主桥边跨现浇箱梁盘扣支架计算书.docx
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主桥边跨现浇箱梁盘扣支架计算书
济青高速改扩建工程第六标段
小清河边跨现浇箱梁盘扣支架设计计算书
一、设计依据
(1)设计图纸及相关详勘报告
(2)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2015)
(3)《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2016)
(4)《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》(JGJ231-2010)
(5)《钢结构设计规范》(50017-2014)
(6)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
(7)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
(8)《木结构设计规范》(GB50005-2003)
(9)《建筑施工临时支撑结构技术规范》(JGJ300-2013)
(10)《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)
(11)《路桥施工计算手册》(周水兴、何兆益、邹毅松等著,2001)
二、荷载分析
支架承受的荷载主要有:
箱梁自重、模板及附件重、施工活载、支架自重以及混凝土浇注时的冲击荷载和振动荷载。
三、模板、支架受力验算
1、荷载计算
1.1、荷载工况
(1)钢筋混凝土自重:
26kN/m³
(2)模板自重:
2kN/㎡
(3)施工人员及设备:
1kN/㎡
(4)倾倒混凝土荷载:
1kN/㎡
(5)振捣荷载:
1kN/㎡
1.2、荷载组合
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
2、盘扣支架布设方案
2.1、盘扣支架布设方案
(1)横桥向支架布置:
横桥向支架:
翼缘板下立杆间距为1.5m,边腹板下立杆间距为0.9m、0.6m,空箱下立杆间距为0.9m,中腹板下立杆间距0.6m。
(2)顺桥向支架布置:
顺桥向立杆间距均为0.9m。
边跨支架横断面布置图
边跨支架纵断面布置图
侧模加固示意图
地基处理示意图
2.2盘扣支架上纵横梁布设方案
(1)竹胶板采用15mm厚优质竹胶板。
(2)梁下次龙骨为140铝梁,横桥向布置,底板下中心间距为250mm。
翼缘板下中心间距为500mm。
(3)梁下纵向主分配梁选用185铝梁,翼缘板下为140铝梁,布置间距与支架横桥布置间距相同。
(4)侧模竖肋采用100mm×100mm方木,顺桥向间距为300mm;水平背肋采用100mm×100mm方木,上下间距为1m。
3、空箱位置竹胶板和纵、横梁验算
跨中标准截面图
腹板加厚段横断面图
腹板最宽处为1.1m、梁高3.5m;空箱位置混凝土厚度为1.8m(0.8m+1m),翼缘板最厚0.9m。
3.1、空箱处竹胶板计算(混凝土厚取1.8m)
底模采用满铺15mm厚优质竹胶板,计算宽度取1m;应力及弹性模量取自《路桥施工计算手册》第三章表8-6。
ƒm—抗弯强度设计值(N/mm2),ƒm=14.5N/mm2
截面抗弯模量W=1/6×bh2=1/6×1000×152=37500mm³
截面惯性矩I=1/12×bh3=1/12×1000×153=281250mm4
弹性模量E=11000N/mm2
15mm厚竹胶板的最大荷载:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×1.8m=46.8KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
取1m宽的板为计算单元。
则q1=(a+b)×1=48.8kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×1=70.08kN/m
考虑模板的连续性,按三跨连续梁计算,跨内最大弯矩为:
Mmax=0.08×q2l2=0.08×70.08×2502=350400N·mm
则:
最大弯应力σmax=Mmax/W
=350400/37500=9.3N/mm2<ƒm=14.5N/mm2
强度满足要求。
跨度中点最大挠度:
=0.677×48.8×250^4/(100×11000×281250)
=0.42mm<[ω]=L/400=250/400=0.625mm
挠度满足要求。
结论:
15mm厚竹胶板验算满足要求。
3.2、空箱下横向140铝梁验算
取空箱下混凝土厚1.8m,次龙骨跨度取1.5m,间距取0.25m,按三跨连续梁计算。
140铝梁截面抗弯模量W和截面惯性矩I取值如下:
单根截面抵抗矩W=64000mm³;单根惯性矩I=4060000mm4;
弹性模量E=70300N/mm²,抗弯强度fm=255N/mm²;
受力简图
荷载为:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×1.8m=46.8KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
则q1=(a+b)×0.25=12.2kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×0.25=17.52kN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=0.08×q2l2=0.08×17.52×9002=1135296N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=1135296/64000
=17.7N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=17.52×0.9×1000/(2×1165)=6MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=0.677q114/100EI
=0.677×12.2×9004/(100×70300×4060000)
=0.19mm<[ω]=900/400=2.25mm
挠度满足要求。
结论:
横向140铝梁受力满足要求。
3.3、空箱下纵梁(185铝梁)计算:
185铝梁计算(空箱混凝土),按照简支梁分析。
取空箱下混凝土厚1.8m,按照最厚位置荷载均布,主龙骨跨度0.9m,间距取0.9m。
185铝梁截面抗弯模量W和截面惯性矩I取值如下:
单根截面抵抗矩W=136000mm³;单根惯性矩I=12620000mm4;
弹性模量E=70300N/mm²,抗弯强度fm=255N/mm²
受力简图
荷载为:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×1.8m=46.8KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
则q1=(a+b)×0.9=43.92kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×0.9=63.072kN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=q2l2/8=1/8×63.072×9002=6386040N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=6386040/136000
=47N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=63.072×0.9×1000/(2×2216)=13MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=5q114/384EI
=5×43.92×9004/(384×70300×12620000)
=0.42mm<[ω]=900/400=2.25mm
挠度满足要求。
结论:
空箱下185铝梁受力满足要求。
4、腹板位置竹胶板和纵、横梁验算
4.1、腹板处竹胶板计算(混凝土厚3.5m)
竹胶板下设置140铝梁,间距250mm,腹板下竹胶板跨度为250mm,腹板最厚处为1.1m,渐变为0.6m。
15mm厚竹胶板的最大荷载:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×3.5m=91KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
取1m宽的板为计算单元。
则q1=(a+b)×1=93kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×1=129.75kN/m
15mm厚竹胶板按三跨连续梁计算,支撑跨度距取l=200mm。
Mmax=0.08×q2l2=0.08×129.75×2002=415200N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=415200/37500
=11.072N/mm2<ƒm=14.5N/mm2
强度满足要求。
跨度中点最大挠度ωmax=0.677q1l4/100EI
=0.677×93×2004/(100×11000×281250)
=0.33mm<[ω]=L/400=200/400=0.5mm
挠度满足要求。
结论:
腹板处15mm厚竹胶板验算满足要求。
4.2、腹板下横向分配梁(140铝梁)计算:
取腹板下混凝土厚3.5m,横向分配梁跨度取0.6m,间距取0.25m,按简支梁计算,
140铝梁截面抗弯模量W和截面惯性矩I取值如下:
单根截面抵抗矩W=64000mm³;单根惯性矩I=4060000mm4;
弹性模量E=70300N/mm²,抗弯强度fm=255N/mm²;
荷载为:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×3.5m=91KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
则q1=(a+b)×0.25=23.25kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×0.25=32.44kN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=0.08×q2l2=0.08×32.44×6002=934272N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=934272/64000
=14.6N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=32.44×0.6×1000/(2×1156)=8.4MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=0.677q114/100EI
=0.677×23.25×6004/(100×70300×4060000)
=0.07mm<[ω]=600/400=1.5mm
挠度满足要求。
结论:
腹板横向140铝梁受力满足要求。
4.3185铝梁计算(腹板混凝土)
腹板位置纵梁跨度0.9m,间距0.6m,中腹板加厚段宽度为1.1m,边腹板加厚段宽度为0.85m,两处腹板下立杆间距布置相同,此处对中腹板立杆进行受力分析,均布荷载:
4929040mm²×26KN/m³/2100mm=61KN/㎡
185铝梁截面抗弯模量W和截面惯性矩I取值如下:
单根截面抵抗矩W=136000mm³;单根惯性矩I=12620000mm4;
弹性模量E=70300N/mm²,抗弯强度fm=255N/mm²
荷载为:
a、钢筋及砼自重:
61KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
q1=(a+b)×0.6=(61+2)×0.6=37.8kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×1.5=53.55kN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=q2l2/8=1/8×53.55×9002=5421937.5N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=5421937.5/136000
=40N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=53.55×0.9×1000/(2×2216)=10.9MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=5q114/384EI
=5×37.8×9004/(384×70300×12620000)
=0.36mm<[ω]=900/400=2.25mm
挠度满足要求。
结论:
腹板下185铝梁受力满足要求。
5、横梁位置竹胶板和纵横梁计算
(1)横梁位置竹胶板和横向140铝梁计算同腹板位置。
(2)纵向185铝梁按照简支梁计算:
横梁最不利位置,计算跨度为0.9m,间距取0.6m,混凝土厚度取3.5m,按单跨简支梁计算;
荷载为:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×3.5=91KN/㎡
b、模板自重:
1KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
q1=(a+b)×0.9=83.8kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×0.9=115.56kN/m
则跨内最大弯矩为:
Mmax=q2l2/8=1/8×115.56×9002=11700450N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=11700450/136000
=86N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=115.56×0.9×1000/(2×2216)=23.5MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=5q114/384EI
=5×83.8×9004/(384×70300×12620000)
=0.79mm<[ω]=900/400=2.25mm
挠度满足要求。
结论:
横梁下185铝梁受力满足要求。
6、翼缘板下纵、横梁验算
6.1、翼缘板下横向140铝梁计算:
翼缘板处混凝土最厚为0.9m,混凝土计算厚度取0.9m,140铝梁跨度取0.9m,间距取0.5m,按简支梁计算。
140铝梁截面抗弯模量W和截面惯性矩I取值如下:
单根截面抵抗矩W=64000mm³;单根惯性矩I=4060000mm4;
弹性模量E=70300N/mm²,抗弯强度fm=255N/mm²;
荷载为:
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×0.9m=23.4KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
则q1=(a+b)×0.5=12.7kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×0.5=19.245kN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=0.08×q2l2=0.08×19.245×15002=3464100N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=3464100/64000
=54N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=19.245×1.5×1000/(2×1156)=12.5MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=0.677q114/100EI
=0.677×12.7×15004/(100×70300×4060000)
=1.5mm<[ω]=900/400=2.25mm
挠度满足要求。
结论:
横向140铝梁满足要求。
6.2、翼缘板下纵梁(185铝梁)计算:
翼缘板处混凝土最厚为0.9m,混凝土计算厚度取0.9m,主龙骨跨度取0.9m,间距取翼缘板下平均值(0.9+1.5)/2=1.2m,按简支梁计算。
185铝梁截面抗弯模量W和截面惯性矩I取值如下:
单根截面抵抗矩W=136000mm³;单根惯性矩I=12620000mm4;
弹性模量E=70300N/mm²,抗弯强度fm=255N/mm²
a、钢筋及砼自重:
26KN/m3×0.9m=23.4KN/㎡
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
荷载组合:
恒荷载分项系数取1.35,活荷载分项系数取1.4。
则q1=(a+b)×1.2=30.48kN/m
q2=[1.35×(a+b)+1.4×(c+d+e)]×1.2=46.188kN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=q2l2/8=1/8×46.188×12002=8313840N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=8313840/136000
=61N/mm2<ƒm=255N/mm2
强度满足要求。
最大剪应力
=46.188×1.2×1000/(2×2216)=12.5MPa<[τ]=155MPa
跨度中点最大挠度ωmax=5q114/384EI
=5×30.48×12004/(384×70300×12620000)
=0.93mm<[ω]=1200/400=3mm
挠度满足要求。
结论:
翼缘板下185铝梁受力满足要求。
7、侧模验算
7.1混凝土侧压力计算
新浇混凝土对侧模板的最大压力按照下式计算,并取其中的较小值:
式中F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(KN/m2)
γc------混凝土的重力密度(kN/m3),此处取26kN/m3
t0------新浇混凝土的初凝时间(h),可按实测确定。
采用t0=200/(T+15)计算;假设混凝土入模温度为250C,即T=250C,t0=5
V------混凝土的浇灌速度(m/h);取1m/h
H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m);取3.5m
β1------外加剂影响修正系数,此处取1.0;
β2------混凝土塌落度影响系数,取1.15。
则:
=0.22×26×5×1.0×1.15×10.5=32.89KN/m2
又根据
=26×3.5=91KN/m2
取其中较小值,新浇混凝土侧压力最大值为32.89KN/m2
有效压头高度为:
h=F/
=32.89/26=1.3m
振捣混凝土产生的水平荷载标准值为4.0kN/m2,倾倒混凝土产生水平荷载为2KN/m2。
则水平荷载总值为q=1.2×32.89+1.4×6=47.868KN/m2。
7.2模板验算
模板浇筑高度为3.5m,面板采用15mm竹胶板,竖向背肋采用10×10方木,间距30cm,水平纵向背肋采用10×10cm方木,间距取1m。
1)面板验算
面板宽度取30cm,长度取100cm,按三跨连续梁进行计算,
ƒm—抗弯强度设计值(N/mm2),ƒm=14.5N/mm2
截面抗弯模量W=1/6×bh2=1/6×1000×152=37500mm³
截面惯性矩I=1/12×bh3=1/12×1000×153=281250mm4
弹性模量E=11000N/mm2
15mm厚竹胶板的最大荷载:
=0.08×47.868×3002=344650mm
则:
最大弯应力σmax=Mmax/W
=344650/37500=9.2N/mm2<ƒm=14.5N/mm2,强度满足要求。
跨度中点最大挠度:
=0.677×38.89×300^4/(100×11000×281250)
=0.69mm<[ω]=L/400=300/400=0.75mm
挠度满足要求。
结论:
15mm厚竹胶板验算满足要求。
2)竖肋验算
竖肋间距30cm,选用10×10方木,水平肋间距为1m,则跨径取1m,计算宽度取0.3m。
按照简支梁进行计算,作用的均布荷载为47.868×0.3=14.36KN/m
则跨内最大弯矩为Mmax=q2l2/8=14.36×10002/8=1795050N·mm
最大弯应力σmax=Mmax/W
=1795050/166666
=10.77N/mm2<ƒm=14.5N/mm2
强度满足要求。
跨度中点最大挠度ωmax=5q114/384EI
=5×(38.89×0.3)×10004/(384×11000×8333333)
=1.66mm<[ω]=1000/400=2.5mm
挠度满足要求。
结论:
竖向肋板采用10×10cm方木受力满足要求。
3)水平肋验算
水平肋采用10×10cm方木,侧模后的钢管支撑间距为90cm,因此跨径取90cm,集中荷载作用大小取14.36×1.0/2=7.18KN
采用三跨连续梁计算,利用软件计算得:
最大弯矩2KN·m,最大剪力13KN,最大挠度为1.2mm。
最大弯应力σmax=Mmax/W=2×106/166666=12N/mm2<ƒm=14.5N/mm2
弯拉应力满足要求。
跨度中点最大挠度ωmax=1.2mm<[ω]=900/400=2.25mm
挠度满足要求。
最大剪应力
=13×0.9/2/(1000×0.1×0.1)=0.585MPa<[τ]=1.3MPa
剪应力满足要求。
混凝土水平侧压力最大为47.868KN/㎡,支撑点竖向间距为1m,水平间距为0.9m,单个支撑点所受的水平力大小为F=47.868×1×0.9=43.081KN。
侧模支顶时要保一根顶杆至少两个扣件。
8、立杆承载力计算
8.1荷载分析
实腹板位置a=4929040mm²×26KN/m³/2100mm=61KN/㎡
横梁位置a=3.5×26=91KN/m2
墩顶处箱室位置a=1.8×26=46.8KN/m2
翼板位置:
a=0.9×26=23.4KN/m2
b、模板自重:
2KN/㎡
c、施工人员及设备荷载:
1KN/㎡
d、倾倒混凝土荷载:
1KN/㎡
e、振捣荷载:
1KN/㎡
f、其他可能荷载(风载、雪载、养护荷载):
1KN/㎡
支架立杆自重:
1.2KN
根据公式N=1.2(NG+N)+0.9×1.4NQ,考虑风荷载时不同部位的模板支架单根立杆荷载设计值见下表:
立杆所受的荷载值
部位
实腹板
墩顶横梁
空箱室
翼缘板
上部恒载值NG(KN/m2)
63
93
49.8
25.4
单根立杆重N0(KN)
1.2
1.2
1.2
1.2
活载值NQ(KN/m2)
4
4
4
4
组合值(KN/m2)
1.2(NG+N)+0.9×1.4NQ
81.84
117.84
66
36.72
计算面积(m2)
0.9*0.6
0.9*0.6
0.9*0.9
1.2*0.9
合计N(KN)
44.194
63.634
53.46
39.658
由此得到不同部位立杆受力最大处在墩顶横梁处,N=63.634KN。
8.2稳定性验算
根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》JGJ231-2010中5.3.3规定,按不组合风荷载计算:
N/ΦA≤f
式中:
N--立杆轴向力设计值(KN),由上述计算可知:
N=63.634KN;
φ--轴心受压构件的稳定系数,应根据立杆长细比λ=l0/i按本规程附录D取值;
A--立杆的截面积,应按本规程附录C表C-2采用;
f--钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值(N/mm²),应按本规程附录C表C-1采用。
60系列支架立杆的截面特性:
截面积A=571mm²,回转半径i=20.1mm,强度设计值f=300N/mm²
立杆计算长度(根据下列公式计算,并取其中的较大值):
l0=ηhl0=h´+2ka
式中:
lo--支架立杆计算长度(m);
η--支架立杆计算长度修正系数,水平杆步距为1.5m时,可取1.2;
h--支架立杆中间层水平杆最大竖向步距(m),取h=1.5m;
h´--支架立杆顶
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