悬空支架-三角托架法盖梁计算介绍.docx

悬空支架-三角托架
以高尧Ⅰ号大桥为例，长度11m的0号块和长度3.5m的1号块采用了悬空托架施工。根据主墩为双空心薄壁墩的设计特点和墩高限制，0号块悬空托架在设计时采用了联体三角托架和简支托梁的两种施工方案。
1三角托架及其使用材料

1.1纵向分配梁
位于底模和翼板桁架下面，采用I25a热轧普通工钢，翼板下横向间距90cm，腹板下间距24cm，中间底板下间距47-75cm。单根长度5.98m，共计21根。其材料截面参数： Wx = 401600 mm3，Sx = 228874 mm3，腹板8.5 mm，最大壁厚 13.7 mm，抗拉抗压抗弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。
1.2主横梁
位于纵向分配梁下面，采用I45a热轧普通工钢。纵向间距分别为273cm，36cm，273cm，以0号块中心纵向对称布置。单根长度13m，共计4根。其材料截面参数： Wx = 1.43111e+006 mm3，Sx = 829582 mm3，腹板11.5 mm，最大壁厚 18 mm，抗拉抗压抗弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。
1.3落梁楔块
位于主横梁下方与托架的结合部位，主要为了调整底模标高和便于模板、支架拆除。一般情况下采用钢（木）制楔块或钢砂筒，本桥采用钢砂筒，共计16个。
本桥钢砂筒为外径为280mm厚度16mm的钢板卷制，也可用壁厚16mm管径280mm的钢管。砂筒高度不宜太高，控制在350mm之内并能保证落梁50-100mm即可。
1.4三角托架
托架位于落梁楔块的下方。横桥方向设4片三角托架，托架间距分别为1.2m、3.75m、1.2m，以0号块中心横向对称布置。单端托架水平撑长度2.99m，两端托架安装完成后将托架水平撑连接成整体。
三角托架总高度3.40m，水平撑和斜撑夹角45。，为等腰直角三角形设计。单片三角托架水平撑和斜撑均采用2根[32a热轧普通槽钢对口放置成箱型截面，与墩身预埋件刚性连接。
水平撑和斜撑截面参数：Ix = 1.47722e+008 mm4，Wx = 923260 mm3，Sx = 544959 mm3，A=9573mm2，腹板16 mm，最大壁厚 14 mm，抗拉抗压抗弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。
1.5预埋牛腿
预埋钢板的板厚16mm，加强板板厚20mm，单片预埋钢板几何尺寸400*600mm，加强板为三角形，水平撑位置加强板几何尺寸150*240mm，斜撑位置加强板几何尺寸300*400mm。预埋钢板、加强板、水平撑及横撑之间焊接方式为坡口焊，焊缝高度不小于8mm。
预埋钢板预留螺栓孔，墩身预埋钢筋采用Ф20圆钢。

托架拼装阶段（纵桥向）

托架拼装阶段（横桥向）

浇筑阶段和钢筋绑扎阶段
2施工荷载的计算
2.1混凝土荷载
箱梁混凝土单端翼板（横宽3.0m）面积1.32m2，单侧腹板（横宽0.85m）面积7.65m2，顶板和中间部分底板（横宽5.3m）面积10.10m2。混凝土密度按26KN/m3计算，胀模系数1.05。顺桥向：
单端翼板混凝土重1.32*26*1.05=36.04 KN/m
单侧腹板混凝土重7.65*26*1.05=208.85 KN/m
顶板、底板混凝土重10.10*26*1.05=275.73 KN/m
2.2模板荷载
箱梁模板重量按85kg/m2（钢模80-125kg/m2）计算，即0.85KN/m2。翼板宽度3.0m，腹板宽度0.85m，内外侧高度7.8m、8.5m，中间部分底板宽度5.3m。顺桥向：
单端翼板模板重3*1*0.85=2.55KN/m
单侧腹板内外模板重（8.5+7.8+0.85）*1*0.85=14.58KN/m
底板、顶板模板重（5.3+5.3）*1*0.85=9.01KN/m
2.3内外模桁架或支架
外模（翼板）桁架由槽钢、角钢焊制，顺桥向12.50 KN/m
内模采用钢管支架，顺桥向4.50 KN/m
2.4临时荷载
施工人员及机具按2KPa计算，顺桥向：
单端翼板3*1*2=6.0KN/m
单侧腹板0.85*1*2=1.70KN/m
底板、顶板（5.3+5.3）*1*2=21.20KN/m
混凝土倾倒和振捣按4KPa计算，顺桥向：
单端翼板3*1*4=12.0KN/m
单侧腹板0.85*1*4=3.40KN/m
底板、顶板5.3*1*4=21.20KN/m
2.5各部分顺桥向施工荷载汇总
（考虑到预压荷载为120%，故计算荷载均*1.2）
单端翼板（36.04+2.55+12.5+6.0+12）*1.2=82.91KN/m
单侧腹板（208.85+14.58+1.7+3.4）*1.2=274.24KN/m
底板、顶板（275.73+9.01+4.5+21.20+21.20）*1.2=331.64KN/m
3纵向分配梁计算
3.1箱梁腹板位置纵向分配梁
单侧腹板下面横向布置4根普通热轧I25a作为纵梁，则每根纵梁荷载q1=274.24/4=68.56 KN/m。
计算模型（支承位置为主横梁）：

将计算简化成简支梁便于计算，材料自重放大系数为1.2，计算结果：最大剪力94.52KN，最大弯矩63.60KN.m。
由 Vx* Sx / (Ix*Tw)计算得最大剪应力为53.86MPa，满足。
由 Mx / Wx计算得最大弯曲应力为158.36MPa，满足。
最大挠度为4.76mm，挠跨比为 1/574<1/400，满足。
2处支承反力分别为101.11KN、106.94KN。纵梁支承位置为主横梁，支承反力也就是传递主横梁的集中荷载。
3.2箱梁底板位置纵向分配梁计算
底板下面横向布置7根普通热轧I25a作为纵梁，则每根纵梁荷载q2=331.64/7=47.38KN/m。
计算模型与腹板下纵梁相同，底板荷载小于腹板（47.38KN/m <68.56KN/m），故该部位纵梁抗弯、抗剪及挠度均满足要求。
为了方便检算主横梁，需要对其支承反力进行计算。经计算支承反力为：69.36KN、74.12KN。
3.3翼板下面纵向分配梁
翼板下面横向布置3根普通热轧I25a作为纵梁，则每根纵梁荷载q3=82.91/3=27.64KN/m。翼板荷载小于腹板（27.64KN/m <68.56KN/m），故该部位纵梁抗弯、抗剪及挠度均满足要求。
为了方便检算主横梁，需要对其支承反力进行计算。经计算支承反力为： 40.76KN、43.54KN。
4主横梁计算
主横梁为I45a热轧普通工钢，其上部承受21根不同位置的纵梁下传的集中力，下部由4片托架支撑。
主横梁受力简图：

由于中间位置主横梁受力明显大于靠墩身位置主横梁，故以其作为控制计算。
4.1中间位置主横梁检算
共有 5 跨，梁材性Q235，材料自重放大系数为1.2。
第 1 跨计算结果（3.28m，悬臂端）：最大剪力240.71KN，最大弯矩292.55KN.m。
由 Vx* Sx / (Ix*Tw)计算得最大剪应力为53.93MPa，满足。
由 Mx / Wx计算得最大弯曲应力为204.42MPa，满足。
第2 跨计算结果（1.35m）：最大剪力435.25KN，最大弯矩292.55KN.m。
由 Vx* Sx / (Ix*Tw)计算得最大剪应力为97.51MPa，满足。
由 Mx / Wx计算得最大弯曲应力为204.42MPa，满足。
最大挠度为0.47mm，挠跨比为 1/2870< 1/400，满足。
第3跨计算结果（3.75m）：最大剪力187.32KN，最大弯矩103.35KN.m。
由 Vx* Sx / (Ix*Tw)计算得最大剪应力为41.97MPa，满足。
由 Mx / Wx计算得最大弯曲应力为72.21MPa，满足。
最大挠度为1.85mm，挠跨比为 1/2029< 1/400，满足。
第4跨计算结果同第2跨，第5跨计算结果同第1跨。
4处支承反力经计算分别为：675.96KN、226.31KN、226.31KN、675.96KN。主横梁支承位置为三角托架的水平撑，支承反力也就是传递托架的集中荷载。
4.2靠近墩身位置主横梁检算
由于该横梁集中力荷载均小于中间位置主横梁，故横梁的抗弯抗剪强度不需检算。但主横梁支承位置为三角托架的水平撑，支承反力是传递托架的集中荷载。故对4处支承反力经计算分别为：637.08KN、139.46KN、139.46KN、637.08KN。
5砂桶计算
单只砂桶受压按675.96*1.2=812KN进行控制计算，1.2为安全系数。

砂桶的顶心直径20cm，则顶心传递给细砂压应力为：
N/A=812000/(3.14*0.22/4)=25.86 MPa。
泄砂桶内壁直径为28-1.6*2=24.8cm，泄砂桶装砂高度15cm，细砂向砂桶壁的侧向力为：25.86*0.248*0.15=961KN。
泄砂桶桶壁厚度1.6cm，桶壁高度20cm，则桶壁拉应力：
961000/(2*0.016*0.2)=150.16MPa<205MPa，满足。
说明：部分桥梁工程师在计算最后一步时，桶壁计算高度=装砂高度=15cm，则桶壁拉应力为961000/(2*0.016*0.15)=200MPa。基于安全考虑，建议可采用该法。

6托架计算

从下传荷载可知，墩身两侧的托架受力明显大于中间托架，故以墩身两侧托架做控制计算。托架斜杆的压力：Px=675.96/cos40o =882.40KN，水平撑轴向拉力：Pz=882.40*sin40o=567.20KN。
5.1托架水平撑
根据设计托架水平撑为无弯矩结构。
其轴向拉应力：σ= Pz/A=567.20*103/9.573*10-3=59.25 MPa
其端部剪切力：τ=675.96*103/9.573*10-3=70.61 MPa
合成应力为92.18MPa，满足。
5.2托架斜撑
按轴向受力的压杆进行稳定计算。
计算长度3.93m，双根[32a热轧普通槽钢对口成箱型截面。绕x轴回旋半径124.22mm，长细比31.64，按钢结构设计规范b类截面计算绕X轴受压稳定系数0.930。绕y轴回旋半径120.19mm，长细比32.70，按钢结构设计规范b类截面计算绕X轴受压稳定系数0.926。
σx=882.40/（0.930*9.573*10-3）=99.11 MPa，满足。
σy=882.40/（0.926*9.573*10-3）=99.54 MPa，满足。
5.3水平撑牛腿

水平撑牛腿预埋钢板尺寸及厚度计算、连接位置焊缝计算、锚固钢筋直径和锚固长度计算参照第8节预设牛腿法计算。
5.4斜撑牛腿

斜撑牛腿检算过程不做介绍。但计算需要注意的是：计算必须考虑水平分力对其的影响；并对墩身混凝土抗压进行检算。