某分离式立交桥现浇箱梁贝雷支架计算书.docx
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某分离式立交桥现浇箱梁贝雷支架计算书
XX路分离式立交桥
现浇箱梁贝雷支架计算书
XX大道与XX路分离式立交桥位于拟建的XX大道与XX路交叉处,该工程采用XX大道下穿XX路的方式。
XX大道与XX路呈80度交角,
桥梁中心对应于XX大道里程桩号为K0+450.384,对应于XX路的里程桩号为LK0+450.384,桥上部采用三跨一联跨径为15.46+26+15.46m的等截面连续梁预应力混凝土梁桥。
梁桥为单箱四室结构,箱梁顶板宽18.5m,底板宽8.0m(计算按12米计),悬臂板端部厚20cm,中腹板厚均为50cm,顶板厚25cm,底板厚25cm,梁高1.4m,桥面横坡为双向人字坡1.5%。
箱梁顶面横坡采用箱梁绕桥面设计高程旋转而成,箱梁截面左右对称。
一、计算依据
㈠、《路桥施工计算手册》;
㈡、《安溪XX路分离式立交桥工程》施工图;
㈢、《装配式公路钢桥多用途使用手册》;
㈣、《公路桥涵施工技术规范》;
㈤、《公路桥涵设计规范》;
㈥、《贝雷梁使用手册》;
㈦、《建筑荷载设计规范》。
二、支架设计要点
㈠、钢管桩基础
支架基础采用钢管桩做为基础。
现浇箱梁支架基础平面布置图详见图ZJ-1,现浇箱梁支架横断面图详见图ZJ-2。
1、两边跨跨径L=15.46m桥宽18.5m等截面标准现浇箱。
距桥台台身边缘0.75m设置一排钢管桩做为第一支墩;距1#桥墩边缘0.75m设置一排钢管桩做为第二支墩。
两支墩之间的钢桩中心距中心的距离为12.45m。
单中支墩:
钢管桩φ50*0.7cm,7根,钢管桩间距按2.5m和3.0m两种间距布置。
钢管桩上布置2I36b、L>1800cm工字钢作横梁。
横梁上布置支架贝雷片纵梁。
2、中跨跨径L=26m桥宽18.5m等截面标准现浇箱梁。
跨中设两个中支墩,中支墩钢桩中心距中心的距离按2.0m设置。
边支墩距两边桥墩边缘0.75m各设置一排钢管桩做为边支墩。
边支墩和各中支墩之间的钢桩中心距中心的距离为10.65m。
每个中支墩:
钢管桩φ50*0.7cm、7根,钢管桩间距按2.5m和3.0m两种间距布置。
钢管桩上布置2I36b、L>1800cm工字钢作横梁。
横梁上布置支架贝雷片纵梁。
㈡、支架纵梁
用国产贝雷片支架拼装成支架纵梁,两排一组。
支架结构均采用简支布置。
1、0#台~1#墩、2#墩~1#台:
跨径L=15.46m桥宽18.5m等截面标准现浇箱梁两边跨,均设两个支墩。
两支墩贝雷纵梁计算跨度为12.45m由14排单层贝雷纵梁组成;贝雷纵梁间距按1.2m等间距布置。
支架贝雷平面布置图见图“ZJ-3”。
2、1#墩~2#墩:
跨径L=26m桥宽18.5m等截面标准现浇箱梁中跨,跨中设两个中支墩。
1#墩~第一个中支墩、第二个中支墩~2#墩贝雷纵梁计算跨度均为10.65m由14排单层贝雷纵梁组成;贝雷纵梁间距按1.2m等间距布置。
支架贝雷平面布置图见图“ZJ-3”。
㈢、模板及支撑
现浇箱梁支架拟采用梁柱式支架。
箱梁模板采用厚度为1.4cm的竹胶合板;竹胶合板下顺桥向放置10cmx4cm方木衬板,间距为由计算推算;方木衬板下设10x10cm的方木,间距为由计算推算;10x10cm的方木设15x20cm的方木或枕木,间距为100cm;15x20cm的方木下方安放贝雷片,贝雷片一个断面设计14片,间距如附图所示;贝雷片下方设计2I25工字钢和钢管桩。
其中翼板下支撑采用木模和钢托架,钢托架采用[10槽钢加工,以榀为单位,顺桥向1.5m设计一榀。
三、受力分析
安溪县XX分离式立交桥箱梁共有三大板块,按上述分折,边跨度为12.45m,中跨分解两跨后,跨度为10.65m,桥梁体为等截面,且工字钢横梁和贝雷纵梁布置一样。
所以本次计算仅对12.45m的边跨进行计算及受力分析,如果能达到各设计规范要求,则中间跨一定能满足受力要求。
1、本桥箱梁为等截面箱梁,梁高1.4m,底板宽8.0m(计算按12m),顶板宽18.5m,顶板厚0.25m,底板厚0.25m,具体情况如下图所示。
现浇梁标准断面图(图一)
2、对箱梁截面混凝土的混凝土方量的计算,利用电脑软件精确计算出每个计算节点断面面积。
3、施工时按两步浇筑进行,第一次浇筑底板和腹板混凝土,第二步浇筑顶板及翼板混凝土。
为简化计算,确保安全,计算时假定两步混凝土同时施工。
箱梁节点与节点部分按均布荷载考虑,并取最不利的一片纵梁进行验算。
四、施工荷载计算取值
㈠、恒载
1、梁体混凝土自重:
箱梁混凝土标号为50,配筋率为2.5%,所以梁体混凝土自重取26KN/m3,冲击系数取1.1;
2、木模板自重取0.75KN/m2;
3、钢构自重取78KN/m3;
4、方木自重取7.5KN/m3;
5、[20槽钢自重:
0.26KN/m;
6、贝雷自重取1KN/m(包括连接器等附属物);
㈡、活载
1、施工人员、机具、材料及其它临时荷载,在计算模板及下面小方木时按均布荷载为2.5KN/m2计算,并以集中荷载2.5KN进行比较,取二者产生的弯矩最大者。
2、振捣荷载:
水平方向取2.0KN/m2,竖向取4.0KN/m2
㈢、荷载组合
根据《建筑荷载设计规范》,均布荷载设计值=结构重要性系数×(恒载分项系数×恒载标准值+活载分项系数×活载标准值)。
结构重要性系数取三级建筑:
0.9,恒载分项系数为1.2,活载分项系数为1.4。
五、各构件验算
㈠、底模板计算(方木衬板计算)
1、强度验算
条件:
δ<[δm]
δ=M/W=(ql2/8)/(bh2/6)<[δm]
其中:
l—底模板下方木衬板间距(m);
b—为模板宽,取b=1m;
h—为模板厚,14mm厚胶合板,取h=0.014m;
[δm]—木材抗弯强度,取[δm]=13Mpa;
q—作用在模板上的线荷载;
q=0.9x[(26Hx1.1+7.5x0.014x1)x1.2+(4+2.5)x1.4]=30.89H+8.30
受力简图(图二)
其中:
H—为混凝土厚度,将上式代入强度条件有:
l<[3.40/(30.89H+8.30)]1/2
计算结果如下:
当H=0.25+0.25=0.5时,l<0.38m
当H=1.4时,l<0.26m
2、挠度验算
条件:
fmax<[f]
fmax=5ql4/384EI<1/400
即:
ql4<384EI/5x400
其中:
E=1x107KN/m2
I=bh3/12=1x0.0143/12
则:
l<[4.39/(30.89H+3.26)]1/4
其中q不计振动荷载
当H=0.25+0.25=0.5时:
l<0.70m
当H=1.4时:
l<0.55m
因此在腹板的位置采用衬板方木间距为25cm,空箱位置采用35cm倒角介于两者之间间距为30cm。
按以上计算布置可以满足模板强度及刚度的要求。
如下图:
受力简图(图三)
㈡、侧模计算
1、强度验算
新浇注混凝土对模板侧压力计算公式:
P=0.22rt0β1β2υ1/2
或P=rH
其中:
P—新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力(N/mm2);
r—钢筋混凝土的容重,取26KN/m3;
t0—新浇筑砼初凝时间(h)根据施工情况,本计算取4h;
β1—外加剂影响修正系数,不掺外加剂时取1.0,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2,本计算取1.2;
β2—混凝土坍落度影响系数,本计算取1.15;
υ—混凝土浇筑速度,本计算取6m3/h
H—混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度,本计算取最大值为1.4m;
P=0.22rt0β1β2υ1/2
=0.22x26x4x1.2x1.15x61/2
=77.34KN/m2
或P=rH=26x1.4=36.4KN/m2
根据取两式结果的较小值及混凝土侧压力不宜超过90KN/m2的规定,所以P取36.4KN/m2。
组合荷载为:
q=0.9x(1.2x36.4x0.25+2x1.4x0.25)=10.5KN/m
受力简图(图四)
Q235钢材的抗拉强度设计值为215MPa,钢模的允许挠度:
面板为1.5mm,I=26.97cm4,W=32.7cm3,E=2.1x105MPa
抗弯强度验算:
M=ql2/8=10.5x0.32/8=0.118KN·m
W=bh2/6=32.7x10-6m3
δ=M/W=0.118/32.7x10-6=3.61Mpa<[δ]=215Mpa
2、挠度验算
挠度条件:
fmax<[f]
fmax=5ql4/384EI<[f]=1/400=0.75mm
其中:
E=1x107KN/m2
I=bh3/12=1x0.0143/12
即:
fmax=5ql4/384EI=5x10.5x0.34x12/384x1x107x1x0.0143
=0.48mm<0.75mm
故抗弯强度以及挠度满足要求。
㈢、10x10cm方木计算
取1米板宽计,按最不利荷载进行计算。
1、强度验算
条件:
δ<[δm]
δ=M/W=(ql2/8)/(bh2/6)<[δm]
组合荷载:
q=0.9x[(1.1x26x1xH+7.5x1x0.014+7.5x0.1x0.04x3)x1.2+(4+2)x1.4]=30.89H+8.4KN/m
受力简图(图五)
其中:
H—为混凝土厚度,将上式代入强度条件有:
l<[17.3/(30.89H+8.4)]1/2
计算结果如下:
当H=0.25+0.25=0.5时,l<0.85m
当H=1.4时,l<0.58m
2、挠度验算:
条件:
fmax<[f]
fmax=5ql4/384EI<1/400
即:
ql4<384EI/5x400
其中:
E=1x107KN/m2
I=bh3/12=0.1x0.13/12
则:
l<[16/(30.89H+3.36)]1/4
其中q不计振动荷载
当H=0.25+0.25=0.5时:
l<0.96m
当H=1.4时:
l<0.77m
经以上计算分折,方木间距控制50cm为宜,这样布置可以满足方木强度及刚度的要求。
如下图:
受力简图(图六)
钢托架以榀为单位,沿桥纵向每1.5m间距设一道钢托架。
钢托架采用[8的槽钢加工而成,强度要达设计要求。
㈣、15x20cm方木验算
取最高梁处腹板进行计算,间距按1m设计。
1、强度验算
组合荷载:
q=0.9x[(1.1x26x1.4x1+7.5x0.014x1+7.5x0.1x0.04x1x3+7.5x0.1x0.1x2)x1.2+(4+2.5)x1.4]=43.25+0.11+0.10+8.19+0.17=51.82KN/m
受力简图(图七)
M=ql2/8=51.82x1.02/8=6.48KN·m
W=bh2/6=0.2x0.152/6=7.5x10-4m3
δ=M/W=6.48x103/7.5x10-4=8.64Mpa<[δm]=13Mpa
2、挠度验算
挠度条件:
fmax<[f]
fmax=5ql4/384EI<[f]=1/400=0.75mm
其中:
E=2.1x105KN/m2
I=bh3/12=0.12x0.13/12
即:
fmax=5ql4/384EI=5x51.82x14x12/384x2.1x105x0.2x0.153
=0.57<0.75mm
㈤、贝雷支架纵梁在均布荷载下的计算
本计算按最不利因素考虑,取边跨进行验算。
受力简图(图八)
1、荷载组合
⑴、在AutoCAD中进行计算得出,每一跨混凝土自重为:
q1=42.18KN/m
q2=28.15KN/m
q3=43.57KN/m
如下图:
受力简图(图九)
⑵、模板自重
取7.5KN/m3,皆按1m板宽范围进行计算
7.5x1x0.014=0.11KN/m
⑶、方木衬板自重
按1m范围以5根进行计算
7.5x0.1x0.04x5=0.15KN/m
⑷、10x10cm方木自重
按1m范围以3根进行计算
7.5x0.1x0.1x3=0.23KN/m
⑸、15x20cm方木自重
按1m范围以2根进行计算
7.5x0.15x0.2x2=0.45KN/m
各构件均布荷载为:
0.11+0.15+0.23+0.45+0.5=1.5KN/m(其中:
钢托架按0.56KN/m计算)
则组合荷载为:
q1=0.9x[(42.18+1.5)x1.2+(4+1.5)x1.4]=47.17+6.93=54.10KN/m
q2=0.9x[(28.15+1.5)x1.2+(4+1.5)x1.4]=32.02+6.93=38.95KN/m
q3=0.9x[(43.57+1.5)x1.2+(4+1.5)x1.4]=48.68+6.93=55.61KN/m
2、验算强度
贝雷片力学性能为:
I=250500cm4
W=I/70=3578.5cm3
[M]=2730kg/cm2x3578.5cm3=9769305kg·cm=97.69t·m
[Q]=2730kg/cm2x10.24cm2=27955kg=28.0t
不均匀拆减系数:
1.20
受力简图(图十)
⑴、AB
①、纵梁最大弯距
Mmax=q2l2/8=38.95x12.452/8=754.67t·m
单片贝雷片承受弯矩:
M=754.67x1.2/14=64.68t·m<[M]=97.69t·m
满足要求。
②、纵梁最大剪力
A支点:
Qmax=54.10x1.66/2+12.45x38.95/2=44.90+242.46=287.36t
B支点:
Qmax=55.61x1.35/2+12.45x38.95/2=37.54+242.46=280.00t
单片贝雷片容许剪力:
A支点:
Q=287.36x1.2/14=24.63t<[Q]=28.00t
B支点:
Q=280.00x1.2/14=24.00t<[Q]=28.00t
满足要求。
3、挠度验算
q=梁自重+内模重
q1=42.18+0.11=42.29KN/m
q2=39.07+0.11=39.18KN/m
q3=43.57+0.11=43.68KN/m
如下图:
受力简图(图十一)
⑴、AB跨12.45m贝雷纵梁最大挠度
fmax=5q2l4/(384EI)
=(5x39.18x12.454x10/(384x2.1x106x250500x20)
=0.75cm
[f]=L/400=1245/400=3.11cm
fmax<[f]
满足规范要求。
㈥、单片贝雷片最不利荷载计算
根据桥的横断面图,在AB跨当中从两边向中间数第五片贝雷片处在最不利荷载位置。
如下图所示:
贝雷梁横断面图(图十二)
其中两片贝雷各承重:
q=[15.46x1.4x0.25+15.46x(0.9+0.5)x0.5x0.5+15.46x0.5x0.5]x2.6=(5.411+3.4785+3.865)x2.6=33.16t
模板自重:
0.75x15.46x1.25x10-1=1.45t
方木衬板自重:
7.5x0.1x0.04x15.46x6x10-1=0.28t
10x10cm方木自重:
7.5x0.1x0.1x15.46x4x10-1=0.46t
15x20cm方木自重:
7.5x0.2x0.15x15.46x3x10-1=1.04t
各构件均布荷载为:
1.45+0.28+0.46+1.04=3.23t
最大剪力:
Qmax=(33.16+3.23)/2=18.20t<[Q]=28t
满足要求。
最大弯矩:
依据结构受力分折,将均布荷载等效转化如下受力简图:
单片贝雷受力简图(图十三)
通过计算得到弯矩如下图:
单片贝雷弯矩图(图十四)
Mmax=85.71t·m<[M]=97.69t·m
满足要求。
㈦、2I25工字钢计算
当贝雷纵梁产生最大剪力时,对钢管桩2根I25工字钢横梁进行强度验算。
通过对贝雷支架剪力验算,钢管桩上的2I25工字钢完全也可以满足结构受力要求。
工字钢支在钢管桩上,跨度很小,产生的弯矩很小,故弯应力不进行验算。
㈧、单桩承载力计算
由于或支点管桩布置一样,A、B点中A承受的压力最大,所以只要以A点下的钢管桩来验算。
A支点:
Q=287.36x1.2/7=49.26t
经计算单桩承载力Q>49.26t。
㈨、钢管桩稳定性计算
1、内力计算
由于或支点管桩布置一样,A、B点中A承受的压力最大,所以只要以A点下的管桩来验算。
A支点单根钢管桩的竖向力:
N=288.21x1.2/7=49.41t
φ50x0.7cm钢管:
A=50x3.14x0.7=109.9x102mm2。
L=5.6m,I=0.35x50x10=175mm
λ=L/I=5.6x1000/175=32mm
查表得φ=0.5
δ=N/φAn=49.26x103/0.5x109.9x102=8.42KN/mm2
δ<[δ]=14KN/mm2
故满足要求。
2、横向稳定性验算
由于贝雷支架纵向没有受到较大动载作用,只有振捣混凝土时才产生较少的侧向力,所以贝雷支架纵向稳定性就不必要计算,只需对雷支架横向稳定性进行计算即可。
贝雷支架横向水平推力主要是受到风荷载的作用而产生的,所以要进行水平方向推力的验算。
依据《桥梁设计规范》JTJ021-89取值,及计算分折过程如下:
风荷载标准值:
ωk=βzμsμzωo
其中:
ωk-为风荷载标准值(KN/m2);
βz-为高度z处的风振系数,取1.0;
μs-为风荷载体型系数,取+0.8;
μz-为风压高度变化系数,取1.3;
ωo-为基本风压(Pa);
设计风速V=24.4m/s
则ωo=V2/1.6=24.42/1.6=372.1Pa
在AutoCAD中查得面积S=21.64m2。
风力P=ωkxS
=βzμsμzωoS
=1.0x0.8x1.3x1.0x372.1x21.64=8374N=8.37KN
由于风荷载带来的弯矩为:
M=PxL=8.37x7=58.59KN·m
桩身应力:
δ=M/W=58.59/1.38x10-3=42456Kpa=42.46Mpa
δ<[δ]=145Mpa
故贝雷支架的稳定性满足规范要求。
二、支架预压方案
1、预压范围
本次预压拟在两边跨选择一跨进行预压,预压主要观测支架的挠度变形、非弹性变形和临时钢管墩的基础沉降量。
2、预压方式
本次预压拟采用水压、箱梁的两翼板加高,内贴彩色塑料布两层,塑料布搭接采用万能胶粘贴,两翼板加高用钢管对拉联结,以防止侧向变形。
⑴、空箱范围:
顶板厚0.25m、底板厚0.25m,钢筋砼重量为(0.25+0.25)x2.6=1.3t/m2,换算成水压高度h水=1.3m(按设计100%预压。
⑵、端横梁处:
宽度0.812m、高度1.4m、长度9m,钢筋砼重量为0.812x1.4x12x2.6=35.47t,采用砂袋堆载:
砂袋堆宽为1.2m(倒角),则需要堆高为h砂=35.47/(12x1.2x1.6)=1.54m(砂的容重为1.6t/m3)。
⑶、中横隔梁处:
宽度0.675m、高度为1.4m、长度12m,钢筋砼重量为:
0.675x1.4x12x2.6=29.48t,采用砂袋堆载:
砂袋堆宽为1.0m(倒角),则需要堆高为h砂=29.48/(12x1.0x1.6)=1.54m(砂的容重为1.6t/m3)。
⑷、腹板处:
根据梁高度变化计算各变化点重量,用砂袋重量100%进行预压。
3、测量观测
需要观测的数据:
边跨贝雷支架的挠度、临时钢管桩支墩的地基沉降量、及模板系统非弹性变形。
观测点的布置
边跨贝雷支架的挠度及模板系统非弹性变形在箱梁底每隔5m设一个观测断面,每断面设三个点,每个点挂一个线锤。
临时支墩的地基沉降量,在临时支墩上布置钢筋头。
观测时间
当未上预压荷载前实施第一次观测,当荷载到1/3时进行第二次观测,当荷载到2/3时进行第三次观测,当荷载全部上去后进行第四次观测,而后每12小时观测一次,直至卸载。
最后整理数据对原预拱度进行调整实施,再进行下一道工序施工。
三、安全措施
1、支架下方由于要通车和行人,所以必须做好安全防护工作。
如挂防护网、立警示牌、特别是在钢管桩周边要有防撞设施;
2、要确保钢管桩基础承载力满足受力要求。
人行道和绿化带等地块要进行硬化处理,同时要做好排水等工作;
3、贝雷片吊装前,应使贝雷片连接牵固,吊点正确牢固;
4、控制好钢管桩的垂直度,严禁出现倾斜现象;钢管桩的焊接要牢固,特别要注意钢管桩对接处的焊缝,最少要满足三块钢板加围焊要求;
5、钢管桩之间要进行对拉斜撑,槽钢与钢管桩交接处两侧必须满焊。
两排钢管桩之间必须采用槽钢对拉斜撑加固;
6、在贝雷片和钢管桩上做沉降观测点,成立安全保证小组对支架搭设过程进行监控,并定期对沉降成果进行反馈,及时发现问题,做到第一时间解决问题;
7、贝雷片拆除之前,必须设立禁区;
8、拆除贝雷片时,应按规定的程序进行,避免机械与桥箱梁造成碰撞,施工人员与拆下的模板之间,应有一定的安全距离;
9、施工过程中用电必须经过专业电工指导,在带电导线附近进行电焊作业时,应采取必要措施,电焊钢筋时,应防电弧光击眼灼伤;
10、支架预压时,堆载要均匀布置,不能有太大的偏差;
11、支架预压采用水压,防止漏水至关重要,为保险起见在上荷载之前多做试验,确保万无一失;
12、灌水后严禁闲杂人员上架,以免发生溺水。
同进要派专人值班,严禁无关人员在支架上逗留;
13、泄水时要安装泄水孔,泄水孔采用阀门;
14、成立观测小组,若发现诸如临时墩水平位移等,应及时反馈,以便采取措施。
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