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碗扣支架计算书
西安至银川高铁DK110+217~DK138+151.98
干板沟特大桥(40+64+40)m连续梁桥
现浇支架计算书
中铁十二局集团有限公司
陕西通宇公路研究所有限公司
二零一七年四月
第一部分概述
一、编制依据
1、现行铁路工程施工技术指南、规程、验收标准及工程建设的相关文件;
2、施工单位提供的有关资料。
二、计算及参考依据
计算及参考的依据主要有:
1、铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程(TB10110-2011)
2、铁路桥涵施工规范(TB10203-2002)
3、建筑结构荷载规范(GB50009-2012)
4、钢结构设计规范(GB50017-2014)
5、铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005)
6、铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)
三、工程概况
西安至银川高铁DK110+217~DK138+151.98干板沟特大桥(40+64+40)m连续梁桥,采用支架现浇法施工,箱梁为变截面箱梁。
本桥采用双线矩形空心桥台基础,圆端形实体桥墩、圆端形空心桥墩,桩基共有φ150、φ125两种形式,全桥均采用钻孔灌注桩基础。
第二部分现浇支架计算
一、支架布置
干板沟特大桥支架体系自上而下依次为6mm定制钢模,I20工字钢分配梁,Φ48×3.5碗口脚手架,立杆底托安置在厚30cmC20混凝土硬化层上,采用15cm×10cm木垫板支垫,纵桥向立杆间距为60cm,横桥向立杆间距60cm,立杆步距60cm,12#,11#桥墩两侧梁体腹板区横、纵桥向立杆间距加密为30cm,10#、13#现浇直线段横桥向立杆间距加密为30cm。
支架在桥纵向每360cm间距设置剪力撑,剪力杆与地面成45度,剪力撑按构造要求布置。
支架布置示意图如下所示。
图1纵桥向支架布置图(单位:
cm)
图2中跨现浇支架布置示意图(单位:
cm)
二、荷载分析
施工期间需要考虑的荷载有:
混凝土自重、模板及其它支撑体系自重、支架自重、施工荷载、混凝土振捣荷载等。
各项荷载按照《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)取用。
根据本桥现浇箱梁的结构特点,在施工过程中将涉及到以下荷载形式:
(1)q1——箱梁自重荷载。
(2)q2——箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑、分配梁荷载。
(3)q3——施工人员、施工材料和机具荷载。
(4)q4——振捣混凝土产生的荷载。
(5)q5——新浇混凝土对冲击压力。
(6)q6——风荷载
其中:
q1混凝土容重按26kN/m3计。
q2箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑,分配梁荷载分别为1.2KN/m2、2.2KN/m2、1.3KN/m2、2.35KN/m2。
q3施工人员和机具等荷载为1.0KN/m2;
q4混凝土振捣荷载按2.0KN/m2取值;
q5浇筑混凝土时的冲击荷载按2.0KN/m2取值;
q6风荷载按公式
计算
强度荷载组合采用1.2倍的
(1)+
(2)恒载与1.4倍的(3)+(4)+(5)活载。
刚度荷载组合采用
(1)+
(2)恒载。
稳定性计算荷载组合采用1.2倍的
(1)+
(2)恒载与1.4×0.9倍的(3)+(4)+(5)+(6)。
因为10号与13号墩周围支架布置形式以及支架上方梁体结构相同,且13号墩身高度大于10号墩,按照最不利条件验算,验算13号周围支架结构。
同理,比较12号墩与11号墩,验算12号墩周围支架结构。
13号墩上的梁块为9#梁块,12号墩上的梁块为1号梁块。
图313号墩上的9#梁块
图412号墩上的1#梁块
三、底模板检算
模板面板为5mm的q235钢板,面板下为10#槽钢横向分布肋,间距为0.19m、0.39m竖向肋板为5mm钢板,间距为0.3m、0.2m。
所有连接孔用M20螺栓。
模板材料的力学特性
1、模板面板、纵肋均采用q235钢板厚5mm钢板(取0.3m宽计算)
弹性模量:
E=2×105MPa
截面惯性矩:
I=(b×h3)/12=300×53/12=3125mm4
截面抗矩:
W=(b×h2)/6=300×52/6=1250mm3
容许弯应力:
δ容=145MPa
容许剪应力:
τ容=85MPa
截面积:
S=300×5=1500mm2
2、10#槽钢竖向肋(横向分布肋)
弹性模量:
E=2×105MPa
截面惯性矩:
I=198.3cm4
截面抗矩:
W=39.4cm3
容许弯应力:
δ容=145MPa
容许剪应力:
τ容=85MPa
截面积:
S=12.74cm2
因为在9#梁块腹板下的钢模板处在最不利条件下,验算取本块模板进行计算。
9#梁块腹板下的钢模板验算
(1)面板
选用梁体腹板下0.39m×0.2m板格进行计算,板格所受面载为
q=1.2×6.05×26+7.05+1.4×6.5=206.32kN/m2
本块模板属于空间受力板单元结构,其边界条件可简化为2面简支2面固定,在MidasFEA中建立模型
其应力云图结果如下
在模板中心的上顶面出现最大应力-148.3MPa<[215MPa]满足强度要求
其变形结果如下图所示
最大纵向变形为0.644mm<[L/400=0.975mm]变形满足要求。
四、底模下横向工字钢检算
9#梁块底模下的横向工字钢验算
横向分布梁采用I20工字钢,钢材抗弯强度设计值215MPa,弹性模量206GPa。
腹板下工字梁承受的荷载为:
强度荷载组合:
1.2×(3.05×26+7.05)×0.6+1.4×5.5×0.6=66.792kN/m
刚度荷载组合:
(3.05×26+7.05)×0.6=51.81kN/m
底板下的纵向方木承受的荷载为:
强度荷载组合:
1.2×(1.8×26+7.05)×0.6+1.4×5.5×0.6=43.392kN/m
刚度荷载组合:
(1.8×26+7.05)×0.6=32.31kN/m
计算时采用腹板下的荷载数值。
1、应力验算
荷载q=66.792kN/m,按连续梁验算。
截面抵抗矩W=141.3cm3
截面抗弯强度
σ=ql210W=66.792×0.32×10610×237×103=2.536MPa<215.0MPa,抗弯强度满足要求。
截面抗剪强度
τ=1.5VA=1.50.6qlA=1.5×0.6×66.792×103×0.335.5×102=3.39MPa<125MPa
抗剪强度满足要求。
2、变形验算
E=2.06×105MPa;I=2370cm4
截面最大挠度
ω=0.677ql4100EI=0.677×51810×6004100×2.06×105×2370×10000=0.6mm 刚度满足要求。 综上,横向工字钢安全满足要求。 1#梁块底模下的横向工字钢验算 横向分配梁采用I20工字钢,工字钢分配梁间距为0.3m,其均布荷载分布将下图。 计算时采用腹板下的荷载数值。 腹板下的横向工字钢承受的荷载为: 强度荷载组合: 1.2×(6.05×26+7.05)×0.3+1.4×6.5×0.3=61.89kN/m 刚度荷载组合: (6.05×26+7.05)×0.3=49.31kN/m σ=ql210W=61.89×0.32×10610×237×103=2.36MPa<215MPa,抗弯强度满足要求。 截面抗剪强度 τ=1.5VA=1.50.6qlA=1.5×0.6×61.89×103×(0.3)3550=4.71MPa<125MPa 抗剪强度满足要求。 (2)变形验算 E=2.06×105MPa;I=2370cm4 截面最大挠度 ω=0.677ql4100EI=0.677×49310×3004100×2.06×105×10000×2370=0.5mm 刚度满足要求。 五、支架立杆检算 考虑到碗扣支架的周转使用,给支架一个折旧系数0.8。 9#梁块下支架立杆检算 1.立杆强度验算 图513#桥墩支座上梁体截面 (1)腹板下立杆荷载分析: 碗扣式立杆分布60cm×30cm,层距60cm。 连续梁单侧腹板面积: a=3.66m^2; 腹板处断面面积为3.66m^2,3.66×26/1.2=79.3kN/m^2, 单根立杆的计算恒载: (79.3+1.2+1.3+2.2+2.35)×0.6×0.3=15.54kN 单根立杆的计算活载: 5×0.6×0.3=0.9kN 则单根立杆受力为: N=1.2×15.54+1.4×0.9=19.91kN<[40kN×0.8=32kN](满足)。 (2)中底板下立杆荷载分析: 碗扣式立杆分布60cm×60cm,层距60cm。 连续梁中底板面积: b=7.74m^27.74×26/4.3=46.8kN/m^2, 单根立杆的计算恒载: (46.8+1.2+1.3+2.2+2.35)×0.6×0.6=19.39kN 单根立杆的计算活载: 5×0.6×0.6=1.8kN 则单根立杆受力为: N=1.2×19.39+1.4×1.8=25.788kN<[40kN×0.8=32kN](满足)。 2.立杆稳定性 (1)立杆计算长度 Lo=层距+2a=1.9m,其中层距0.6m。 a---模板支架立杆伸出顶层水平杆中心线至模板支撑点长度,取0.65m。 (2)钢管截面特性 外直径Φ48mm,壁厚3.5mm,截面积A=4.893cm2,惯性矩I=12.187cm4,回转半径r=1.578cm,立杆截面抵抗矩〖W=5.08cm〗3。 (3)立杆稳定性计算 长细比λ=Lo/r=190/1.578=120,查表知折减系数φ=0.437不考虑风荷载 N_max/φA=(25.788×10³)/(0.437×4.893×10²)=120.6MPa考虑风荷载: 作用于脚手架上的水平风荷载标准值,按下式计算: 式中: ——风压高度变化系数; ——脚手架风荷载体型系数; ——基本风压; 根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012),桥位处地面粗糙程度为B类,风压高度变化系数 取1.13,如表所示: 风压高度变化系数 离地面高度 5 10 15 20 30 40 50 60 风压高度变化系数 1.00 1.00 1.13 1.23 1.39 1.52 1.62 1.71 为脚手架风荷载体型系数,根据规范,敞开式脚手架的风载体型系数 , 值是将脚手架视为桁架,按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2015)单榀桁架的体型系数 ,对于圆形截面杆件, , 为挡风系数: 为桁架构件和节点挡风的净投影面积, 为桁架构件和节点迎风的净投影面积: , , 所以挡风系数: , 所以桁架的体型系数: 脚手架沿横桥向有26排,所以: μs=0.326×26=8.476 为基本风压,查《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)中全国基本风压分布,西安地区10年一遇基本风压 ,50年一遇基本风压 ,100年一遇基本风压 ,对于100年一遇的风荷载,离地面高度15m时,得水平风荷载标准值为 ωk=0.7×1.13×8.476×0.4=2.681 M=1.4γ0wkLxL028=1.4×1×2.681×0.6×1.928=1.016N∙m 0.9MW=0.9×1.0165.08×10-6=0.18MPa σ=NmaxφA+0.9MW=120.6+0.18=120.78MPa<[215MPa×0.8=172MPa] 结论: 13#墩连续梁端立杆稳定性。 3.碗口式支架竖向位移计算(中底板) δx=Q1HEA+∆ 式中Q1——立杆计算恒载; H——立杆总高度; E——钢材弹性模量; ∆——立杆接头变形; A——立杆截面面积, δx=(19.39×103×13×103)/(2.06×105×4.893×102)+21=2.5+21=23.5mm 1#梁块下支架立杆检算 图614#桥墩支座上梁体截面 1.立杆强度验算 (1)腹板下立杆荷载分析: 碗扣式立杆分布30cm×30cm,层距60cm。 连续梁单侧最大截面腹板面积: a=10.285m2; 连续梁单侧最大截面中板面积: b=4.3m2; 腹板处断面面积为10.285m2,10.285×26/1.7=157.3kN/m2, 单根立杆的计算恒载: (157.3+4.7+2.35)×0.3×0.3=14.79kN 单根立杆的计算活载: 5×0.3×0.3=0.45kN 则单根立杆受力为: 1.2×14.79+1.4×0.45=18.38kN<[40kN×0.8=32kN(满足)]。 (2)底板下立杆荷载分析 碗扣立杆分布60cm×60cm,层距60cm。 底板处断面面积为4.3m2,4.3×26/2.15=52kN/m2, 单根立杆的计算恒载: (52+4.7+2.35)×0.6×0.6=21.258kN 单根立杆的计算活载: 5×0.6×0.6=1.8kN 则单根立杆受力为: 1.2×21.258+1.4×1.8=28.03kN<[40kN×0.8=32kN(满足)]。 2、立杆稳定性 ①立杆计算长度 Lo=层距+2a=1.9m,其中层距0.6m。 a---模板支架立杆伸出顶层水平杆中心线至模板支撑点长度,取0.65m。 ②钢管截面特性 外直径Φ48mm,壁厚3.5mm,截面积A=4.893cm2,惯性矩I=12.187cm4,回转半径r=1.578cm,立杆截面抵抗矩W=5.08cm3。 ③立杆稳定性计算 长细比λ=Lo/r=120/1.578=120.4,查表知折减系数φ=0.437 不考虑风荷载 Nmax/φA=(28.03×10³)/(0.437×4.893×10²)=131.09MPa<[215MPa×0.8=172MPa] 考虑风荷载后,风荷载计算方法与13#墩同理 σ=NmaxφA+0.9MW=131.09+0.18=131.27MPa<[172MPa] 结论: 立杆稳定性满足 3.碗口式支架竖向位移计算(腹底板) δx=Q1HEA+∆ 式中Q1——立杆计算恒载; H——立杆总高度; E——钢材弹性模量; ∆——立杆接头变形; A——立杆截面面积, δx=29.583×103×13×1032.06×105×4.893×102+33=3.8+33=36.8mm 六.临时钢管柱验算 1#梁块下临时钢管柱验算 在主墩两侧的承台上分别支立2根φ609mm壁厚16mm的钢管作为临时支撑。 两个钢管横向间距为两米。 钢管顶底部用直径φ800mm厚16mm的钢板封口。 封底钢板预埋在承台内,封顶钢板与0#块底板混凝土表面接触,钢板上设φ25锚固钢筋和钢板满焊。 每侧2根钢管内预埋共4根精轧螺纹钢,一端预埋在承台内,深入承台底部,一端从钢管中穿至1#节段底板顶面以上50cm。 待0#块混凝土强度达到要求后,每根钢管内精轧螺纹钢施加50T预应力,并且在主墩墩顶两侧分别预埋2根φ32精轧螺纹钢,预埋深度1m,深入连续梁腹板1m,起抗倾覆作用,待边跨合龙后拆除临时支撑。 具体结构尺寸见下图。 钢管采用q235型号钢材。 图5连续梁临时支撑体系示意图 1.临时钢管强度验算 单根钢管直径为60.9cm,按最不利荷载计算其顶部支撑荷载: 立杆处在1号块底板下方 单根钢杆的计算恒载: (2×26+1.2+1.3+2.2+2.35)×6.3×6.3=2343.69kN单根钢杆的计算活载: 5×6.3×6.3=198.45kN 则单根立杆受力为: N=1.2×2343.69+1.4×198.45=3090.26kN 单根钢管截面面积为1.51×104mm2 单根钢杆所能承受轴力为235×1.51×104=3547.8kN 3090.26kN<[3547.8kN],钢管强度验算合格。 2.临时钢管稳定性验算 钢管长细比为 =L0/i=30000/212.5=141.18 稳定系数 计入风荷载影响 M=1.4γ0wkLxL028=1.4×1×2.681×0.6×3028=253.35N∙m 0.9MW=0.9×2533502239737=0.102MPa σ=NmaxφA+0.9MW=850320.339×15097+0.102=16.72MPa<[215MPa] 七、地基承载力计算 9#桥墩下支架地基承载力计算 由以上结果对比可知,中底板处立杆轴立最大Nmax=25.788kN,立杆下底托尺寸为0.15×0.15m,混凝土厚度为0.2m,则立杆下混凝土承载力 σd=N/A=(25.788×103)/(0.15+2×0.2)2=85kPa 1#桥墩下支架地基承载力计算 由以上结果对比可知,中底板处立杆轴立最大N_max=36.7596kN,立杆下底托尺寸为0.15×0.15m,混凝土厚度为0.2m,则立杆下混凝土承载力 σd=N/A=(36.7596×10^3)/(0.15+2×0.2)^2=121.164kPa 采用2倍安全系数,所以地基承载力不低于250KPa,地基处理注意做好防排水工作。 八、结论 综上支架结构安全,可以通过验算。
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