结构检算2010-1-10.doc

高阳河特大桥跨S243省道连续梁检算资料
一、工程概况
高阳河特大桥全长4828.01m，含两联1-（32+48+32）m现浇连续梁，梁高3.278m，底宽5.4m，顶宽12.0m。连续梁结构图如下所示：

结构自重如下表1所示：
部位
材料
规格型号
单位
数量
主梁
混凝土
C50
m3
1334
Fpk=1860MPa钢绞线
12-φS15.20
t
62
4-φS15.20
t
15
普通钢筋
HPB235
t
12
HPB235
t
253
33#-36#墩横跨在建S243省道，与省道斜交80°，34#及35#墩位处在建公路两侧处，梁底与S243省道路面间净高5.2m。S243省道计划在下半年建成通车。
线路与S243省道平面关系如下图所示：
二、结构计算
1、模板检算
由上图1连续梁标准断面图尺寸知：端隔墙处腹板厚度130cm，底板厚度85cm，顶板厚度65cm，翼缘板根部厚70cm，翼缘板端部厚28.4cm；其余梁端腹板厚度67cm，底板厚度47.5cm，顶板厚度30cm，翼缘板根部厚70cm，翼缘板端部厚28.4cm，根据计算原则取具有代表性的部位进行模板受力分析。
根据上述分析：对腹板和底板进行受力计算。模板选用18mm厚竹胶板，方木间距25cm。

取一榀计算单元进行计算，梁体自重取26KN/m3，g取10KN/m3。受力分析如下：
箱梁自重：
模板自重：
施工荷载： （《路桥施工计算手册》P172）
混凝土振捣时产生的荷载： （《路桥施工计算手册》P172）。
荷载组合：一榀单元中模板的受力之和为（安全系数取1.4）：

1.1、底板处模板受力计算
根据上述荷载组合知：1联连续梁的结构自重为51804.1KN，连续梁的自重通过模板逐渐往下部结构传递，取1m计算单元，则1m连续梁的结构自重为：

根据上述箱梁断面尺寸知：箱梁底板宽度为5.4m，则底板处模板受到的线荷载大小为：

其受力图如下图所示：

按简支梁计算，其受力模型如下图所示：

（1）抗弯强度要求
由上图知：==0.66kN.m；

满足抗弯强度要求。
（2）按刚度要求
==0.196mm
＜，挠度符合要求。
满足刚度要求。
说明：Mmax—一榀计算单元中最大弯矩，单位KNm；
σ—模板所受的弯曲应力，单位N/mm2；
ω—模板的截面抵抗矩，单位mm3；
b—模板的计算宽度，单位mm；
h—模板的计算高度，单位mm；
Vmax—模板所受的最大剪力，单位KN；
τ—模板所受的剪应力，单位N/mm2；
fmax—计算模型中，模板的最大挠度，单位mm；
fd—模板的容许弯曲应力，单位N/mm2；
fv—模板的容许剪应力，单位N/mm2；
【ω】--模板的容许变形值，单位mm。
1.2、腹板侧模受力分析
新浇混凝土对模板的侧压力（采用振捣棒时）大小按以下公式计算：
或
取两者的较小值。
其中：F—新浇筑混凝土对模板的侧压力（KN/m2）；
γc—混凝土的重力密度（KN/m3），本计算书中取26 KN/m3；
V—混凝土的浇筑速度（m/h），本计算书中取1m/h
t0—新浇筑混凝土的初凝时间（h），按试验确定；缺资料时可采用t0=200/（T+15），T为混凝土的温度（℃），混凝土的温度取值按照不小于5°。
β1—外加剂影响修正系数；不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；
β2—混凝土塌落度影响修正系数；当塌落度小于30mm时取0.85，塌落度为50~90mm时取1.0，塌落度为110~150mm时取1.15.
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）。
由上式计算：

按照上述两式中最小值取混凝土对侧模的压力为78.936KN/m2，混凝土对侧模的压力取值为80KN/m2。
腹板支撑如下图所示：

腹板内外模采用厚18mm竹胶板，利用15×15cm方木作横带，间距25cm，然后竖向采用双拼[18a槽钢作竖带，按水平间距1m布设，拉杆采用φ28精轧螺纹钢，纵向间距按照2m，充分利用通风孔设置。
①计算承载力
取内楞木间距为0.25m进行计算（见如下计算图式）：
80

==0.625kN.m；
其截面强度按下式计算：
= =11.6N/mm2＜[]=15 N/mm2，强度符合要求；
②验算刚度
模板挠度按下式计算：
==0.186mm
＜，挠度符合要求。
1.3、腹板两侧外楞18a槽钢受力分析
a：外愣双拼18a槽钢计算
外楞按双[18a槽钢设置，中－中间距按1.0m布置，拉杆纵向间距取2.0m进行计算：

①计算承载力
==5.625kN.m；
= =19.9N/mm2＜[]=170N/mm2，强度符合要求；
②验算刚度
==0.56mm；
＜，挠度符合要求。
b：腹板两侧内愣方木计算
腹板两侧外愣槽钢间距中-中为1m，方木间距为25cm，方木尺寸取15×15cm其受力模型图如下所示：

（1）抗弯强度要求

满足抗弯强度要求。
（2）按刚度要求
==0.066mm；
＜，挠度符合要求。
满足刚度要求。
c：外愣木外侧背带计算
为便与现场施工，背带取双拼[28a槽钢，按照在底板上方和翼缘板下方通长设置两道，拉杆间距2m。每道背带受力大小为：

其受力图如下所示：

（1）抗弯强度要求

满足抗弯强度要求。
（2）按刚度要求
==3.68mm；
＜，挠度符合要求。
满足刚度要求。
1.4、腹板拉杆强度计算
选用Φ28精轧螺纹钢对拉杆，螺纹内径为28mm，净面积616mm2。对拉杆纵向设置计算间距取2m。砼侧压力取F=80KN/m2。
拉杆的允许拉力为：
拉杆轴力为：N＝80×2.0×2.0=320kN＜,强度满足要求。
1.5、腹板拉杆伸长量计算
拉杆工作时受力长度为6500mm。
拉杆伸长量
由于拉杆的伸长模板向外的位移量为16÷2=8mm。满足要求。
1.6、翼缘板下模板受力分析
由上述荷载分析知每米箱梁结构自重为456.1KN，简化为三跨简支计算，方木间距按照25cm布置，则根据上述箱梁断面尺寸知：箱梁垂直投影宽度为12m，则翼缘板处模板受到的线荷载大小为：

翼缘板所受荷载大小为38KN/m<84.46 KN/m
所以，翼缘板的模板受力满足设计和施工要求。
2、模板支撑（方木）计算
根据模板的受力情况，在底板处方木受到的荷载>腹板侧模方木受到的荷载>翼缘板方木的荷载，方木间距均按照25cm布置，如果检算腹板底模处的方木受力能满足要求，那么底板处和腹板侧模处的方木也必定能够满足要求。
方木支撑图如下所示：

取简支梁计算，方木支撑I16间距取60cm，荷载按照均布荷载布置，其荷载大小为q=84.46×0.25=21.115KN/m，取q=22KN/m：
受力图：
22

（1）抗弯强度要求
由上图知：

满足抗弯强度要求。
（2）按刚度要求
==0.543mm；
＜，挠度符合要求。
满足刚度要求。
3、方木下I16工字钢检算
考虑到方木中心间距只有25cm，且方木本身宽度为10cm，方木边线之间距离只有15cm，荷载计算近似按照均布荷载进行计算。16工字钢间距按60cm布置，I16工字钢下部支撑分为三种工况，如下所示：
工况一：边跨部位：33#~34#墩：I16工字钢直接作用到贝雷片上（4排φ530螺旋钢管），贝雷片将荷载传递到I36a工字钢上，I36a工字钢落在φ530螺旋钢管上面，最后将荷载传递到基础上面。
工况二：中跨部分：在S243省道坡脚处I16工字钢直接将荷载作用到支架，通过支架将荷载传递到基础。
工况三：中跨部分：跨S243省道为I16工字钢作用到I36a工字钢上面，I36a工字钢通过φ530螺旋钢管将荷载传递到基础。
工况四： 35~36#墩，I16工字钢直接将力传递到贝雷片，贝雷片将力传递到基础上
根据三种不同工况进行受力分析，其中在工况一的情况下，贝雷片中-中距离为1.0m；在工况二的情况下，I36b工字钢中-中的距离为30cm（腹板下）、90cm（翼缘板处）和60cm（底板处）；在工况三的情况下，支架中-中距离为30cm（腹板下）、90cm（翼缘板处）和60cm（底板处）。按照最不利荷载计算，既最大荷载布置到支撑距离最大的情下，也就是工况一，如果把最大荷载布置到工况一上，经过计算能够满足受力及变形要求，那么工况二和工况三的情况下，其受力和变形也必定能够满足要求。因此只需计算工况一情况下的受力和变形即可。
取一榀计算单元进行荷载分析，按照最不利荷载布置，即按照腹板处传递下的作用力（最大）布置到间距为1.0m的贝雷梁上。取三跨等跨连续梁计算，支撑间距1.0m；则其受力图如下所示：

查表知I16工字钢线荷载为0.205KN/m，则其荷载大小汇集为：

I16工字钢：E=2.1×108KN/m2 I=1127×104mm4 W=140875mm3
其抗弯刚度EI=2.1×108×1127×10-8=2336.7KN·m2
受力模型如下所示：

弯矩图如下图所示：

剪力图如下图所示：

位移图如下图所示：
（1）抗弯强度要求
由上图知：

满足抗弯强度要求。
（2）按抗剪强度要求
由上图知：

满足抗剪强度要求。
（3）按刚度要求
由上图知：
满足刚度要求。
（以上钢材允许应力取自《路桥施工计算手册》P177页表8-7）。
4、翼缘板下脚手架受力分析
翼缘板下钢管脚手架采用φ48*3.5mm的钢管，立杆横距90cm，立杆步距60cm，相邻横杆间距120cm。
由上述翼缘板处的受力分析知，模板自重与翼缘板自重的荷载之和为38KN/m，方木和I16工字钢自重按照0.2KN/m取值，即：
每平米受到的荷载：
换算成每根立杆受到的荷载：
查《建筑施工简易计算》P108页表6-2知，按照横杆间距120cm可以承受的施工荷载为33.1KN，满足规范和施工要求。
5、I16工字钢下部结构受力分析
（1）工况一：边跨部分（33#~34#墩）
a：贝雷片受力分析
边跨贝雷片跨度分别为8.8m、9.0m、8.8m，按照9.0m跨度进行取值进行荷载分析。底板处贝雷片间距按照60cm布置，腹板处按照45cm加密布置，翼缘板处按照1m间距布置。
荷载大小通过上述计算知：在底板处为84.46KN/m；翼缘板下为38 KN/m。
I16工字钢间距为0.6m，因此9.0m范围内可以布置16根I16工字钢，查表知，单根I16工字钢线荷载为0.205KN/m，单片贝雷片的线荷载为2.7KN。荷载汇集大小为：
底板处：
翼缘板处：
由上述计算结果可以看出，底板处贝雷片的受力明显大于翼缘板处贝雷片的受力，因此检算底板处贝雷片受力满足要求后，则翼缘板处贝雷片的受力也肯定能够满足要求。
贝雷片抗弯刚度
受力模型如下所示：

弯矩图如下：

剪力图如下：

位移图如下：

（1）抗弯强度要求
由上图知：
满足抗弯强度要求。
（2）按抗剪强度要求
由上图知：
满足抗剪强度要求。
（3）按刚度要求
由上图知：
满足刚度要求。
（以上贝雷片允许应力取自《贝雷桁片手册》）。
b、I36a工字钢受力分析
查表知：I36a工字钢结构自重为0.6KN/m。
按照上述结构自重加上材料重量进行荷载汇集，其大小为：
底板处：q=84.46×（4.5+4.4）+0.205×9+2.7×3÷9+0.6×2=755.639KN/m
翼缘板下：=38×（4.5+4.4）+0.205×9+2.7×3÷9+0.6×2=342.145KN/m
由两根I36a工字钢进行受力，则单根工字钢受力为：
底板处： 底板处：
I36a工字钢抗弯刚度：
其受力图如下图所示：

弯矩图如下：

剪力图如下：

位移图如下：
（1）抗弯强度要求
由上图知：

通过上述弯矩图，I36a除去跨中最大的弯矩144.63KNm外，其余跨最大弯矩为88.56KNm。

满足抗弯强度要求。
为确保跨中最大弯矩处受力能够满足满足要求，现场在施工时，在跨中左右各1m处加焊加强肋板，以增大工字钢的承载能力，图示如下：

则：跨中最大弯矩处的拉应力：

跨中左右各1m范围内加焊15mm肋板后，其抗拉强度能满足要求。
（2）按抗剪强度要求
由上图知：

满足抗剪强度要求。
（3）按刚度要求
由上图知：
满足刚度要求。
（以上钢材允许应力取自《路桥施工计算手册》P177页表8-7）。
c、φ530螺旋钢管受力分析
整个边跨螺旋钢管的数量为28根，按照箱梁自重为51804.1KN，换算成32m边跨自重为14801.2KN，整个上部材料自重按照箱梁自重的10%选取。
则单根螺旋钢管的受力大小为N=

根据材料力学欧拉公式知：压杆稳定的临界压力
本方案中，螺旋钢管长度按照8m计，φ530mm壁厚14mm钢管柱两端按照一端固定一端简支考虑，查表可知：。
则：
所以钢管立柱稳定性满足规范要求。
d、C30钢筋混凝土条形基础受力分析
根据上述φ530mm钢管传递下的应力大小为：

所以C30钢筋混凝土条形基础承载力能够满足设计要求。
e、条形基础下地基承载力计算
设计条形基础尺寸为12m×2m×1.5m，单个条形基础受力大小为
N=581.47×7=4070.3KN
则条形基础下地基受力为：=169.6Kpa
33#~34#墩之间挖除表层土后，为（3）-1底层，厚度为19.3m，地基承载力为180KPa>169.6Kpa,能够满足承载力要求。
（2）工况二：中跨部分（S243省道上）
a、I36a工字钢受力分析
I36a工字钢按照间距60cm布置，跨度分别为5m，3.2m，5m。
按照最大跨度5m进行计算。
其荷载大小为q=84.46×0.6×0.6+0.87+0.205×10=33.33KN/m
I36a工字钢抗弯刚度：
其受力图如下图所示：

弯矩图如下：

剪力图如下：

位移图如下：

（1）抗弯强度要求
由上图知：

满足抗弯强度要求。
（2）按抗剪强度要求
由上图知：

满足抗剪强度要求。
（3）按刚度要求
由上图知：
满足刚度要求。
（以上钢材允许应力取自《路桥施工计算手册》P177页表8-7）。
b、I36a工字钢下I36a工字钢计算
通过工况二和工况一的比较知，在工况二的受力情况下，I36a工字钢要比在工况一的情况受力要小，而在工况一下I36a工字钢受力能满足承载力要求，因此在工况二的情况下，其受力也能满足要求。
c、I36a工字钢下φ530螺旋钢管受力分析
由上述工况一边跨螺旋钢管受力分析知，该段φ530螺旋钢管只承受13.2m范围内箱梁的自重，因此在工况一的情况下螺旋钢管都内满足设计要求，所以在工况二的情况下也一定能够满足。
d、C30钢筋混凝土条形基础和条形基础下地基承载力计算
通过工况二与工况一的比较知：在工矿二的情况下，其每道条形基础的受力比工况一情况下的受力要小，所以在工况一情况下，其受力都能满足要求，故在工况二的情况下，其受力肯定也能满足要求。
3）工况三：中跨部分（S243省道边坡上）
a：I16工字钢下支架受力分析
根据跨S243省道连续梁支架平面布置图，在省道边坡上底板处碗扣支架间距按照60×60cm间距设置，按照该尺寸进行荷载汇集如下：

查《建筑施工简易计算》P108页表6-2知，按照横杆间距120cm可以承受的施工荷载为33.1KN，满足规范和施工要求。
在现场施工时，底板处碗扣支架间距按照60×60cm布置，腹板处碗扣支架间距按照45×60cm间距布置。
b、C20混凝土基础和条形基础下地基承载力计算
由上述计算结果知：每个立杆所受的荷载大小为30.4KN，而每个立杆的底座尺寸为10×10cm。
每个立杆底座下地基所受的承载力为
因此，在支架搭设前，地面必须按照C20混凝土的强度等级进行硬化，否则不能进行支架搭设。
C20混凝土基础厚度按照20cm布置，应力扩散角按照45°选取，则地基受到的荷载大小为：

因此，在支架搭设前，S243省道两侧坡脚处和35#、36#墩边原地面必须进行处理，使其承载力不得小于122KPa。
（4）工况四：边跨部分（35#墩~36#墩）
a、I16工字钢下贝雷片检算
贝雷片间距布置同工况一，检算资料同工况一。
b、φ530螺旋钢管检算
螺旋钢管间距及数量同工况一，检算资料同工况一。
c、螺旋钢管打入深度计算
由高阳河特大桥设计图纸知35#墩~36号墩之间的地质情况如下：
（2）-1 粉质黏土 可塑 σ0=120KPa 层厚2.5~4.5m
（2）-3. 淤泥质粉质黏土 流塑 σ0=60KPa 层厚0.5~2m
（3）-1 粉质黏土 硬塑 σ0=180KPa 层厚10.5~18.3m
（3）-2 粉土 密实 σ0=150KPa 层厚2.4~8.5m
（3）-6 细圆砾土 中密 σ0=400KPa 层厚0~1.6m
（4）-2 泥质粉砂岩 强风化 σ0=300KPa 层厚0~2.6m
（4）-3 泥质粉砂岩 弱风化 σ0=400KPa 层厚6.6~8.4m
由《建筑施工简易计算》第二版P56（式3-24）知，一般直径桩的单桩竖向极限承载力特征值为：

式中：Qsk—单桩总极限侧阻力特征值
Qpk--单桩总极限端阻力特征值
U—桩身周长
qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力特征值，如无当地经验值，可按《建筑施工简易计算》第二版P57（表3-3）查表
li—桩穿越第i层土的厚度
qpk—极限端阻力特征值，如无当地经验值，可按《建筑施工简易计算》第二版P58（表3-4）查表
Ap—桩端面积，本式中取22694.86mm2。
钢管桩按照打入深度计算其容许承载力，本计算中其容许承载力按照取值，安全系数取2。

所以：x=3.32m
因此，钢管桩打入深度h=2.5+0.5+3.32=6.32m
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