泗许特大桥门洞方案及脚手架计算书.doc
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新建宿淮铁路工程SHZH-1标段
跨泗许高速立交特大桥(40+64+40)m连续箱梁
(DK020+795)
连续梁满堂现浇支架计算书
及交通组织方案
中交第二航务工程局有限公司宿淮铁路工程指挥部
二〇一〇年三月二日
新建宿淮铁路工程SHZH-1标段
跨泗许高速立交特大桥(40+64+40)m连续箱梁
(DK020+795)
连续梁满堂现浇支架计算书
及交通组织方案
编制:
日期:
审批:
日期:
中交第二航务工程局有限公司宿淮铁路工程指挥部
二〇一〇年三月二日
跨泗许高速立交特大桥连续箱梁满堂支架现浇
计算书及交通组织方案
1、概况
跨泗许立交特大桥(40+64+40)m位于宿州市埇桥区,梁底宽3.4米,顶宽4.9米,梁高变化在3m~5m之间,宿淮铁路于DK020+795处上跨泗许高速公路而建,高速公路目前在该段基层已施工完成,桥位处于地势开阔平坦,交通条件便利。
该桥在上跨泗许高速公路时设计为三跨连续箱梁,满堂支架现浇。
边跨孔40米,主跨跨64米,现浇采用普通钢管脚手架,为确保在建泗许高速公路正常施工,在高速公路路基宽度范围内留设门洞,左右幅各设置门洞一个,门洞宽度按路面沥青混凝土摊铺机通过为原则,门洞设置宽度7米,门洞的限制高度均为5.5米。
2、工期安排:
目前连续箱梁段钻孔桩已全部完成,正在进行下部结构承台、墩身的施工。
计划开始施工上部结构连续箱梁在2010年3月25日,完工日期2010年6月25日,总工期3个月。
3、总体施工方案
本工程施工协调主要牵涉到在建泗许高速公路相关单位,施工范围不涉及其它的交通管理部门协调问题,施工时,跨高速公路设置双向门洞行车道2个,门洞限高5米,净宽7米。
场外设置减速带、标示牌,夜间指示灯等安全防护用具。
门洞支架采用钢管桩加组合H型钢分配梁搭设,非门洞处采用满堂落地式脚手架现浇,混凝土浇注前采用袋装砂进行预压,预压荷载根据设计要求进行施工。
4、基础处理
门洞基础采用C30混凝土基础,在基础顶部配置钢筋网片,基础底部采用双层油毛毡隔离,并在基础混凝土顶面预埋钢管桩立柱底座板。
非钢管支架基础在高速公路范围,采用满堂支架浇注,钢管脚手管底部支撑在25#槽钢上,保护目前的路面基层部分。
非跨高速公路部分满堂支架基础需要进行处理,施工前将原地面找平,场地平整后用18吨压路机压实,后铺筑一层15cm厚级配碎石层压实后(软弱地段换填垫片石和灰土),再浇筑一层15cm厚C20混凝土垫层硬化处理。
5、门洞设置及交通组织
1)门洞设置在高速公路左右幅,每幅设置一个门洞,门洞净尺寸B(宽)xH(高)=7.0mx5.5m和B(宽)xH(高)=7.0mx5.5m。
2)安全设施:
目前高速公路正在建设之中,车流流量主要来自施工车辆,在考虑安全设施防护时在主要考虑施工的车辆。
在洞口前后各200米处设置减速带,并设置限高杆,在门洞前后各1000m范围设置限速标识牌和安全警示牌。
夜间照明及警示灯等装置在门洞口设置,所示警示牌均要有夜间反光装置。
6、基坑开挖施工
跨泗许高速公路特大桥31#、32#墩位于高速公路路基两侧,基坑开挖深度在3.7米,原地地面标高+25.2m,基坑开挖底标高在+21.5m左右,基坑开挖在该处采用25#槽钢,单根长度10米,利用振动锤逐根打入,形成垂直支护,对角采用水平支撑围囹支撑。
7、门洞支架设计方案
门洞部分采用钢管桩基础,浇注混凝土扩大条形基础,钢管桩直径600mm,壁厚16mm,单根钢管立柱顶横桥向设置H700组合型钢,与钢管顶封端板采用三角劲板焊接牢固,纵桥向也布置H700组合型钢。
下图为钢管支撑部分梁体模板图。
8、门洞结构设置力学安全性验算
门洞立柱采用φ609X16钢管,立柱间距2.25米,顺桥向主梁布置H700型钢,钢管顶横桥向分配梁为H700组合型钢,高速公路与宿淮铁路立交平面夹角50度。
8.1各材料截面性能特征:
(一)、φ609*16钢管截面特性
1、钢管截面积:
A=1/4π(D2-d2)=π/4*(60.92-57.72)=298.074cm2
2、钢管的回转半径:
ix=20.973cm
3、单位重:
g=234Kg/m
4、抗扭系数Wt=8611.973cm3
5、轴惯性矩Ix=[(D/2)^2-(D/2-t)^2]*3.142=131117.298cm4
6、截面抵抗矩Wx=0.0982*[(D^4-(DN)^4]/D=4305.9cm3
(二)、H700组合钢梁截面特性
1、截面积
A=1.8*70*2+66.4*1.6*2=464.5cm2
2、轴惯性矩Ix=2*1.6*66.43/12+2*70*1.8*33.292+(忽略)
=357340.4cm4;
3、截面抵抗矩Wx=IX/34.1=357340.4/34.1=10479.2cm3
4、单位重:
g=364.6Kg/m
(三)、I32a截面特性
1、截面积:
A=67.12cm2
2、钢管的回转半径:
ix=12.85cm
3、单位重:
g=52.69Kg/m
4、轴惯性矩Ix=11080cm4
6、截面抵抗矩Wx=692.5cm3
8.2荷载取值情况:
荷载取值:
最不利荷载处梁截面尺寸如下,顶底板厚按800mm计算,腹板处腹板厚600mm,梁高按为3500mm代入计算:
1)根据设计图纸混凝土容重为N1=26KN/m3,
2)模板考虑自重按N2=0.75KN/m2,
3)、施工人员施工料具行走或堆放荷载N3=2.5KN/m2,
4)、混凝土振捣时产生荷载N4=2KN/m2,
5)、混凝土倾倒产生的冲击荷载取N5=2.0KN/m2,
腹板与底板处每平米荷载值:
腹板处砼自重N1腹=26X3.5=91KN/m2,底板处混凝土自重N1底=26X0.8=20.8KN/m2。
P=1.2X(91+0.75)+1.4x(2.5+2+2)=119.2KN/m2
底板处每平方米承受荷载为:
P=1.2X(20.8+0.75)+1.4x(2.5+2+2)=35KN/m2
腹板处线荷载q=119.2x0.6+0.55*35=90.8kN/m。
按腹板处最大弯矩Mmax=1/8*qL2=0.125*119.2*(8/COS40)2=1238KN.m。
8.3验算跨门洞组合主型钢(L=8/COS40=10.443m):
W=1238x1000/170=7281cm3。
选H700组合型钢,W=10479.2cm3>7281cm3,可以满足要求。
计算腹板下型钢挠度:
ω=5ql4/(384EI)=5*90.8*104434/(384*2.10*105*357340.4*104)=18.7mm
允许挠度[f]=l/500=10443/400=26mm
挠度满足要求。
8.4钢管立柱顶横桥向分配梁计算
翼缘板与顶底板处均按800mm毫米混凝土计算,腹板宽度600mm以内按3500mm高厚度计算荷载,各处线荷载计算如下:
边跨线荷载:
Q1(顶底板、翼缘板处)=37.36X0.5X10.443=195KN/m
Q2(腹板处)=q=121.6x0.5X10.443=635kN/m
简化计算简图,受力简图如下:
经过计算,得到弯矩和剪力图如下:
荷载计算简图(KN\m)
弯矩图(KN.m)
剪力图(KN)
最大弯矩Mmax=136.38KN.m
按此布置需要的材料截面抗弯模量W=136.38x1000/170=802cm3.
选2I32a工字钢,W=2x469.4=938.8>802cm3
满足要求。
计算最大截面处剪力产生的应力:
最大剪力:
Qmax=490.28+195.25=685.53KN:
Sx=400.5cm3,I=11080cm4
满足要求。
中间跨立柱顶横向分配梁荷载如下:
最大计算荷载处,荷载分布宽度B=0.5*(7+5)/COS40=15.7*0.5m,各处线荷载计算如下:
Q1(顶底板、翼缘板处)=37.36X15.7*0.5=293.3KN/m
Q2(腹板处)=q=121.6x15.7*0.5=954.5kN/m
荷载计算简图(KN\m)
弯矩图(KN.m)
剪力图(KN)
最大弯矩Mmax=205.1KN.m
按此布置需要的材料截面抗弯模量W=205.1x1000/170=1206cm3.
选H700组合型钢,W=10479.2cm3>1206cm3
满足要求。
计算最大截面处剪力产生的应力:
最大剪力:
Qmax=736.22+287.93=1024.2KN:
腹板处A=66.4*1.6*2=212.5cm2
满足要求。
8.5钢管立柱验算:
柱顶受到荷载为轴向力P=2408.8KN立柱计算长度L0=5.0m,由于是旧管。
乘以0.75折简系数。
查规范,φ=0.90
求稳定σ1=N*1000/(φA*0.75)=89.8MPa
σ1=89.8/0.75=120Mpa<164Mpa满足要求
(Q235钢管容许应力205*80%=164Mpa,80%为旧管折减系数)
9、非门洞处满堂钢管支架体系及模板结构设计
本工程支架体系分两部分,一部分为跨门洞少支点型钢式支架,另一部分为满堂式钢管式脚手架支撑体系。
从目前原地面和设计标高可知,高管脚手架搭设最高点在边跨处,高度达8米。
9.1、最不利荷载分析:
梁最不利荷载分布在31#、32#墩,该分布3米范围内梁高5米,荷载集中在墩顶,支架计算时忽略该点;满堂支架体系分直线段和非直线段两部分。
非直线段最不利荷载:
取31#墩某截面,取梁相临截面(14#截面)为最不利荷载。
梁高取4800mm,腹板厚取值800mm,顶底板厚度合计320+650=970mm。
直线段最不利荷载:
选取30#墩边梁3#—4#截面处截面参数计算,梁高取3000mm,腹板厚取值600mm,顶底板厚度合计450+500=950mm。
9.2、荷载取值:
恒载取1.2安全分项系数,活载取1.4安全分项系数,不考虑风荷载。
(1-5项根据公路桥涵施工技术规范取值)
1)根据设计图纸混凝土容重为N1=26KN/m3,
2)模板考虑自重按N2=0.75KN/m2,
3)、施工人员施工料具行走或堆放荷载N3=2.5KN/m2,
4)、混凝土振捣时产生荷载N4=2KN/m2,
5)、混凝土倾倒产生的冲击荷载取N5=2.0KN/m2,
6)、钢管支撑杆自重荷载构配件取值如下;
根据按照<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范>JBJ130—2001中规定
直角扣件:
按每个主节点处二个,每个自重:
13.2N/个;
旋转扣件:
按剪刀撑每个扣接点一个,每个自重:
14.6N/个;
对接扣件:
按每6.5m长的钢管一个,每个自重:
18.4N/个;
横向水平杆每个主节点一根,取2.2m长;
钢管尺寸:
φ48×3.5mm,每米自重:
38.4N/m。
扣件式钢管支架自重(按8m高度计算)
a、立杆自重(采用¢48*3.5mm钢管单位重量为3.84kg/m)
q立=0.0384KN/m*8m=0.307(KN/根)
q水平杆自重:
=6*2.2*0.0384=0.507(KN/根)
b、可调托座
q托=0.045KN/m*1个=0.045(KN/根)
c、扣件自重
直角扣件:
q扣=0.0132KN/m*6个*2=0.1584(KN/根)
对接扣件:
q对接扣=0.0184KN/m*1个=0.0184(KN/根)
则,扣件式钢管支架自重:
q=0.307+0.045+0.158+0.0184+0.507=1.04(KN/根)
9.3、荷载组合:
荷载组合表
荷载种类
直线段恒荷载(KN/m2)
非直线段恒荷载(KN/m2)
腹板
顶底板
模板
钢管脚手架
腹板
顶底板
模板
钢管脚手架
大小
78
24.7
0.75
1.04(KN/根)
124.8
25.22
0.75
1.04(KN/根)
荷载种类
直线段活荷载(KN/m2)
非直线段活荷载(KN/m2)
振捣砼荷载
振捣荷载
活荷载
振捣砼荷载
振捣荷载
活荷载
大小
2.0
2.0
2.5
2.0
2.0
2.5
9.4、立杆计算
(一)、立杆稳定性验算
因支架高度较小,根据<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范>JBJ130—2001中规定,可不考虑风荷载计算。
本工程设计上直线段,顶底板立杆横桥向间距@600,纵向间距@800,大小横杆步距1200mm;腹板处立杆横桥向间距加密为@300mm;本工程设计上非直线段,顶底板立杆横桥向间距@600,纵向间距@600,大小横杆步距1200mm;腹板处立杆横桥向间距加密为@300mm。
不组合风荷载时
N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4ΣNQk(5.3.2-1)
组合风荷载时
N=1.2(NG1k+NG2k)+0.85×1.4ΣNQk(5.3.2-2)
式中NG1k——脚手架结构自重标准值产生的轴向力;
NG2k——构配件自重标准值产生的轴向力
ΣNQk——施工荷载标准值产生的轴向力总和,内、外立杆可按一纵距(跨)内离工荷载总和的1/2取值。
荷载设计值在不同部位的设计值如下:
(1)直线段底板处:
N=1.2(NG1k+NG2k)+1.4ΣNQk
N=1.2*(24.7+0.75)*0.6*0.8+1.4*{(2+2.5+2)*0.6*0.8+1.04}
=14.66+5.82=20.48KN;
(2)直线段腹板处:
N=1.2*(78+0.75)*0.3*0.8+1.4*{(2+2.5+2)*0.3*0.8+1.04}
=22.68+3.64=26.32KN;
(3)非直线段顶底板处:
N=1.2*(25.22+0.75)*0.6*0.6+1.4*{(2+2.5+2)*0.6*0.6+1.04}
=11.22+4.73=15.95KN;
(4)非直线段腹板处:
N=1.2*(124.8+0.75)*0.3*0.6+1.4*{(2+2.5+2)*0.3*0.6+1.04}
=27.12+3.1=30.22KN;
立杆计算长度l0应按下式计算:
l0=kμh
式中k——计算长度附加系数,其值取10。
μ—考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数,μ=1;
h——立杆步距。
l0=kμh=1200mm
选用φ48mm×3.5mm钢管,截面面积A=489.3mm2,σ=215MPa,最小回转半径i=15.78mm,支撑立杆步距1.2m,长细比λ=l200/i=1200/15.78=76.05,查表得稳定系数φ=0.713
根据<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范>JBJ130—2001中规定:
取荷载最大处N=30.22KN进行立杆验算,由公式得出结果如下:
强度验算:
σ=N/φA=30220/489.3*0.713=86.6MPa<[f]=205MPa
(二)扣件抗滑验算
直角扣件、旋转扣件抗滑承载力每个取RC=8.5KN,立杆接高时,接高扣件数量确定:
30.22/8.5=3.6,取整数4,即接高时,防滑扣件数量4个。
9.5、立杆地基承载力验算
立杆荷载通过15cm后C20混凝土垫层传递至地基,荷载最不利腹板处每平方米立杆承受荷载为p腹板处=30.22/(0.3*0.6)=168KN/m2,根据设计图纸差的参数,地基承载力在120~150kpa之间,经过表层硬化,通过试验取得地基承载力参数,要求承载力不小与168KN/m2。
为确保地基完全可靠,考虑到不可预见因素,地基经平整碾压须达到标准(不合格的换填处理),其容许承载力最少>200KPa。
考虑雨水影响,再在上铺设一层混凝土厚度0.15m进行封闭,并通过现场地基荷载试验进行检验,合格后方可进行下道工序施工。
结论:
故满堂脚手架在直线段立杆间距按0.6x0.8m布置,横桥向间距600mm,纵桥向间距800,腹板处加密为@300布置,满足设计要求。
非直线处满堂脚手架在直线段立杆间距按0.6x0.6m布置,横桥向间距600mm,纵桥向间距600,腹板处加密为@300布置,满足设计要求。
10、梁续箱梁模肋及螺杆设计
根据最不利荷载,取非直线段进行计算,对拉螺杆按照梁全高5m处进行计算。
实际脚手管布置简图如下:
10.1、梁底纵横分配梁模肋选型
10.1.1横桥向底模模肋计算
初步假定:
横桥向底模模肋分布间距@200,采用7x10cm的木方。
由荷载组合可知,底板模肋各位置的线荷载如下:
q腹板=1.2*(124.8+0.75)*0.2+1.4*(2+2+2.5)*0.2=31.95kN/M
q顶底=1.2*(25.22+0.75)*0.2+1.4*(2+2+2.5)*0.2=8.05kN/M
横桥向底模模肋计算受力简图如下,按均布荷载取值计算:
受力计算图(单位KN,m)
由结构力学求解器,可得出弯矩、剪力图。
弯矩图(单位:
KN.m)
剪力图(单位:
KN)
7x10cm木方设计抗弯模量:
最大弯矩为:
最大弯应力:
惯性矩,,弹性模量E=9X103Mpa;
最大挠度:
;
底板横向分配梁布置满足要求.
10.1.2、底模板纵向分配主梁计算
分配梁纵桥按均布荷载计算取值,采用10X10cm木方。
纵向分配梁按照3等跨连续梁计算,取最不利腹板下的分配梁计算,计算简图及内力图计算如下。
线荷载q腹板=1.2*(124.8+0.75)*0.3+1.4*(2+2+2.5)*0.3=47.93kN/M
10x10cm木方设计抗弯模量:
惯性矩,,弹性模量E=9X103Mpa;
简化按均布荷载布置于纵向分配梁上。
受力计算图(单位KN,m)
由结构力学求解器可知弯矩、剪力图如下:
弯矩图(单位:
KN.m)
剪力图(单位:
KN)
最大弯矩为:
最大弯应力:
10.2、梁侧模计算(取最大截面处计算)
0号块为箱梁最大截面处,梁高5米计算侧模板,侧模板面板小肋采用5X10cm木枋,间距@200。
侧模板受力纵肋采用型钢,侧模采用4道φ25螺杆。
10.2.1、侧模板验算
1)、荷载分析:
式中:
P-新浇注砼对模板的最大侧压力,KN/m2;
γ-砼的容重,26KN/m2;
t0-砼初凝时间,当无资料时,按计算,T-砼的温度,取15℃;
υ-砼浇注速度,m/h,取2m/h;
H-砼侧压力计算位置处至砼顶面的总高度,H=1.0m;
β1-外加剂修正系数,不掺加外加剂时取1,掺具有缓凝使用的外加剂时取1.2;
β2-砼坍落度修正系数,取1.15。
取上两式中结果较小者,所以P=64KN/㎡
根据有关规范的规定,倾倒砼对垂直面模板产生的水平荷载:
①倾倒砼对腹板模板产生的水平荷载为2KN/m2。
②振捣荷载q,对水平面每平方米按2.0Kpa计算,对垂直面每平方米按4.0Kpa计。
故侧模板总体受力P=64+2+4=72KN/m2
新浇混凝土有效压头高度h=F/γ=72/26=2.77m。
混凝土侧压力计算分布图如下:
2)、侧模主肋(竖向)验算
侧模主肋(竖向)间距按600mm布置,计算竖肋的材料特性。
从计算结果的内力图可知,最大弯矩为Mmax=12.94KN.m,最大支座反力P=82.58
竖肋计算简图剪力图(KN)弯矩图(KN.m)
最大弯应力公式得:
选2根【10#槽钢,W=2x39.4=78.8cm3>。
3)、侧模次肋(横向)验算
侧模板次肋分布间距@200,则单位线荷载q=72x0.2=14.4KN/m,按5跨连续梁计算,其受力简图如下所示:
根据受力简图,可计算出次肋的内力,内力图如下所示:
侧模小肋受力弯矩图(KN.m)
侧模小肋受力剪力图(KN)
抗弯模量:
最大弯矩为:
最大弯应力:
惯性矩,,弹性模量E=9X103Mpa;
最大挠度:
;
满足要求。
11、说明
为便于脚手架的搭设,脚手管水平杆步距取1200mm,直线段立杆顺序桥向间距取800mm,横桥向底板范围间距取600+4X300+4X550+4X300+600mm;其他节段顺桥向间距取600mm,横桥向底板范围间距取600+4X300+4X550+4X300+600mm;
12、满堂支架具体结构及交通组织设施图
见后附图。
19
中交第二航务工程局有限公司宿淮铁路指挥部
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