新大元渡槽支架计算书.docx
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新大元渡槽支架计算书
雅安市铜头引水工程干渠施工Ⅲ标段
新大元渡槽钢管柱贝雷梁组合支架
计算书
审批:
____________
校核:
____________
编制:
____________
中国水利水电第十工程局有限公司
雅安市铜头引水工程干渠施工Ⅲ标项目经理部
目录
1设计条件1
1.1工程概况1
1.2主要计算依据2
1.3主要结构设计2
1.4荷载及计算参数4
1.4.1现浇支架的设计荷载及组合4
1.4.2贝雷梁参数6
1.4.3型钢参数7
2贝雷梁支架结构受力计算8
2.1承台基础钢管柱贝雷梁组合支架8
2.1.1荷载计算8
2.1.2Φ219×9钢管受力计算8
2.1.3贝雷梁受力验算10
2.1.4钢管顶部45a工字钢受力验算11
2.1.5贝雷梁顶部16工字钢受力验算11
2.2桩基钢管柱贝雷梁组合支架12
2.2.1荷载计算13
2.2.2Φ219×9钢管受力计算13
2.2.3贝雷梁受力验算15
2.2.4钢管顶部45a工字钢受力验算15
2.2.5贝雷梁顶部16工字钢受力验算16
2.2.6孔桩钢管底部45a工字钢(悬臂)受力验算17
2.2.7孔桩压管受力验算18
2.3预拱度计算19
3结论与建议20
1设计条件
1.1工程概况
雅安市铜头引水工程干渠施工Ⅲ标段新大元渡槽为跨径15米的排架式U型渡槽,尺寸特性见表1-1,渡槽槽身横断面见图1-1。
表1-1渡槽槽身特性成果表
项目名称
尺寸/数量
备注
净槽宽(m)
2.3
净槽深(m)
1.62
U形半径(m)
1.15
直墙高(m)
0.67
拉杆高×宽(m)
0.2×0.2
槽壳衬厚(m)
0.15
混凝土量(m3)
20.8
图1-1新大元渡槽15m跨槽身横截面示意图
1.2主要计算依据
1)《雅安市铜头引水工程干渠施工Ⅲ标段新大元渡槽设计图》;
2)《路桥施工计算手册》第二版;
3)《公路施工手册·桥涵》;
4)《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
5)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2011);
6)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-2006)。
1.3主要结构设计
新大元渡槽采用钢管柱贝雷梁组合支架施工(桩基槽身支架如图1-2,承台基础槽身支架如图1-3)。
钢管柱采用Φ219*9钢管,竖向采用法兰盘连接,水平方向与墩柱连接且设置横撑;在钢管柱顶端安装50T机械千斤顶(或砂桶),在50T机械千斤顶(或砂桶)上安装2I45a,长度为5.5m,在安装2I45a时必须设置限位卡,防止2I45a侧移和倾覆,在2I45a的支点部位增加加劲肋,以防止局部应力过大;在2I45a上安装6组贝雷梁;最后在贝雷梁上横向布设I16分配梁,长6m,间距为50cm,I16用U型卡在贝雷片上固定。
(桩基槽身支架如图1-2、1-3,承台基础槽身支架如图1-4、1-5)。
图1-2桩基槽身支架立面图
图1-3桩基槽身支架剖面图
图1-4承台基础槽身支架立面图
图1-5承台基础槽身支架剖面图
本支架体系在施工过程中必须对称加载,确保结构稳定;在混凝土浇筑前必须按照桥梁施工相关规范对支架体系进行预压。
1.4荷载及计算参数
1.4.1现浇支架的设计荷载及组合
根据《路桥施工计算手册》及《桥梁支架安全施工手册》,支架上的荷载主要包含永久荷载和可变荷载,永久荷载包括钢筋混凝土重量、模板重量及支架自重,可变荷载包含施工荷载和风荷载。
荷载取值如下:
①钢筋混凝土渡槽重量:
580KN(计算时取值按照15m跨段渡槽取值);
②模板重量:
250KN;
③支架体系自重:
161KN;
④施工人员及设备荷载产生的标准值:
0.5KN/㎡;
⑤振捣混凝土时产生的荷载标准值:
2.0KN/㎡;
⑥风荷载:
风荷载标准值按照
计算,取风压高度变化系数
,基本风压
为0.35KN/㎡,模板风荷载体型系数
为1.0。
计算结构的强度、稳定性时,永久荷载分项系数取1.2,可变荷载分项系数取1.4。
荷载计算详见表1-2。
表1-2荷载计算表
序号
名称
荷载
备注
t
KN
一
永久荷载
99.235
992.35
1
槽身内外模及两端底模
25.000
250.00
2
栏杆Φ32钢管
0.080
0.80
3
栏杆Φ32钢管
0.027
0.27
4
栏杆Φ38钢管
0.006
0.06
5
宽200*厚40*长4000跳板
0.792
7.92
6
槽身模板支撑16热轧工字钢
3.444
34.44
7
3×1.5贝雷片
6.480
64.80
8
2×1.5贝雷片
1.440
14.40
9
3m加强玄杆
10
2m加强玄杆
11
45a工字钢
1.768
17.68
12
50t千斤顶
0.200
2.00
13
直径219mm壁厚9mm支撑钢管
1.999
19.99
14
150支撑钢管抱箍(Φ18螺杆螺帽)
15
槽身钢筋
6.00
60.00
16
槽身砼
52.00
520.00
二
可变荷载
22.74
227.45
沿跨度方向每m
1
施工材料机具运输、堆放荷载取均布荷载取0.5KN/m2
2.53
25.27
2
倾倒混时产生的冲击荷载取2KN/m2
10.11
101.09
3
振捣砼产生的荷载取2KN/m2
10.11
101.09
三
荷载安全系数:
永久荷载
1.2
可变荷载
1.4
合计
150.92
1509.25
总安全系数1.2
181.11
1811.10
其中支撑结构特征及荷载参数见表1-3:
表1-3支撑结构特征及荷载参数表
贝雷梁计算跨度45a工字钢中心距(m):
13.50
排架间净距(m):
14.4
单支撑钢管顶部I45a荷载(KN):
452.8
贝雷梁上部I16工字钢总荷载(KN):
1692.23
模板宽度(m):
3.51
单根单支撑钢管受压荷载(KN):
452.77
贝雷梁分布荷载(KN/m):
132.70
1.4.2贝雷梁参数
本支架采用国产321型贝雷梁,材料为16锰钢,材料的容许应力按基本应力提高30%,设计时采用的容许应力如下:
16锰钢拉应力、压应力为1.3×210=273(MPa)
16锰钢剪应力为1.3×160=208(MPa)
321型贝雷梁几何特性如表1.4.1所示,桁架容许内力值如表1.4.2所示。
表1.4.1国产321贝雷梁几何特性
几何特性结构构造
Wx(cm3)
Ix(cm4)
EI(kN.m2)
单排单层
不加强
3578.5
250497.2
526044.12
加强
7699.1
577434.4
1212612.24
双排单层
不加强
7157.1
500994.4
1052088.24
加强
15398.3
1154868.8
2425224.48
三排单层
不加强
10735.6
751491.6
1578132.36
加强
23097.4
1732303.2
3637836.72
双排双层
不加强
14817.9
2148588.8
4512036.48
加强
30641.7
4596255.2
9652135.92
三排双层
不加强
22226.8
3222883.2
6768054.72
加强
45962.6
6894390
14478219
表1.4.2桁架容许内力表
桥型容许内力
不加强桥梁
单排单层
双排单层
三排单层
弯矩(kN.m)
788.2
1576.4
2246.4
剪力(kN)
245.2
490.5
698.9
桥型容许内力
加强桥梁
单排单层
双排单层
三排单层
弯矩(kN.m)
1687.5
3375
4809.4
剪力(kN)
245.2
490.5
698.9
1.4.3型钢参数
本支架型钢所用的钢材为A3,其容许应力如表1.4.3所示。
表1.4.3A3钢材的容许应力及相关参数
材种
属性
符号
规范规定
A3钢材
轴向容许应力
[σ]
140MPa
容许弯曲应力
[σw]
145MPa
容许剪应力
[τ]
85MPa
弹性模量
E
2.1×105MPa
剪切模量
G
0.81×105MPa
泊松比
μ
0.3
密度
ρ
ρ=7800kg/m3
2贝雷梁支架结构受力计算
2.1承台基础钢管柱贝雷梁组合支架
承台基础槽身支架受力计算模型如图2.1所示:
图2.1承台基础槽身支架计算模型
2.1.1荷载计算
按规范规定,验算支架强度、稳定性时采用(①+②+③)*1.2+(④+⑤+⑥)*1.4荷载组合。
详见1.4.1现浇支架的设计荷载及组合中表1-2荷载计算表。
①钢筋混凝土渡槽重量:
580KN(计算时取值按照15m跨段渡槽取值);
②模板重量:
250KN;
③支架自重:
161KN;
④施工人员及设备荷载产生的标准值:
0.5KN/㎡;
⑤振捣混凝土时产生的荷载标准值:
2.0KN/㎡;
⑥风荷载:
不考虑。
荷载组合再考虑总安全系数1.2,计算出荷载值为1811.1KN。
2.1.2Φ219×9钢管受力计算
钢管柱采用Φ219*9钢管,竖向采用法兰盘连接,在浇筑过程中,单根钢管竖向轴力最大为452.77KN。
槽身模板支撑结构钢管受力验算如表2.1.2所示。
表2.1.2支撑钢管受力验算表
计算参数
备注
钢管外径d(mm)
219
轴心压力N(KN)
452.77
管壁厚度t(mm)
9.0
最大弯矩Mx(KN·m)
0.00
钢材抗压强度设计值fMpa
190
计算长度L0x(mm)
10
钢材屈服强度值fy(N/mm2)
205
计算长度L0y(mm)
10
钢材弹性模量E(N/mm2)
206000
等效弯矩系数βm
1.0
钢管内径d1=d-2t(mm)
201
截面面积A=π*(d2-d12)/4(mm2)
5934.6
截面惯性矩I=π*(d4-d14)/64(mm4)
32774570.3
截面抵抗矩W=2I/d(mm3)
81151.6
截面回转半径i=(I/A)1/2(mm)
74.31
构件长细比λx=L0x/i
134.6
塑性发展系数γ
1.15
构件长细比λy=L0y/i
134.6
径厚比d/t
24.33
径厚比容许值100*(235/fy)
114.6
验算
二、径厚比验算
验算d/t≤100*(235/fy)
满足
三、刚度验算
构件容许长细比[λ]
150
刚度验算Max[λx,λy]<[λ]
满足
四、强度验算
N/A+M/γW(N/mm2)
76.29
验算N/A+M/γW≤f
满足
五、稳定性验算
⒈弯矩平面内
λx'=(fy/E)1/2*λx/π
1.352
构件所属的截面类型
a类
系数α1
0.410
系数α2
0.986
系数α3
0.152
欧拉临界力NEx=π2EA/λx2(KN)
665677.0
当λx'>0.215时,稳定系数ψx={(α2+α3λx'+λx'2)-[(α2+α3λx'+λx'2)2-4λx'2]1/2}/2λx'2
0.4585
当λx'≤0.215时,稳定系数ψx=1-α1λx'2
0.251
局部稳定系数φ=1(d/t≤60时);φ=1.64-0.23*(d/t)1/4(d/t>60时)
1.0000
N/ψxA+βmMx/γW(1-0.8N/NEx)(N/mm2)
166.41
验算N/ψxA+βmMx/γW(1-0.8N/NEx)≤φf
满足
⒉弯矩平面外
不需验算
λy'=(fy/E)1/2*λy/π
当λy'〉0.215时,稳定系数ψy={(α2+α3λy'+λy'2)-[(α2+α3λy'+λy'2)2-4λy'2]1/2}/2λy'2
当λy'≤0.215时,稳定系数ψy=1-α1λy'2
N/ψyA+0.7Mx/W(N/mm2)
验算N/ψyA+0.7Mx/W≤φf
2.1.3贝雷梁受力验算
计算模型按三排单层加强玄杆,所有荷载全部由中间4组贝雷梁承担。
承台基础槽身支架贝雷梁受力验算详见表2.1.3所示。
表2.1.3贝雷梁受力验算表
一、计算参数
备注
高度H(mm)
1500
截面惯性矩I(cm4)
500994.4
计算跨度L(m)
13.5
截面抵抗矩W(cm3)
7157.1
容许弯矩[Mmax](KN.m)
4809.4
EI(KN.m2)
1052088.24
容许剪切力[Tmax](KN)
944.1
荷载作力q(KN/m)
44.23
容许挠度[ƒmax]=[L/480](mm)
28.1
安全系数
1.00
二、弯矩验算
最大弯矩Mmax=qL²×1/8(KN.m)
1007.67
Mmax<[Mmax]
满足
三、剪力验算
最大剪力Tmax=qL/2(KN)
298.57
Tmax<[Tmax]
满足
三、挠度验算
最大挠度ƒmax=5qL4/(384EI)(mm)
18.183
满足
2.1.4钢管顶部45a工字钢受力验算
计算模型按简支梁均布荷载验算跨中,承台基础槽身模板支撑结构钢管顶部45a工字钢受力验算见表2.1.4所示。
表2.1.4钢管顶部45a工字钢受力验算表
一、计算参数
备注
高度H(mm)
450
截面面积A=BH-(B-b)h(m2)
0.0102
宽度B(mm)
150.0
截面惯性矩I=(BH3-(B-b)h3)/12(mm4)
320089563
腹板厚度b(mm)
11.5
截面抵抗矩W==((BH3-(B-b)h3))/(6H)(m3)
0.0014
翼缘厚度t(mm)
18.0
钢材弹性模量E(N/mm2)
206000
翼缘净距h(mm)
414.0
荷载作力q(KN/m)
226.39
容许弯曲应力[σmax](Mpa)
215
计算梁长L(m)
2.4
容许剪切应力[τmax](Mpa)
125
受力工字钢根数
1
容许挠度[ƒmax]=[L/480](mm)
5.000
a
0.75
二、正应力验算
最大弯矩Mmax=Fa(KN.m)
169.79
最大弯曲应力σmax=Mmax/W(Mpa)
119.35
σmax<[σmax]
满足
三、剪力验算
最大剪力Tmax=F(KN)
226.39
最大剪应力τmax=Tmax/A(Mpa)
22.28
τmax<[τmax]
满足
三、挠度验算
最大挠度ƒmax=Fa(3L2-4a2)/(24EI)(mm)
0.002
满足
2.1.5贝雷梁顶部16工字钢受力验算
计算模型按简支梁均布荷载验算跨中,承台基础槽身模板支撑结构贝雷梁顶部16工字钢受力验算见表2.1.5所示。
表2.1.5贝雷梁顶部16工字钢受力验算表
一、计算参数
备注
高度H(mm)
160
截面面积A=BH-(B-b)h(m2)
0.0025836
宽度B(mm)
88.0
截面惯性矩I=(BH3-(B-b)h3)/12(mm4)
11206191.8
腹板厚度b(mm)
6.0
截面抵抗矩W==((BH3-(B-b)h3))/(6H)(m3)
0.00014
翼缘厚度t(mm)
9.9
钢材弹性模量E(N/mm2)
206000
翼缘净距h(mm)
140.2
荷载作力q(KN/m)
75.55
容许弯曲应力[σmax](Mpa)
215
计算梁长L(m)
1.1
容许剪切应力[τmax](Mpa)
125
受力工字钢根数
28
容许挠度[ƒmax]=[L/480](mm)
2.292
b
0.8
二、正应力验算
最大弯矩Mmax=qbL×(2-b/L)/8(KN.m)
10.58
最大弯曲应力σmax=Mmax/W(Mpa)
75.50
σmax<[σmax]
满足
三、剪力验算
最大剪力Tmax=qb/2(KN)
30.22
最大剪应力τmax=Tmax/A(Mpa)
11.70
τmax<[τmax]
满足
三、挠度验算
最大挠度ƒmax=qbL3(8-4b2/L2+b3/L3)/(384EI)
0.569
满足
(mm)
2.2桩基钢管柱贝雷梁组合支架
桩基钢管柱贝雷梁组合支架荷载计算同承台基础贝雷梁组合支架,受力验算因下部支撑平台不同,较承台基础多2项受力验算(孔桩底部45a工字钢悬臂受力验算和孔桩压管φ150受力验算)。
桩基槽身支架受力计算模型如图2.2所示:
图2.2桩基槽身支架计算模型
2.2.1荷载计算
按规范规定,验算支架强度、稳定性时采用(①+②+③)*1.2+(④+⑤+⑥)*1.4荷载组合。
详见1.4.1现浇支架的设计荷载及组合中表1-2荷载计算表。
①钢筋混凝土渡槽重量:
580KN(计算时取值按照15m跨段渡槽取值);
②模板重量:
250KN;
③支架自重:
161KN;
④施工人员及设备荷载产生的标准值:
0.5KN/㎡;
⑤振捣混凝土时产生的荷载标准值:
2.0KN/㎡;
⑥风荷载:
不考虑。
荷载组合再考虑总安全系数1.2,计算出荷载值为1811.10KN。
2.2.2Φ219×9钢管受力计算
钢管柱采用Φ219*9钢管,竖向采用法兰盘连接,在浇筑过程中,单根钢管竖向轴力最大为452.77KN。
桩基槽身模板支撑结构钢管受力验算如表2.2.2所示。
表2.2.2支撑钢管受力验算表
计算参数
备注
钢管外径d(mm)
219
轴心压力N(KN)
452.77
管壁厚度t(mm)
9.0
最大弯矩Mx(KN·m)
0.00
钢材抗压强度设计值fMpa
190
计算长度L0x(mm)
10
钢材屈服强度值fy(N/mm2)
205
计算长度L0y(mm)
10
钢材弹性模量E(N/mm2)
206000
等效弯矩系数βm
1.0
钢管内径d1=d-2t(mm)
201
截面面积A=π*(d2-d12)/4(mm2)
5934.6
截面惯性矩I=π*(d4-d14)/64(mm4)
32774570.3
截面抵抗矩W=2I/d(mm3)
81151.6
截面回转半径i=(I/A)1/2(mm)
74.31
构件长细比λx=L0x/i
134.6
塑性发展系数γ
1.15
构件长细比λy=L0y/i
134.6
径厚比d/t
24.33
径厚比容许值100*(235/fy)
114.6
验算
二、径厚比验算
验算d/t≤100*(235/fy)
满足
三、刚度验算
构件容许长细比[λ]
150
刚度验算Max[λx,λy]<[λ]
满足
四、强度验算
N/A+M/γW(N/mm2)
76.29
验算N/A+M/γW≤f
满足
五、稳定性验算
⒈弯矩平面内
λx'=(fy/E)1/2*λx/π
1.352
构件所属的截面类型
a类
系数α1
0.410
系数α2
0.986
系数α3
0.152
欧拉临界力NEx=π2EA/λx2(KN)
665677.0
当λx'>0.215时,稳定系数ψx={(α2+α3λx'+λx'2)-[(α2+α3λx'+λx'2)2-4λx'2]1/2}/2λx'2
0.4585
当λx'≤0.215时,稳定系数ψx=1-α1λx'2
0.251
局部稳定系数φ=1(d/t≤60时);φ=1.64-0.23*(d/t)1/4(d/t>60时)
1.0000
N/ψxA+βmMx/γW(1-0.8N/NEx)(N/mm2)
166.41
验算N/ψxA+βmMx/γW(1-0.8N/NEx)≤φf
满足
⒉弯矩平面外
不需验算
λy'=(fy/E)1/2*λy/π
当λy'〉0.215时,稳定系数ψy={(α2+α3λy'+λy'2)-[(α2+α3λy'+λy'2)2-4λy'2]1/2}/2λy'2
当λy'≤0.215时,稳定系数ψy=1-α1λy'2
N/ψyA+0.7Mx/W(N/mm2)
验算N/ψyA+0.7Mx/W≤φf
2.2.3贝雷梁受力验算
计算模型按三排单层加强玄杆,所有荷载全部由中间4组贝雷梁承担。
桩基槽身支架贝雷梁受力验算详见表2.2.3所示。
表2.2.3贝雷梁受力验算表
一、计算参数
备注
高度H(mm)
1500
截面惯性矩I(cm
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