0#块托架计算书.docx
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0#块托架计算书
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1、工程概况
穗莞深城际新塘至洪梅段东江北干流特大桥位于广州市新塘镇、东莞市麻涌和中堂境内。
新塘镇内线路位于港口大道中央绿化带,两侧房屋、厂房密集,交通较为便利,麻涌与中堂境内均为农田,东江北干流特大桥起点与新塘站特大桥连接,终点与中堂站特大桥连接。
该特大桥共有十联现浇连续梁,其中东江北干流特大桥有四联(30+45+30)m悬臂现浇连续梁,下部均为实体墩、钻孔桩基础。
(30+45+30)m悬臂现浇连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。
全桥箱梁顶宽11.6m,防护墙内侧净宽8.4m,桥上人行道宽1.35m。
0#节段底宽4.268~4.438m,顶板厚0.35m,腹板厚分别为0.60m和0.75m,按折线变化,局部加厚到0.942m;底板厚0.5~0.55m,按折线变化。
底板设30×30cm梗肋,顶板设75×25cm梗肋。
0#节段设横隔板,并设有孔洞,横隔板厚度为1.6m。
截面中心梁高3.2m,梁底按圆曲线变化,曲线半径R=20553.1cm。
中支座横桥向中心距3.9m。
2、计算依据
1、《新建铁路穗莞深城际施工图设计》
2、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
3、《铁路桥涵地基和基础设计规范》(JTGD63-2007)
4、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
5、《路桥施工计算手册》
6、《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)
7、《midas/civil》计算软件
8、《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)
3、设计载荷取值及荷载组合
(1)砼自重:
γ=26KN/m3。
(2)支架各构件自重:
按规范取值,钢模板按1.5KPa。
(3)施工人员及施工荷载。
1)对模板及直接支承模板的拱架,取2.5KPa。
2)对支承拱架,取1.5KPa。
3)对支架立柱或支承拱架的其他结构,取1.0KPa。
(4)振捣荷载:
取2kN/㎡。
计算底模板及支架强度时,荷载组合为:
(1)+
(2)+(3)+(4)
验算底模板及支架刚度时,荷载组合为:
(1)+
(2)
4、材料特性及变形控制
4.1、木材容许应力及弹性模量
按JTJ025-86标准(P50页表2.1.9),木材容重为γ=7.0KN/m3,容许应力如下表:
木材容许应力(MPa)
材质
顺纹受压及承压应力[σa]
顺纹弯应力[σw]
弯曲剪应力[τ]
弹性模量E
马尾松
12
12
1.9
9×103MPa
杉木
11.0
11.0
1.7
9×103MPa
4.2、竹胶板容许应力及弹性模量
竹胶板容重为γ=9.0KN/m3。
竹胶板容许应力(MPa)
材质
顺纹受压及承压应力[σa]
顺纹弯应力[σw]
弯曲剪应力[τ]
弹性模量E
竹胶板
90
27
1.2
6×103MPa
4.3、钢的材料特性:
弹性模量
Q235:
[σ]=175MPa[τ]=100MPa
承压应力:
=240MPa
4.4、查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》有Q235钢管的材料特性如下表
表1钢材的强度和弹性模量(N/mm2)
P235A钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值
205
弹性模量
2.05×105
表2钢管截面特性
外径
F(mm)
壁厚
t(mm)
截面积
A(cm2)
截面惯性矩
I(cm4)
截面模量
W(cm3)
回转半径
I(cm)
48
3.5
4.89
12.19
5.08
1.58
4.5、变形控制
主要承重构件 次要构件 5、详细计算 本次计算假定(30+45+30)m梁0号块一次浇筑完成,计算采用容许应力法,荷载的计算只取荷载的标准值,不考虑荷载分项系数。 托架结构形式如下图所示: 5.1、箱梁底模验算 本施工方案箱梁底模采用一类一等品厚度15mm竹胶板,底模竹胶板下方横向均设置10cm×10cm方木,间距15cm。 由于根部腹板板为箱梁自重最大处(箱梁根部截面最大高度3.31m),因此仅对腹板处进行底模板受力验算。 现取1m板宽进行计算,由于模板的连续性,在均匀荷载的作用下,计算时按5跨等跨连续梁计算{《路桥施工计算手册》P765页,[附表2-11五跨等跨连续梁内力和挠度系数]} 5.1.1、强度验算 竹胶板受力计算简图 1)截面特性: A=b×h=1×0.015=0.015m2 W=bh2/6=1×0.0152÷6=5.4×10-5m3=3.75×104mm3 I=bh3/12=1.0×0.0153÷12=4.9×10-7m4=2.8×105mm4 2)荷载组合: q=(26×3.31+0.018×9)×1+(2+2.5)×1=90.7kN/m. 3)内力计算: 支点B负弯矩最大 M支=-0.105ql2 =-0.105×90.7×0.152=-0.21KN.m σmax=M支/W=-0.21×106÷(3.75×104)=-5.7Mpa<[σw]=27MPa 满足要求。 5.1.2、刚度验算: (1)荷载组合: q=26×3.31×1+0.018×9×1=86.2kN/m (2)挠度计算: 由《路桥施工计算手册》P765页附表2-11,五跨等跨连续梁内力和挠度系数可知: 挠度最大在第一跨,计算跨度15cm。 fmax=0.664ql4/100EI =0.664×86.2×103×0.154÷(100×6×103×106×2.8×10-7) =0.2mm<[f]=150/400=0.38m 所以刚度满足要求。 5.2、横向方木承载力验算 5.2.1、强度验算 取腹板处最不利荷载计算,腹板处横向方木采用10×10cm方木,其纵向间距为15cm,横向跨度为30cm,截面惯性矩 ,作用于方木上的线荷载 q=(26×3.31+0.018×9)×0.15+(2+2.5)×0.15=13.6kN/m. 跨中弯矩 =13.6×0.3×0.3/8=0.15kN*m. 则 =0.9MPa<[σw]=11Mpa,满足要求。 5.2.2、刚度验算 1)荷载组合 q=(26×3.31+0.018×9)×0.15=13kN/m 2)挠度计算 满足要求。 5.3、纵向方木承载力验算 5.3.1、强度验算 取腹板处最不利荷载计算,腹板处纵向方木采用10×10cm方木,其横向间距为30cm,纵向跨度为60cm,截面惯性矩 ,作用于方木上的线荷载 q=(26×3.31+0.018×9)×0.3+(2+2.5)×0.3=27.2kN/m. 跨中弯矩 =27.2×0.6×0.6/8=1.2kN*m. 则 =7.2MPa<[σw]=11Mpa,满足要求。 5.3.2、刚度验算 1)荷载组合 q=(26×3.31+0.018×9)×0.3=26.3kN/m 2)挠度计算 满足要求。 5.4、碗扣支架验算 5.4.1荷载计算 1)恒载: ①砼荷载 取腹板最不利荷载计算,箱梁腹板处支架水平间距为60×30cm,腹板高度为3.31m。 则单根钢管所受荷载g1=26×3.31×0.6×0.3=15.5(kN/根)。 ②模板、方木自重(合计取0.5KPa) g2=0.5×0.3×0.6=0.1(kN/根)。 ③立杆自重(按最大高度2m计,采用φ48×3.5mm,单位重量3.8kg/m) g3=0.038×2=0.1kN/根)。 ④横杆自重(步距为60cm,共计3排) g4=0.038×3×(0.3+0.6)=0.1(kN/根)。 2)腹板处活载: 施工人员和施工机具行走荷载: 1.5kN/m2,振捣砼产生的荷载: 2kN/m2。 q=(1.5+2)×0.3×0.6=0.6(kN/根) 3)风荷载计算 根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011),wk=0.7μZμSw0 wk: 风荷载标准值(KN/m2)。 μZ: 风压高度变化系数,可查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》附录D或《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表7.2.1风压高度变化系数,地表类型为海岸A类,高度为20m,得μZ=1.63。 μS: 风荷载体型系数,查《建筑结构荷载规范》表7.3.1风荷载整体体型系数得μS=1.2。 w0: 各地基本风压(KN/m2),查《建筑结构荷载规范》,广州地区五十年一遇风压基本值为0.5。 依据以上对风荷载计算 ωk=0.7μzμsω0=0.7×1.63×1.2×0.5=0.7kN/m2 风荷载对立杆产生弯矩按下式计算: 式中: Mw——单肢立杆弯矩(KN·m); Lx——立杆纵矩(m); Wk——风荷载标准值(kN/m2); l0——立杆计算长度(m)。 则 5.4.2支架稳定性验算荷载效应组合 ①单根钢管轴力N1=15.5+0.1+0.1+0.1+0.6=16.4kN。 ②单根钢管弯矩M=0.03KNm。 5.4.3、无风荷载时,单肢立杆稳定性验算 由于 =600/15.8=38,按a类截面查表得 =0.946 35.4MPa 满足要求。 5.4.4、组合风荷载时单肢立杆承载力计算: 立杆压弯强度计算: 式中: W——立杆截面模量; 带入数据有 =40.7MPa 满足要求。 5.5、Ⅰ32a工字钢分配梁计算 1)荷载计算 托架根部箱梁截面最大,故取托架根部分配梁进行计算,其纵向间距为0.6m,则内腔区域: F=99.2×0.6=60KN。 其受力简图如下,单位: cm。 2)内力计算 现采用midascivil软件建模进行计算如下。 弯曲应力 剪应力: 位移: 反力 3)结论 由以上计算知,Ⅰ32a工字钢横梁最大弯曲应力为78.3Mpa<[σ]=175MPa最大剪应力为22.8MPa<[τ]=100MPa,最大挠度为3mm< ,均满足要求。 5.6、三角托架计算 1)荷载计算 三角托架采用2I32a工字钢双拼制作。 根据上述分配梁反力计算结果可以得单侧托架所受荷载 ,计算图示如图,单位cm。 2)内力验算 现采用midascivil软件建模进行计算,计算结构如下。 弯曲应力 剪力应力 位移 反力 3)结论 由以上计算知,托架最大弯曲应力为54Mpa<[σ]=175MPa最大剪应力为30.7MPa<[τ]=100MPa,最大挠度为1mm,均满足要求。 托架最大竖向反力516.9KN,水平螺纹钢拉力最大为260.2KN。 5.7、牛腿分配梁验算 根据以上计算,牛腿分配梁所受竖向力为517KN。 分配梁采用32a工字钢双拼制作,其结构形式如下所示,单位: mm。 分配梁承压面积为A=2×9.5×400=7600mm2(不考虑肋板) σ=F/A=517×103N/7600mm2=68MPa<240Mpa(满足要求) 5.8、牛腿计算 1)荷载计算 1组托架下牛腿荷载: 517KN,共三个牛腿,考虑同时受力,则单个牛腿承受荷载为: N=517/3=172.3KN.牛腿结构如下,单位: mm。 2)牛腿抗剪验算 根据以上计算,单片牛腿处反力为172.3KN。 单片牛腿钢板抗剪受力面积: S=0.25m×0.02m=0.005m2,剪应力: τ=F/S=172.3KN/(0.005m2×2)=17.2Mpa<100Mpa,满足要求。 5.9、φ32mm精扎螺纹钢验算 单组三角托架水平螺纹钢拉力最大为F=260.2KN采用3根φ32mm螺纹钢进行固定,抗拉强度设计值 考虑1.3的不平衡系数,则 σ=F/A=260.2×1.3/(3×3.14×32×32/4)=140.3MPa< (满足要求) 6、结论 根据以上计算结果,本托架各项指标满足规范要求,安全可靠,可用于施工。
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