现浇箱梁碗扣满堂支架计算书.docx
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现浇箱梁碗扣满堂支架计算书
郑州市三环路快速化工程
西三环陇海路互通立交(K6+157.29~K8+627.61)段
碗扣承重架计算书
批准:
审核:
编写:
中国水电路桥郑州市三环路快速化工程BT项目
第三项目经理部第六工程处
二○一二年十一月九日
一、工程概况
1、郑州市三环路快速化工程是郑州市交通畅通工程的关键性项目,是实现现代郑州市交通快速化建设的一项重要任务,对缓解主城区交通压力、合理分布交通流量具有极其重要的作用。
陇海路互通立交是郑州市三环路快速化工程中的关键性工程,工程所在地点的现有两条主干路(西三环和陇海路)平交呈丁字状,按规划设计现有陇海路将向西延伸,由此本路口将成十字路口状,并通过陇海路互通立交实现路口全互通功能。
陇海路互通立交为三层全互通立交桥,含陇海路主线高架桥、西三环主线高架桥及九条立交匝道桥。
其中陇海路主线高架全长1114m,西三环主线高架全长2470m。
南北方向为西三环快速通道,东西向为陇海路快速通道,立交匝道分为ES、EN、NE、NW、WN、WS、SE、SW、JS匝道。
本工程共有5跨钢梁分别位于ES匝道2跨、NE匝道1跨、SE匝道1跨和SW匝道1跨。
引桥8联,剩余105跨为预应力混凝土箱梁。
2、第六工程处施工内容主要包括:
施工区段内的桥梁桩基、承台、墩身、预应力混凝土连续箱、防撞墙、铺装层等。
施工区段内桥梁工程具体内容为:
西三环高架:
K7+059.754~K8+626.71,全长1566.956m,共18联;
陇海路高架:
K-1+479.9~K-1+994.862、K0+000~K0+065.84,全长580.802m。
;
ES匝道:
ESK0+549.076~ESK0+949.712,此匝道为桥梁工程,长400.639m;
NE匝道:
NEK0+283.409~NEK0+569.311,此匝道为桥梁工程,长285.901m;
NW匝道:
NWK0+223.604~NWK0+283.604,此匝道为桥梁工程,长60m;
WS匝道:
WSK0+094.313~WSK0+318.485,此匝道为桥梁工程,长224.172m;
WN匝道:
WNK0+110.399~WNK0+318.485,此匝道为桥梁工程,长356.626m;
SE匝道:
SEK0+221.778~SEK0+432.666,此匝道为桥梁工程,长120.885m;
SW匝道:
SWK0+241.912~SWK0+549.224,此匝道为桥梁工程,长347.19m;
JS匝道:
JSK0+000.000~JSK0+549.244,此匝道为桥梁工程,长549.244m;
第六工程处施工范围内西环主线桥、陇海路主线桥及匝道桥共设计混凝土现浇箱梁57联,钢箱梁2联,箱梁混凝土强度标号为C40和C50,墩柱最高18.524m,最低6.082m。
主要工程量:
混凝土浇筑50360m3,钢筋制安12433.4t,钢绞线1037t。
箱梁承重架采用满堂碗扣支架,本方案以标准联为例(3×30m)。
二、满堂架的设计和计算参数
1、支架主要材料和性能参数
施工时采用满堂式碗扣支架,碗扣支架的钢管为3号钢,规格为φ48mm×3.5mm,其性能见下表1和表2:
表1钢管截面特性
规格
截面积A(mm2)
惯性矩I(mm4)
抵抗矩W(mm3)
回转半径I(mm)
每米重量(kg/m)
φ48×3.5
4.89×102
12.19×104
5.00×103
15.78
3.84
表2钢材的强度设计值与弹性模量
抗拉、抗弯f(N/mm2)
抗压fc(N/mm2)
弹性模量E(KN/mm2)
205
205
2.06×102
2、支架设计布置
支架顺桥向立杆间距布置为0.15m+3×0.3m+3×0.6m+27×0.9m+3×0.6m+3×0.3m+0.15m=30m。
支架横桥向立杆间距布置为5×0.9m+8×0.6m+2×0.3m+6×0.6m+4×0.3m+6×0.6m+2×0.3m+8×0.6m+5×0.9m=28.2m(为安装箱梁横截面两侧模板及方便施工人员施工,支架超出箱梁两端各145cm)。
水平杆步距为1.20m。
具体布置见满堂式支架设计图。
三、荷载计算
本桥梁支架计算书中荷载依据为《桥梁支架安全施工手册》
1、箱梁荷载:
箱梁钢筋砼自重:
G=595m3×25KN/m3=14875KN
偏安全考虑,取安全系数r=1.2,假设梁体全部重量仅作用于底板区域,计算单位面积压力:
F1=G×r÷S=14875KN×1.2÷(16.6m×30m)=35.84KN/m2
注:
16.6m为横桥向底板范围内两立杆间最大距离。
2、施工荷载:
取F2=1.0KN/m2
3、振捣混凝土产生荷载:
取F3=2.0KN/m2
4、箱梁芯模:
取F4=1.5KN/m2
5、竹胶板:
取F5=0.1KN/m2
6、方木:
取F6=7.5KN/m3
四、底模强度计算
(如同房屋建筑学的单向板计算)短边受力!
箱梁底模采用高强度竹胶板,板厚t=18mm,竹胶板方木背肋间距为300mm,所以验算模板强度采用宽b=300mm镜面竹胶板。
1、模板力学性能(依据《路桥施工计算手册》取值)
(1)弹性模量E=9×103MPa=9×106KN/m2,许用应力[σ]=11Mpa。
(2)截面惯性矩:
I=
=30×1.83/12=14.58cm4
(3)截面抵抗矩:
W=
=30×1.82/6=16.2cm3
(4)截面积:
A=bh=30×1.8=54cm2
2、模板受力计算
(1)底模板均布荷载:
F=F1+F2+F3+F4=35.84+1+2.0+1.5=40.34KN/m2
q=F×b=40.34×0.3=12.102KN/m
(2)跨中最大弯矩:
M=
=12.102×0.32/8=0.136KN•m
(3)弯拉应力:
σ=
=0.136×103/16.2×10-6=8.4MPa<[σ]=11Mpa
竹胶板板弯拉应力满足要求。
(4)挠度:
从竹胶板下方木背肋布置可知,竹胶板可看作为多跨等跨连续梁,按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算。
(30+30+30=90㎝计算三跨梁)
根据《建筑施工计算手册》,计算公式为:
--挠度值;
--连续梁上均布荷载;
--跨度;
--弹性模量;
--截面惯性矩;
--挠度系数,三等跨均布荷载作用连续梁按照活载最大,取值0.677。
(统一的公式)
挠度计算:
=(0.677×12.102×0.34)/(100×9×106×14.58×10-8)
=5.06×10-4m=0.506mm<L/400=300/400=0.75mm
竹胶板挠度满足要求。
综上述,竹胶板受力满足要求。
五、横梁强度计算
横梁为10×10cm方木,净间距为0.2m,箱梁标准截面间距为0.6m。
1、方木(落叶松)的力学性能(依据《路桥施工计算手册》取值)
(1)落叶松容许抗弯应力[σ]=14.5MPa,弹性模量E=11×103Mpa
(2)截面抵抗矩:
W=
=0.1×0.12/6=1.67×10-4m3
(3)截面惯性矩:
I=
=0.1×0.13/12=8.33×10-6m4
2、横梁受力计算
(1)作用在横梁上的均布荷载
0.6m长度范围内横梁上承担3根纵梁重量为:
0.1×0.1×0.6×7.5×3=0.135KN
纵梁施加在横梁上的均布荷载为:
0.135÷0.6=0.23KN/m
作用在横梁上的均布荷载为:
q=(F1+F2+F3+F4+F5)×0.6+0.23=44.4×0.6+0.23=26.87KN/m
(2)跨中最大弯矩:
M=
=26.87×0.62/8=1.21KN•m
(3)横梁弯拉应力:
σ=
=1.21×103/1.67×10-4=7.25MPa<[σ]=14.5Mpa
横梁弯拉应力满足要求。
3、横梁挠度计算:
f=
=(5×26.87×103×0.64)/(384×11×109×8.33×10-6)
=0.495mm<L/400=600/400=1.5mm
横梁挠度满足要求。
综上述,横梁强度满足要求。
六、纵梁强度计算
纵梁为10×10cm方木,净间距为0.25m,墩身处端部跨径为0.6m,中部箱梁标准截面跨径为0.9m按照跨径为0.9m进行计算,间距为0.9m。
1、方木(落叶松)的力学性能
(1)落叶松容许抗弯应力[σ]=14.5MPa,弹性模量E=11×103Mpa
(2)截面抵抗矩:
W=
=0.1×0.12/6=1.67×10-4m3
(3)截面惯性矩:
I=
=0.1×0.13/12=8.33×10-6m4
2、方木受力计算
(1)作用在纵梁上的均布荷载为:
q=(F1+F2+F3+F4+F5)×0.25=44.4×0.25=11.1KN/m
(2)跨中最大弯矩:
计算简图见下图。
M=
=11.1×0.92/8=1.124KN•m
(3)纵梁弯拉应力:
σ=
=1.124×103/1.67×10-4=6.73MPa<[σ]=14.5Mpa
纵梁弯拉应力满足要求。
3、纵梁挠度
f=
=(5×11.1×103×0.94)/(384×11×109×8.33×10-6)
=1.035mm<L/400=900/400=2.25mm
纵梁弯曲挠度满足要求。
综上述,纵梁强度满足要求。
七、支架受力计算
1、立杆承重计算
碗扣支架立杆设计承重为:
30KN/根,箱梁高度为2m,碗扣支架受力最不利位置在立杆的底部,箱梁混凝土重量最大区域为跨中,支架布置为60cm×60cm和60cm×90cm,按60cm×90cm布置进行计算。
①每根立杆承受钢筋砼和模板重量:
N1=(35.84KN/m2+1.5KN/m2+0.1KN/m2)×0.6m×0.9m
=20.218KN
②横梁施加在每根立杆重量:
N2=0.9m×3根×0.1m×0.1m×7.5KN/m3=0.203KN
③纵梁施加在每根立杆重量:
N3=0.6m×4根×0.1m×0.1m×7.5KN/m3=0.18KN
④支架自重:
支架最高按照18.642m计算,
立杆单根重:
18.542×3.84×10/103=0.712KN,
单根立杆承担横杆的重量:
(0.6m+0.9m)×6×3.84×10/103=0.346KN
⑤施工荷载、振捣荷载
0.9m×0.6m×(2+1)=1.62KN
每根立杆总承重:
N=N1+N2+N3+N4=20.218+0.203+0.18+0.31+0.346+1.62=22.877KN<30KN
立杆承重满足要求。
2、支架稳定性验算
根据《实用建筑施工手册》轴心受压构件的稳定性计算:
N—轴心压力;
--轴心受压构件的稳定系数;
构件的毛截面面积;
—钢材的抗压强度设计值,取205N/mm2;
--材料强度附加分项系数,根据有关规定当支架搭设高度小于25m时取值1.35。
(1)立杆长细比计算:
回转半径计算:
=
=0.35×(48+41)÷2=15.575mm
长细比λ计算:
λ=
=
=77<[λ]=150
(2)由长细比可查得,轴心受压构件的纵向弯曲系数
=0.707
(3)立杆钢管的截面积:
Am=
=
=489mm2
(4)稳定性验算
=
=75.2N/mm2≤
=
=152N/mm2
支架稳定性满足要求。
综上述,碗扣支架受力满足要求。
八、支架抗风荷载计算
根据JGJ166-2008建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范第13页、14页的计算要求,纵向受力面积较小,因此计算时仅考虑横向风荷载。
立杆受力稳定性按组合风荷载计算:
水平荷载计算风荷载标准值WK=0.7µZµSW0
µZ---风压高度变化系数取1.46
µS---脚手架风荷载体形系数1.3ω
ω---脚手架挡风系数0.087
W0---基本风压取0.3KN/m2(根据《桥梁支架安全施工手册》按郑州10年一遇取值)
WK=0.7×1.46×1.3×0.087×300=34.7N/m2
a---纵杆间距0.9m
L0---立杆计算长度18.524m
风荷载产生的弯矩M=1.4×WK×aL02/10
=1.4×34.7×0.9×18.5242/10=1.5KN/m2
φ48×3.5支架钢管的抵抗矩W=5×103mm3
截面积A=4.89×102mm2
由以上计算知,立杆所受最大竖向荷载为22.877KN
N/A+M/W=22.877×103/4.89×10-4+1.5/5×10-6
=47.1Mpa≤容许应力[σ]=140Mpa
综上述,支架抗风荷载验算满足要求。
九、立杆地基承载力计算
立杆地基承载力计算,根据碗口支架安全施工规范5.5.2规定,当地基为岩石或砼路面时可不进行地基承载力验算。
该支架下方均为砼路面,故可不进行地基承载力验算。
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