崇义大桥一0块箱梁托架设计验算secret.doc

崇义大桥一0#块箱梁托架设计验算
【摘要】 崇义大桥一为T型预应力混凝土连续箱梁结构，为保证施工安全及施工质量，对主墩0#块箱梁托架进行设计验算。
【关键词】 0#块 托架 设计验算
1 工程概况
崇义大桥一上部为T型预应力混凝土连续箱梁结构，主跨跨径为（45+2*80+45）m，主桥箱梁结构为单箱单室，主墩中心处箱梁高5.0m。主跨中心箱梁高2.3m，箱梁中心高度依2次抛物线变化（5m~2.3m）。顶部设2%横坡，箱梁顶宽12.25m，底宽6.5m。箱梁设横、竖、纵三向预应力。两侧翼缘板宽度为2.875m，桥墩与箱底同宽，墩高23m~42m，0#块箱梁高度为5m，0#块箱梁长10m，纵向两侧各悬出3.5m。
根据实际情况，在双薄壁墩施工完成后，先搭设0#块箱梁托架，进行0#块模板、钢筋、混凝土施工，待混凝土强度达到80%以上后张拉纵、横、竖预应力，待混凝土强度达到90%以上时拆除支架、底模。
2 0#块箱梁托架设计
崇义大桥一箱梁0#块托架采用工字钢等材料，现场组合加工三角型托架，见图1、图2。

2.1 0#块支架材料参数数据
（1）、查取材料截面力学数据，计算参数由查阅相关资料取得。
I20a型钢截面参数，Ix=2369 cm4，Wx=236.9 cm3，ix=8.16cm， A截面积=35.55 cm2；
I25a型钢截面参数，Ix=5017 cm4，Wx=401.4 cm3， ix=10.17 cm， A截面积=48.51 cm2；
I36b型钢截面参数，Ix=16574 cm4，Wx=920.8 cm3， ix=14.08 cm， A截面积=83.64 cm2；
I45b型钢截面参数，Ix=33795 cm4，Wx=1500.4cm3， ix=17.41 cm， A截面积=111.4 cm2；

A3钢材弹性模量E=2.1*105MPa。
（2）、箱梁C50混凝土容重γ=2.65t/m3（考虑箱梁C50混凝土粗骨料为玄武岩，比重较大， 0#块箱梁钢筋密集）；
（3）、箱梁底模、侧模及翼缘板底模均采用厚h=7mm的大块钢模，单位钢模重量按0.11t/m2计算，翼缘板下的钢管支架按照0.02t/m2空间体积计算；施工人群荷载按0.225t/m2计算。
2.2 计算参数
2.2.1 箱梁截面性质系数
（1）箱梁0#块根部(1#块)至箱梁0#块跨中砼数量
（12.13+15.813）/2*3.75*2+(34.51-1.78)*3=195.99m3
实际上，该部分重量由薄壁墩承受，为使托架设计偏于安全，仍按照由底托架承担此部分重量。则0#块箱梁结构自重为
Ga=195.99*2.65 =519.37t。
（2、施工人群、设备荷载为
Gb=12.25*10*0.225=27.56t
（3）、模板支架重量按砼自重的5%
Gc=（519.37+27.56）*0.05=27.34t
对于托架上材料(槽钢、工字钢)在相应梁段分别计入。根据支架设计原则的荷载组合，G=Ga+Gb+Gc=574.27t
2.2.2 牛腿验算
在托架设计中,采用12个牛腿承受结构及施工荷载，单个牛腿受力P=（12.13+15.813）/2*3.75*2*2.65/12=23.14t，
小于单个牛腿的允许受力范围【P】=50t。
符合要求！

图3 牛腿设计图 图4 牛腿结构布置
2.3 托架设计
托架采用工字钢、槽钢等材料，现场组合加工三角型托架，属于静定平面桁架。为简化计算，将托架桁架按理想平面桁架构件进行计算，托架自重相对于箱梁等重量较小，计算过程中忽略不计，本文采用节点法计算。
2.3.1 外侧托架设计及验算

图5 纵断面布置图
按照混凝土一次浇筑计算，计算各杆件受力，其中外侧悬臂端托架需承受力为悬臂3.5m箱梁混凝土重、模板、支架重及施工机具与人群荷载，计算过程按照均布荷载考虑。底模板采用h=7mm大块模板，由于薄壁墩侧端托架既承受箱梁腹板混凝土、模板及施工荷载，同时还承受部分顶、底板及翼缘板的混凝土及施工荷载，混凝土荷载简化计算，将顶板厚度按均值考虑，（偏于安全，按0.7m），底板0.8~1.0m，均按1.0m考虑。

图6 支架设计图 图7 墩柱外侧支架结构布置
经计算，混凝土荷载、模板、支架及施工荷载合计
G=（12.13*3.5*2.65+12.25*3.5*0.225+1.0063*2*3*2.65/2）*1.05
=136.66t
（1） 水平杆3I45b验算
136.66*1000/3/4/100=113.88 kg/cm
托架承受均布荷载q=113.88kg/cm。轴向压力
бw=M∕W
=113.88*103/1500.4
= 75.89MPa <[бw]=145 MPa
满足要求。
挠度f=5qL4/（384EI）
=5*113.88*40004/（384*2.1*105*33795*104*2）
=2.6 mm <[f]=L∕400 = 10mm，
纵桥向侧端水平杆采用3I45b满足要求。
（2） 斜杆2I36a验算
托架夹角α=arc tg（250/298）=40º；
水平杆被斜杆支承点反力经计算,RA=23279kg。
斜杆轴力N= RA /cosα=23279∕cos38.56º=29770 kg
斜杆总长度L1=456.2cm，
长细比λ=μL/i，其中i=8.16，μ=1.0（当N/A≤0.15Φ1[σ]时），得出
λ=1.0*456.2/8.16=55.91，查表并内插计算得压杆折减系数
ψ=0.709+(0.775-0.709)/(60-50)*(60-55.91)=0.736
б=N/（ψ*A截面积）
=29770*10/(0.736*35.55*2*102)
=56.9 MPa < [б压]=140 MPa，
满足要求。
2.3.2 内侧纵主梁及斜腹杆设计及验算
（1）、纵主梁设计及验算
0#块箱梁按照一次浇筑完成，经分析两侧边纵梁（2I36b）受力最大，其承受腹板宽1.0m及底板、翼缘板混凝土荷载及施工荷载。经计算，箱梁混凝土均布荷载、模板均布荷载以及施工荷载：
G=606.86+258.38+0.11*(6.0*11*2+6.8*11*2+2.865*11+2.685*11+6.5*11)+
0.02*(2.865+2.685)*11*2.5+12.05*11*0.225
=943.67t
均布荷载q=629.1kg/cm，

图8 墩柱内侧托架设计图 图9 受力结构简图
选用2I36b，截面特性参数：Ix=16574cm4，Wx=920.8cm3
a． 压力计算
Mmax=1/8*q*L2=1228737 kg·cm
бmax= Mmax/Wx
=1228737/（920.8*2）
=667.2kg/cm2<[бfw]=1400 kg/cm2 最大节间长度L=125cm
满足要求！
b.挠度验算
fmax=5qL4/（384EIx）
=5*629.1*12504/(384*2.1*105*16574*104*2)
=0.29mm
[f]=L∕400 = 3.13 mm，
（2）斜杆2I25a型钢
斜腹杆承受的竖向荷载P=78639 kg，
斜腹杆与竖直面夹角α=arctg（2.87/3.59）=38.66º，
斜杆轴力N=P/cosα=100707 kg。
斜杆长度为L=459.6cm，
杆件长细比λ=μL∕i，其中i=（I∕A）1/2，得出λ=1.0*459.6/10.17=45.19，
查表并内插计算得压杆折减系数
ψ=0.916+(0.941-0.916)/(50-40)*(50-45.19)=0.928
б=N/(ψ*F)
=100707*10/(0.928*48.51*2*102)
=111.9 MPa<[б]=140 MPa，
满足要求。
2.3.3 墩侧托架设计及验算

图10 墩侧支架设计图 图11 墩侧支架结构布置
墩侧托架主要承受翼缘板混凝土、模板、支架及施工荷载，托架水平杆采用I25a，斜杆采用I20a。经计算，翼缘部分包含混凝土、模板、支架、施工机具等项，其中
翼缘混凝土G1=1.0571*16*2.65=44.821t；
模板、支架G2=2.865*16*0.11+(7.5-0.7)*16*0.11+(7.5-0.7)*16*0.02=19.19t
施工机具G3=2.865*16*0.225=10.314t；
均布荷载q=64.78 kg/cm。
（1）、水平杆2I25a验算
轴向压力
бw=M∕W
=1/8*64.78*30002/(2*401.4*103)
=90.8 MPa <[бw]=145 MPa 节间长度 L=3000mm，
满足要求。
挠度f=5qL4/（384EI）
=5*64.78*30004/（384*2.1*105*5017*104*2）
=3.2 mm <[f]=L∕400 = 6mm，
纵桥向侧端水平杆采用2I25a满足要求。
（2） 斜杆2I20a验算
托架夹角α=arc tg（300/300）=45º；
水平杆被斜杆支承点反力经计算,RA=9279 kg。
斜杆轴力N= RA /cosα=9279∕cos45º=16156 kg
斜杆总长度L1=424cm，长细比λ=μL/i，其中i=8.16，μ=1.0（当N/A≤0.15Φ1[σ]时），得出λ=1.0*424/8.16=51.96，查表并内插计算得压杆折减系数
ψ=0.709+(0.775-0.709)/(60-50)*(60-51.96)=0.762
б=N/（ψ*A截面积）
=16156*10/(0.762*35.55*2*102)
=29.8 MPa<[б]=140 MPa，
满足要求。
为加大托架受力后的安全系数储备，通过施加预应力来提高托架受力后安全度，纵桥向同方向设置2根精轧螺纹粗钢筋加螺帽，横桥向同方向设置2根精轧螺纹粗钢筋加螺帽，确保施工安全。
2.4 托架、支架、模板的安装、拆除
2.4.1 利用塔吊就位，人员站在工作脚手架上，在塔吊、倒链的配合下，将单片托架调整就位，并在临时固定后进行焊接，全部安装到位后进行整体联结。安装托架时将托架顶部调整到同一水平面上，以便支架安装并保证托架均匀受力，确保安全。
托架安装完毕后进行支架安装，安装过程中要严格检查托架、支架顶面标高是否符合设计标高，联结是否牢固，焊缝长度、厚度是否足够，不符合要求的要及时整改。
2.4.2 托架、支架安装完成后安装底模板，安装时首先在支架上划出立模边线，用塔吊、倒链配合，调整底模到位，然后将两片外侧模安装就位后将其固定在支架上，并有必要的拉杆及内撑杆将其联成整体。
2.4.3 横隔板进入洞顶以下部位的全部底板、腹板、横隔板钢筋绑扎完成后即可安装外侧模板。
2.4.4 底腹板和横隔板的全部钢筋绑扎和预应力管道固定后，将钢木组合模板吊入箱内安装固定，并按照施工需要预留进人和振捣孔。
2.4.5 顶板的全部钢筋和外模板安装调试好后，由上至下安装固定端模。
2.4.6 拆除顺序与安装相反。0#块模板的拆除工作量比较大，除少量转移可以利用塔吊外，多数需要通过预留孔、卷扬机来完成。0#块模板的拆除大致可分为侧模拆除；次支架及顶板拆除；主支架和0#块底板底模拆除；翼板拆除。
2.4.7 箱梁0#块预埋项目
0#块预留项目共有如下几类，挂篮施工预埋孔，挂篮试压预埋件、0#块托架施工预留孔、0#块托架卸落预埋孔、桥面高程及平面预埋控制点。具体为：
（1）、在箱梁两侧预留排气孔，每节段同侧上下各2~3个；
（2）、为卸落翼板模板，在翼板上方沿与腹板相接部位两侧设置预留孔；
（3）、腹板上部设置挂篮后锚预留孔；
（4）、在顶板、翼板处预留孔道，作为挂篮小车、内外滑梁吊架预留孔；
（5）、为满足挂篮施工要求，在0#块横隔墙位置预留两个内滑梁预留孔；
（6）、施工控制应力计、挠度测量点。
3 结语
综上所述，以上设计满足施工要求，经过崇义大桥一4个主墩箱梁0#块托架、支架、模板及混凝土现场施工验证，施工质量和施工安全符合要求！

参考文献
1、结构力学 高等教育出版社 2004 李廉锟
2、路桥施工计算手册 人民交通出版社 2001 周水兴等