到的荷载减少,没有增加的可能,所以只计算其上的荷载即可。
汤逊湖特大桥连续梁施工区域内地势平坦,192#~193#墩位于江夏大道东侧花坛和人行道上,193#~194#墩位于江夏大道沥青混凝土路面,194#~195#墩部分位于阳光大道沥青混凝土路面,部分位于阳光大道东侧的绿化带。
花坛和绿化带位置为素填土,属软弱地基,需对地基进行适当处理,以确保地基承载力,沥青混凝土路面需根据计算确定其承载力是否满足要求,否则需进行地基处理或者加强,且支架搭设高度需根据分节长度的现浇梁线型严格控制标高。
由于梁体高度变化较大,支架地基处理根据梁高进行调整,以梁腹板厚度变为60cm处,即主墩中心两侧各22m处分界,靠主墩较近处:
花坛和绿化带范围的地基,将表层土开挖至地基承载力不小于450kpa的土层,再以级配碎石换填,宜分层回填密实(层厚宜为30~35cm),并采用振动碾压密实,换填处理后其地基承载力应不小于450kPa(采用重型动力触探法或K30指标检测)。
其他部分:
花坛和绿化带范围的地基,将表层土开挖至地基承载力不小于350kpa的土层,地基处理完毕后立即浇筑20cm厚C25混凝土作为地面防水层和地基持力层,以确保支架搭设稳定。
砼顶面与既有路面高度相同(红色数字通过计算确定)。
地基处理完毕后,在既有路面和处理后的砼垫层顶面铺设15×20方木,方木横向铺设,间距为60cm,与碗扣支架相对应。
排水利用既有路面的排水坡和排水设施。
地基处理时注意设置排水坡度。
满堂支架立杆横向间距布置为5×0.6+9×0.3+2×0.6+0.3+2×0.6+9×0.3+5×0.6,立杆纵向间距均为0.6m,横杆步距为0.6m,剪刀撑及扫地杆按规范要求设置。
中墩两侧各1.8m范围内局部加密,腹板处立杆纵向间距调整为0.3m。
满堂支架顶部顶托上为横向15cm×15cm方木,横向方木顶部为模板。
箱梁底模和侧模均为钢模。
二、计算依据及参考资料
1、《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-99)
2、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
3、《钢结构设计规范》GB50017-2003
4、《建筑施工碗扣式脚手架安全技术》JGJ166-2008
5、铁四院设计图纸
6、《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ213-2005
三、材料取值
计算的钢材(Q235或A3钢)材料取值如下∶
弯曲应力
轴向应力
剪应力
弹性模量
计算的钢材(16Mn钢)材料取值如下∶
弯曲应力
剪应力
弹性模量
计算的方木材料取值如下:
[σ]=9.5Mpa
[τ]=1.7Mpa
弹性模量
四、软件计算
计算采用容许应力法,用MIDAS/Civil2006软件并结合理论公式手工计算。
总体模型如图1所示。
由于结构对称,模型只建立了边跨支架,并考虑了箱梁变截面。
建立模型时:
混凝土的比重取26kN/m3,钢材的比重取78.5kN/m3;箱梁截面按变截面建立;模板的外模支架按实际情况建立;模板面板及纵横肋按0.75kN/m2考虑;底模下横桥向为15×15cm方木,其比重取8kN/m3;碗扣支架完全按照设计考虑,没有简化。
支架的高度在中墩处为8m,其他地方根据梁高的不同而变化。
倾倒砼产生的荷载为2kN/㎡,倾倒混凝土对侧模冲击产生的水平荷载取6.0kPa;振捣砼产生的荷载取4kN/㎡。
人员及施工机具重量按2kN/㎡。
实际计算时没有直接施加这些荷载,而是将混凝土的比重提高10%。
图1总体模型
图2碗扣支架的总体变形
图3最大变形局部(最大竖向位移5.1mm)
图4碗扣支架总体应力图
图5方木应力
图6支反力
从计算可知:
1.碗扣支架的杆件最大应力为126MPa<[σ]=140MPa,达到和接近应力最大值的杆件很少,且主要在箱梁腹板的下方及侧模板下方,绝多数杆件的应力小于60MPa,满足要求;
2.碗扣支架的最大竖向位移3.6mm;
3.方木的应力多小于5MPa,仅个别杆件的端部达到9MPa;
4.碗扣支架立杆的最大支反力23.5kN<[N]=40kN。
5.立杆在地基上产生的应力:
。
五、碗扣支架手工计算
(一)中墩两侧支架计算
由于连续梁采用变截面结构,各截面的荷载均不相同。
为方便计算及确保安全,在模板、方木及膺架设计检算时均取最大截面处荷载,即连续梁中墩两侧2.75m处截面,该截面梁高6.894m,顶板厚度0.48m,底板厚度0.876m,腹板厚度0.9m,总面积22.22m2,混凝土容重取26kN/m3。
1.荷载组成:
1混凝土自重(1m):
根据不同部位分别计算;翼板混凝土自重为(单侧):
g1=26×1.84×1/3.1=15.43kN/㎡;腹板混凝土自重为(单侧):
g2=26×7.52×1/1.5=130.35kN/㎡;底板混凝土自重为(单侧):
g3=26×1.31×1/1.5=22.71kN/㎡;顶板混凝土自重为(单侧):
g4=26×0.44×1/0.9=12.71kN/㎡,荷载分项系数取1.2;
②模板自重:
1.2kN/㎡;荷载分项系数取1.2;
③施工荷载:
取2.5kN/㎡,荷载分项系数1.4;
④振动荷载:
取2.0kN/㎡,荷载分项系数1.4;
⑤混凝土倾倒产生的冲击荷载:
输送泵取2kN/m2,荷载分项系数取1.4,(当混凝土厚度大于1m时不考虑该荷载,即在进行腹板区检算时不考虑该荷载);
则计算时取荷载值为:
计算强度、刚度:
q=①+②+③+④+⑤或q=①+②+③+④
2.底模纵横梁计算
底板横梁均采用15×15cm方木,纵向间距为0.6m,方木的相关参数如下:
方木的弹性模量:
E=10×109Pa
方木的弯曲应力:
[б]=13×106Pa
方木的剪应力:
[τ]=6.3×106Pa
15×15cm方木的自重:
0.225kN/m
15×15cm方木的惯性矩:
I=bh3/12=0.15×0.153/12=4.22×10-5
15×15cm方木的截面系数:
W=bh2/6=0.15×0.152/6=5.63×10-4
荷载为1.2×(130.35×0.6+1.2×0.6)+1.4×(4.5×0.6)=98.5kN/m(以腹板处荷载进行计算)
腹板处碗扣支架横向间距为0.3m,按最不利的简支梁形式计算,考虑到实际的受力形式为集中力,钢模板纵肋间距为40cm,则集中力大小为P=98.5×0.4=39.4kN,横梁最不利的受力形式为荷载集中在跨中。
①强度计算
Mmax=0.25Pl=0.25×39.4×0.3=2.955kN.m
б=M/W=(2.955×103)/(5.63×10-4)=5.2Mpa<[б]=13Mpa,满足要求。
②刚度检算:
f=Pl3/48EI=39.4×103×0.33/(48×10×109×4.22×10-5)=0.05㎜<l/400=0.3m/400=0.75mm,满足要求。
3.支架检算
支架立杆横向间距布置为5×0.6+9×0.3+2×0.6+0.3+2×0.6+9×0.3+5×0.6,立杆纵向间距为0.6m,横杆步距为0.6m,剪刀撑按结构要求设置。
检算过程如下:
碗扣件高度按9m考虑,腹板处碗扣间距为0.6m×0.3m,则碗扣件自重为:
(9+1.8×15/2)×4.14kg/m/(0.3×0.6)=517.5kg/㎡=5.2kN/m2
方木的重量为0.225kN/m×1/(0.6×1)=0.375kN/m2
方木和支架合计为5.575kN/m2,取为6kN/m2,荷载分项系数取1.2。
内模支架和方木荷载取为3kN/m2,荷载分项系数取1.2。
支架受力杆件主要是立杆轴向受力,根据资料,碗扣式脚手架:
竖向步距600mm,框架立杆荷载P=40kN;
竖向步距1200mm,框架立杆荷载P=30kN;
竖向步距1800mm,框架立杆荷载P=25kN;
现对各个区域的立杆进行检算。
翼缘板区单杆受力P=0.6×0.6×(15.43×1×1.2+1.2×1.2+2.5×1.4+2.0×1.4+2.0×1.4+6×1.2)=13.05kN<40kN,满足要求。
(按最大受荷面积计算)
腹板区单杆受力P=0.3×0.6×(130.35×1.2+1.2×1.2+2.5×1.4+2.0×1.4+6×1.2)=30.8kN<40kN,满足要求。
底板区单杆受力P=0.6×0.6×(22.71×1.2+12.71×1.2+3×1.2+1.2×1.2+2.5×1.4+2.0×1.4+2.0×1.4+6×1.2)=23.0kN<40kN,满足要求。
4.地基检算
(1)既有路面地基
每根立杆传递给垫木的压强为
,垫木的容许承压应力为10Mpa,垫木满足要求。
垫木传递给砼路面地基的压强为
,沥青砼路面满足要求。
砼路面传递给地基的压强为
根据《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034—2000)
表3.3.1水泥稳定土的抗压强度标准
公路等级
层位
二级和二级以下公路
高速公路和一级公路
基层(Mpa)
2.5~3②
3~5①
底基层(Mpa)
1.5~2.0②
1.5~2.5①
表4.3.1石灰稳定土的抗压强度标准
公路等级
层位
二级和二级以下公路
高速公路和一级公路
基层(Mpa)
≥0.8①
—
底基层(Mpa)
0.5~0.7②
≥0.8
表5.3.1二灰混合料的抗压强度标准
公路等级
层位
二级和二级以下公路
高速公路和一级公司
基层(MPa)
0.6~0.8
0.8~1.1①
底基层(MPa)
≥0.5
≥0.6
可以看出公路基层和底基层最低抗压强度>500Kpa,公路路面满足承载力要求。
(江夏大道和阳光大道经过调查为二级公路,为验证其承载力可做实验验证)
(2)经过处理后的地基
每根立杆传递给垫木的压强为
,垫木的容许承压应力为10Mpa,垫木满足要求。
垫木传递给C25砼垫层的压强为
,C25砼垫层满足要求。
砼垫层传递给地基的压强为
底板处单根立杆基础底面积为
Ag=N/fg=23/(450×0.4)=0.13㎡
实际单根立杆的基础底面积为:
0.6×0.6=0.36㎡满足要求
腹板处单根立杆基础底面积为
Ag=N/fg=30.8/(450×0.4)=0.17㎡
实际单根立杆的基础底面积为:
0.6×0.3=0.18㎡基本满足要求
(二)主墩中心两侧超过22m处支架计算
(1)荷载计算
距主墩中心线22m外,箱梁腹板厚度变为60cm,此时计算截面次用截面2,见附图:
典型计算断面图2,该截面梁高5.447m,顶板厚度0.48m,底板厚度0.548m,腹板厚度0.6m,总面积15.72m2。
荷载组成中除砼自重变化外,其他均与截面1相同:
混凝土自重(1m):
根据不同部位分别计算;翼板混凝土自重为(单侧):
g1=26×1.84×1/3.1=15.43kN/㎡;腹板混凝土自重为(单侧):
g2=26×4.44×1/1.2=96.2kN/㎡;底板混凝土自重为(单侧):
g3=26×0.99×1/1.8=14.3kN/㎡;顶板混凝土自重为(单侧):
g4=26×0.59×1/1.8=8.52kN/㎡,荷载分项系数取1.2;
(2)支架计算
对各个区域的立杆进行检算。
翼缘板区单杆受力P=0.6×0.6×(15.43×1×1.2+1.2×1.2+2.5×1.4+2.0×1.4+2.0×1.4+6×1.2)=13.05kN<40kN,满足要求。
(按最大受荷面积计算)
腹板区单杆受力P=0.3×0.6×(96.2×1.2+1.2×1.2+2.5×1.4+2.0×1.4+6×1.2)=23.5kN<40kN,满足要求。
底板区单杆受力P=0.6×0.6×(14.3×1.2+8.52×1.2+3×1.2+1.2×1.2+2.5×1.4+2.0×1.4+2.0×1.4+6×1.2)=17.5kN<40kN,满足要求。
(3)地基承载力验算
砼垫层传递给地基的压强为
底板处单根立杆基础底面积为
Ag=N/fg=17.5/(350×0.4)=0.13㎡
实际单根立杆的基础底面积为:
0.6×0.6=0.36㎡满足要求
腹板处单根立杆基础底面积为
Ag=N/fg=23.5/(350×0.4)=0.17㎡
实际单根立杆的基础底面积为:
0.6×0.3=0.18㎡基本满足要求
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