现浇梁支架计算.doc

福建省古武高速公路工程A1标段

福建省古武高速公路工程

十方互通A匝道桥上部现浇箱梁

计

算

书

中铁十七局集团有限公司
古武高速公路A1标项目部
2011.05.28

古武高速公路工程A1合同段
现浇箱梁支架设计方案

一、工程概况
A匝道桥全桥长度为310 米，桥型布置为为4×30+3×30+3×31m预应力连续箱梁，全桥共计三联，本桥平面位于Ls=67.22mR=180m的左偏曲线、Ls=62.5m R=360m的缓和曲线上，纵面位于R=2600m的凸曲线，及i=1.434%下坡路段上。下部构造采用柱式墩、薄壁墩、桩基础；桥台采用肋式桥台、桩基础。箱梁为单箱双室结构，上部构造施工时，先浇注第二联3×30m，采用单端张拉的施工方法，然后依次浇注第三联、第二联。全桥现浇梁共有C50砼2623.2m3。

二、设计依据
1．福建省十方至东留段高速公路施工图设计；
2．中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004》；
3．中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ025-86；
4．中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024－85）；
5. 中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》(GB50017-2003)；
6. 中华人民共和国交通部战备办《装备式公路钢桥使用手册》；
7．人民交通出版社《路桥施工计算手册》
8．中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。

第一部分：现浇梁支架结构设计及验算
一、十方枢纽互通A匝道桥第二、三联现浇梁支架结构设计及验算
（一）、支架结构设计
十方枢纽互通A匝道桥现浇梁采用梁柱式支架，贝雷片作支架纵梁，钢管墩作临时支墩，钢筋混凝土扩大基础。由于第二联第1跨具有代表性，因此我们取支架第二联第1跨（4#～5#墩）计算受力。
1、 中间支墩基础：中间临时支墩钢筋混凝土扩大基础为3.0m×12m×0.3m，布单层φ16@20cm的钢筋网；基底进行换填级配碎石和隧道洞渣处理，确保基底容许承载力不小于200kPa。
2、 墩旁支墩基础：墩旁支墩基础为1.2m×12m×0.3m钢筋砼基础，布单层φ16@20cm钢筋网。
3、支墩：中支墩采用双排φ＝630mm，δ＝7mm钢管；桥梁中墩旁支墩采用单排φ＝630mm，δ＝7mm钢管，并在管桩顶底部焊接δ＝10mm盖板，每排5根钢管。
4、支架纵梁：用国产贝雷片拼成支架纵梁，两排一组。每跨现浇梁支架由两孔贝雷梁组成，贝雷纵梁跨度分别为12m、15m，12m跨采用6组12排贝雷梁组成，15m跨采用8组16排贝雷梁组成，均作简支布置。
现浇箱梁支架结构图详见附图。
（二）、荷载计算及组合
1．荷载计算
根据《公路桥涵施工规范》主要考虑以下荷载：
⑴ 新浇筑混凝土的自重：
A匝道桥二联（墩号4#-7#）设计混凝土数量为738 m3，根据变截面尺寸计算得：4-5孔混凝土数量为246.9 m3，5-6孔混凝土数量为244.2m3，6-7孔混凝土数量为246.9m3 。根据《公路桥涵施工技术规范》附录D钢筋混凝土的容重采用26kN/m3。
取最不利的4-5孔箱梁进行支架计算，箱梁每延米的自重为：
4-5孔：q1＝246.9×26/30＝213.98kN/m
⑵ 模板自重：本桥现浇箱梁内模采用木模板，在工地自行加工，内模每延米自重3.2kN/m；外模底板和翼板采用竹胶板，外模每延米自重4.5kN/m；模板自重合计7.7kN/m。
⑶ 支架自重（经主要工程材料数量统计及参考其它类似桥梁资料）：G=270×12×9÷30×10=9.7kN/m（支架自重包括木楔子、方木、槽钢分配梁、贝雷梁等的重量）
⑷ 施工人员和施工料具等行走、运输或堆放荷载：
4-5孔：q＝2.5 kN/m2×12=30 kN/m
⑸振捣混凝土时产生荷载：
4-5孔：12×2kpa=24kN/m
按规范规定验算支架强度时采用⑴～⑸荷载组合：
4-5孔： 289.68kN/m
按规范规定验算支架挠度时采用⑴～⑶荷载组合：
4-5孔： 235.68kN/m
2．纵梁验算(以受力最大的4#～5#孔验算)
⑴ 贝雷纵梁强度验算
① 15m、12m跨贝雷纵梁强度验算
15m跨横向布置16排贝雷纵梁，12m跨横向布置12排贝雷纵梁，作用在每片贝雷纵梁上的荷载按均布荷载计算，考虑1.2不均匀分布系数，每排贝雷纵梁的最不利荷载组合为：
（15m跨）q=(289.68kN/m)/14×1.2=24.82kN/m
（12m跨）q=(289.68kN/m)/12×1.2=28.97kN/m
贝雷梁受力结构简图如下图示

经计算贝雷纵梁的最大弯矩：
（15m跨）：
Mmax＝1/8ql2=1/8×24.82×152＝698.06kN.m<[M]=788.2 kN.m
（12m跨）：
Mmax＝1/8ql2=1/8×28.97×122＝521.424kN.m<[M]=788.2 kN.m
注：[M]=788.2 kN.m为国产321型贝雷片的容许弯矩值
故满足要求。
经计算得贝雷纵梁最大剪力：
（15m跨）Qmax＝1/2ql=1/2×24.82×15＝186.09kN（发生在两端的支撑处）<[Q]=245kN。
（12m跨）Qmax＝1/2ql=1/2×28.97×12＝173.82kN（发生在两端的支撑处）<[Q]=245kN。注：[Q]=245kN为单排单层贝雷的允许剪力。
满足要求。
⑵ 挠度（刚度）较核
验算贝雷梁的挠度时荷载取q=213.98kN/m，
① 计算15m、12m跨贝雷纵梁在荷载做用下的弹性变形：
（15m跨）
fmax=5ql4/(384EI)=5×24.82×150004/(384×2.1×105×2.505×104)=30.1＜15000/400=37.5mm=L/400 ( 发生在跨中 )
满足规范要求（12m跨）
fmax=5ql4/(384EI)=5×28.97×120004/(384×2.1×105×2.505×104)=14.8＜12000/400=30mm=L/400 ( 发生在跨中 )
满足规范要求
4．36a工字钢横梁演算
每排支墩设置一组，每组由2根I36a工字钢拼焊组成，钢管支墩横桥向间距如附图所示。
I36a工字钢截面特性：
截面积：A＝76.44cm2
惯性矩：Ix＝15796c m4
截面抵抗矩：Wx＝877.6cm3
腹板厚：d=10mm
Ix/Sx＝31cm
（1）中支墩顶横梁受力计算（4～5孔15m跨中支墩横梁）
工字钢受力简图、弯矩图、剪力图如下：

工字钢受力简图 （单位：m）

弯矩图 （单位：kN· m）

剪力图 （单位：kN）

（2）强度验算
由弯矩图、剪力图可知：最大弯矩发生在中间支柱最大弯矩Mmax =122.11KN·m、Qmax =290.83KN。一组工字钢由2根组成，则每根所受弯距为122.11/2＝61.05KN·m，剪力为290.83/2＝145.41KN。
σmax=Mmax/2/Wz=61.05×106N.mm/877.6×103mm3=65.8Mpa<[σ]=140Mpa 满足要求。
τmax=Qmax/2/(( Ix/Sx)d)=145.41/(31×10-2×10×10-3)=46.9Mpa
所以τmax <[τ]=85Mpa 满足要求。
（3）中支墩顶横梁受力计算（4～5孔12m跨中支墩横梁）
工字钢受力简图、弯矩图、剪力图如下：

工字钢受力简图 （单位：m）

弯矩图 （单位：kN· m）

剪力图 （单位：kN）

（2）强度验算
由弯矩图、剪力图可知：Mmax =182.7KN·m（发生在中间两根钢管支墩处）、Qmax =338.1KN。一组工字钢由2根组成，则每根所受弯距为182.7/2＝91.35KN·m，剪力为338.1/2＝169.05KN。
σmax=Mmax/2/Wz=91.35×106N.mm/877.6×103mm3=104.1Mpa<[σ]=140Mpa 满足要求。
τmax=Qmax/2/(( Ix/Sx)d)=169.05/(31×10-2×10×10-3)=54.54Mpa
所以τmax <[τ]=85Mpa 满足要求。

5．钢管支墩受力验算
取φ630×7mm螺旋焊钢管材料进行验算，考虑钢管可能锈蚀，壁厚按δ＝6mm进行计算。其钢管截面特性如下：
A=117.24cm2
I=56705.18cm4
M＝92.83Kg/m
由以上计算得各贝雷纵梁在支墩顶产生压力，中支墩靠15m跨一侧支墩受力最大，其最大荷载值为：
4~5孔 Nmax＝289.68×15/2=2167.5kN。
考虑1.2的不均匀分布系数，单根钢管支墩承受的竖向荷载：
4~5孔 Pmax＝1.2×Nmax /5=520.2kN。
⑴ 强度验算
单根φ630mm，δ＝6mm钢管截面承受的允许压力[N]
[N]＝A×[σ]＝2πR·δ·[σ]
＝2×3.14159×0.315×0.006×140000
＝1661.69 kN
4~5孔 Pmax=520.2kN < [N] (满足要求)
⑵ 稳定性较核
按两端铰支计算钢管稳定容许应力，按高差最大(互通主线左幅7#墩，考虑地基换填标高可能变化，按高15m)支墩验算其稳定性，钢管支墩最大自由长度为L＝15m。按路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力：
[σ]ω＝φ[σ]＝0.387×140=54.18MPa
式中：φ——压杆稳定系数，由压杆柔度系数λ查表得出；
λ＝νL/γ＝1.2×15/0.22＝81.81，该处φ＝；
ν——压杆的长度系数，该处取ν＝1.2；
L——压杆的自由长度，该处L=15m；
γ——压杆对轴的惯性半径，该处γ＝√I/A＝0.22；
[σ]——压杆材料的容许应力，钢管[σ]＝140MPa。
单根钢管的稳定容许压力：
[P]＝[σ]ω·A＝54.18×103×11.724×10-3＝635.21 kN
式中：[σ]ω——钢管的稳定容许应力（由上式求得）；
A——钢管壁的横截面面积（直径0.63m，壁厚0.006m）
将单根钢管的稳定容许压力[P]与单根钢管支墩承受竖向荷载N作比较
4~5孔 Pmax=520.2kN < [P] (满足要求)
6．支墩基础承载力验算
桥位处地质上层有的为填筑土（层厚0.8m），下层为粉质粘土（层厚3m～5m），粉质粘土设计地基承载力基本容许值为180Kpa。设计将支墩基础的持力层设在粉质粘性土层上。由支墩传下荷载由两边扩大基础承受；中间支墩基础受力较大，但设计钢筋混凝土基础面积较大，墩旁钢筋混凝土基础面积较小，下面对4#墩旁支墩基础受力进行验算。按粉质粘土作持力层验算地基承载力：
⑵ 基础面积：S=1.2m×12m=14.4m2
⑵地基实际承受的最大荷载：Pmax＝G1+G2+G3=2321.98kN。
式中：G1——上部结构传至钢管墩顶的总荷载：
G1=15/2×289.68＝2172.6kN
G2——钢管支墩自重（含纵横垫梁及连接件）47.5 kN
G3——支墩基础自重：
G3=（1.2×12×0.3）×24=103.68 kN
⑶ 基实际承受应力：[σ]＝P/S=2321.98/14.4＝161.24KPa。
故要求地基承载力不小于165KPa，粉质粘土能满足设计要求，但因桩基系梁开挖，已扰动土需挖除，并换填洞渣或鹅卵石，换填最小厚度不小于60cm，经过压实处理后方可施工支墩基础。

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