连续梁支架设计方案-上报.doc

中铁二局股份有限公司杭州湾跨海大桥X合同 G01~G08现浇段箱梁支架设计计算书

杭州湾跨海大桥X合同

中铁二局股份有限公司
杭州湾跨海大桥X合同项目经理部
二00四年十月

G01~G08现浇段箱梁支架设计计算书
1. 概述
G01~G08现浇段里程K81+435~K81+815，其中G01~G04跨为50+80+50m变高度连续梁，跨十塘大堤；G04~G08跨为4×50m等高度连续梁。
⑴50+80+50m连续梁
跨十塘桥梁上部结构采用50+80+50m三跨变高度预应力混凝土连续梁，单幅桥为单箱单室斜板截面，中间支点处梁高4.5m，跨中及边支点处梁高3.2m，主梁采用圆曲线变高，变高范围为中支点附近左右各36.0m。
主梁顶宽15.8m，2%的横坡；主梁在直线段底宽6.63m，在变高范围内底宽由6.63m变6.00m；腹板厚度0.55m~0.70m；箱梁翼缘悬臂长3.90m，悬臂根部高0.50m，悬臂端部高0.20m；顶板厚0.26m，底板厚度0.25m~0.70m。
主梁端横梁厚1.2m，中横梁厚2.0m。
⑵4×50m连续梁
50m等高预应力连续箱梁单幅桥面顶宽15.8m，2%的横坡，采用单箱单室斜腹板箱形截面，梁高3.2m；主梁底宽6.63m；腹板厚0.60m；箱梁翼缘悬臂长3.90m，悬臂根部高0.50m，悬臂端部高0.20m；顶板厚0.26m，底板厚0.30m。
两跨连续梁均采用支架法现浇施工，支架采用重型门架，支架基础处理：在原地面填筑宕渣，压路机碾压密实后，硬化混凝土作为支架基础。支架上安装可调节顶托，顶托上安放底模板，外模板加固桁架也通过顶托进行支撑；支架与混凝土基础接触处安装底托，截面14x14cm。
4×50m联采用预制梁的底模板和外模板；50+80+50梁底变高变宽，为便于调节和加工，该段底模板将采用竹胶板和枋木，竹胶板规格122x244x1.5cm，枋木规格15x15cm，外模采用预制梁外模接长后使用。
2. 4x50m联连续梁支架
2.1 荷载分析及支架布置
梁体截面见下图：

作用在梁底支架上的荷载包括梁体自身的荷载（混凝土、钢筋、钢铰线）、模板和施工荷载。底模采用预制梁底模板，扁担梁为双16#槽钢，338.32Kg/件，纵向间距100cm，长7.6m；底模板包括面板和纵向加劲14#槽钢，35567.17Kg/件，长45.9m，宽6.615m。侧模板4m一节，4品加劲桁架，底横梁为I16工字钢，沿纵向间距1m，内侧外模板5529.1Kg，外侧外模板5370.9Kg。施工荷载为振捣荷载+人荷载，按4KPa考虑。
2.2 支架布置及承载力计算
根据扁担梁间距和外模加固桁架的间距，初步确定底模板外模板（翼缘板）下支架沿纵向间距1m。
钢管规格：HR可调重型门架
毛截面积A=2A0=856mm2
每榀门架高1.7m
k——材料强度调整系数，当脚手架的高度小于30m时，取0.8
φ——门架立杆稳定系数，长细比λ=h/i=96，查表得φ=0.618
[σ]——材料设计强度值取205MPa，验算支架整体稳定承载力时，乘0.878降低系数
单榀门架稳定承载力
[N]=kφA[σ]=0.8×0.618×856×10-6×0.878×205×103=76.173KN
单根立柱的承载力为38.086KN
荷载分析及支架布置：
S1部分：
砼面积：A1=1.3635m2
施工荷载：4KPa
模板荷载：按照侧模板的1/2考虑，55.29/4×1/2=6.911KN/m
作用在支架上荷载：
1.3635×26+4×3.9+6.911=57.962KN/m
为方便操作，同时考虑到模板移动，翼板下设置4根立杆，其中两根立杆上顶托上铺设纵向钢轨，作为模板移动轨道。外侧两根立杆承受荷载，每根立杆承受荷载为28.981KN，满足安全要求。
S2部分：
砼面积：A2=2.8374m2
每延米荷载：2.8374×26=73.77 KN/m
施工荷载：4KPa
侧模板作用于S2部分下支架上的压力按其荷载的1/2考虑，荷载大小
55.29/4×1/2=6.911KN/m
底模板作用于S2部分下支架上的压力
355.672÷45.9÷6.615×1=1.171KN/m
扁担梁作用于S2部分下支架上的压力
3.383×2÷7.6×1.5=1.335KN/m
作用于底板支架上荷载：73.77+4×1.67+6.911+1.171+1.335=89.867 KN/m
该部分荷载考虑由3根立杆承担，立杆横向布置3根，间距均为46.5cm，每根立杆承受荷载29.956KN，满足荷载要求。
S3部分：
砼面积：A3=2.7461m2
每延米荷载：2.7461×26=71.40 KN/m
施工荷载：4KPa
底模板作用于支架上荷载：1.171×（6.615－2×1）=5.404 KN/m
扁担梁作用于支架上荷载：3.383×2/7.6×（7.6－2×1.5）=4.095KN/m
作用于底板支架上荷载：71.40+4×4.6+5.404+4.095=99.299KN/m
荷载由4根立杆承担，间距0.93m，每根立杆承受荷载24.825KN，满足安全要求，具体布置见《G01~G08现浇段箱梁支架方案图》。
2.3 支架基础及地基承载力
基础处理：抛填80cm块片石，振动碾压密实并经过长时间沉降之后，在其上满铺浇筑15cmC15素混凝土。
单根立杆对基础的压力：立杆承载力+支架自重
竖向单根门架自重按1KN考虑。S2部分立杆的承载力较大，单根钢管作用于混凝土上压力
P2=29.956+1=30.956 KN
混凝土局部受压强度
R=P/A=30.956x103/（140x140）=1.58 MPa（强度符合要求）
立杆荷载通过硬化层和块石层，应力按45度角扩散，传至地基土（亚粘土）上，根据立杆间距，可近似认为荷载传至地基是为均匀分布。查地质资料，该层允许承载力[σo]=120KPa。
S2部分作用于地基土上均布荷载
p2=30.956÷（0.465×1）+25×0.15+20×0.8=86.3KPa〈[σo]=120KPa
混凝土基础及地基承载力满足要求。
2.4 地基沉降分析
2.4.1 地质情况
荷载沿桥纵向呈条带状分布，其中S2作用宽度两侧均为为1.5m，S3部分作用宽度为4.0m，S1部分两侧作用宽度均为4.8m。
查地质资料：
第①层 亚粘土 厚16m（深度0~16m）
Es=12.1MPa 浮容重r,=9.3KN/m3 kh=147x10-7cm/s
e=0.801 α=0.15MPa-1
第②层 淤泥质亚粘土 厚13m（深度16~29m）
Es=4.31MPa 浮容重r,=8.2KN/m3 kh=65.7x10-7cm/s
e=1.043 α=0.50MPa-1
第③层 亚砂土与亚粘土互层 厚21m（深度29~50m）
Es=5.38MPa 浮容重r,=8.6KN/m3 kh=411x10-7cm/s
e=0.912 α=0.36MPa-1
第④层 粘土 厚12m（深度50~62m）
Es=5.09MPa 浮容重r,=7.3KN/m3 kh=8.79x10-7cm/s
e=1.345 α=0.46MPa-1
第⑤层 粉细砂 厚3m（深度62~65m）
Es=11.7MPa 浮容重r,=9.5KN/m3 kh=1.14x10-4cm/s
e=0.77 α=0.15MPa-1
2.4.2 荷载分布
因为块片石填筑时间较早，该部分荷载引起地基土的沉降早已完成。在计算时地基土中附加应力仅考虑梁体、支架、模板荷载及硬化砼荷载。
S1部分：p1=（15.067+1）×4÷4+0.15×25=19.817KPa
S2部分：p2=30.188÷（1×0.465）+0.15×25=68.670KPa
S3部分：p3=（24.825+1）÷（1×0.93）+0.15×25=31.519KPa

2.4.3 压缩层厚度的确定及总沉降量计算
条带正中心（对称中心线）以下的附加应力最大，荷载作用宽度b=16.6m，假设S1、S2、S3部分均布荷载对中心下土的附加应力系数分别为k1、k2、k3，查〈〈土力学〉〉公式，并经化简得
k1={ATAN（-3.5/z）+ATAN（8.3/z）—
z（5.04—z2/5.76）/1.2/[（5.04+z2/5.76）2+z2/1.44]}/π
k2={ATAN（-2/z）+ATAN（3.5/z）—
z（12.44—z2/0.5625）/0.375/[（12.44+z2/0.5625）2+z2/0.141]}/π
k3={ ATAN（2/z）—
z（—z2）/0.5/[（z2）2+z2/0.25]}/π
深度z处附加应力
σz=kp=2（ k1p1+ k2p2+k3p3）
第i层土沉降
Si=Pihi/Esi
Pi——第i层土中平均附加应力，Pi=（σzi+σzi-1）/2
hi——第i层土厚度
Esi——土的压缩模量
修正后沉降量S=∑ψs Si ，ψs为修正系数。
因为深层土的压缩模量比第1层土小较多，判断压缩层的深度将根据分层的沉降量来决定。
运用Excel软件编辑公式，计算出每一压缩层的沉降量及累积沉降量，第26层沉降量
S26=0.19cm〈2.5%∑S25=2.5%x8.0=0.20cm
所以压缩层厚度取至50m深。具体分层计算见下表。

地基土沉降量计算表
地层
参数
计算
分层
深度
(m)
k1
k2
k3
附加应力σz
(Kpa)
自重应力qz
(KPa)
沉降量Si
（cm）
累计沉降量ΣSi
（cm）
地面

0

31.519

①
Esi=12.1MPa
1
2
0.025
0.063
0.091
15.098
18.6
0.38
0.4
r,=9.3KN/m3
2
4
0.095
0.112
0.020
20.112
37.2
0.29
0.7
kh=147x10-7cm/s
3
6
0.145
0.109
0.007
20.980
55.8
0.34
1.0
e=0.801
4
8
0.167
0.095
0.003
19.843
74.4
0.34
1.4
α=0.15MPa-1
5
10
0.171
0.082
0.002
18.186
93
0.31
1.7

6
12
0.166
0.072
0.001
16.519
111.6
0.29
2.0

7
14
0.157
0.063
0.001
14.999
130.2
0.26
2.2

8
16
0.147
0.056
0.000
13.663
148.8
0.24
2.4
②
Esi=4.31MPa
9
18
0.138
0.051
0.000
12.504
165.2
0.61
3.1
r,=8.2KN/m3
10
20
0.129
0.046
0.000
11.500
181.6
0.56
3.6
kh=65.7x10-7cm/s
11
22
0.120
0.042
0.000
10.628
198
0.51
4.1
e=1.043
12
24
0.113
0.039
0.000
9.868
214.4
0.48
4.6
α=0.50MPa-1
13
26
0.106
0.036
0.000
9.202
230.8
0.44
5.0

14
28
0.100
0.033
0.000
8.615
247.2
0.41
5.5

15
29
0.097
0.032
0.000
8.347
255.4
0.20
5.7
③
Esi=5.38MPa
16
30
0.094
0.031
0.000
8.095
264
0.15
5.8
r,=8.6KN/m3
17
32
0.089
0.029
0.000
7.631
281.2
0.29
6.1
kh=411x10-7cm/s
18
34
0.084
0.028
0.000
7.215
298.4
0.28
6.4
e=0.912
19
36
0.080
0.026
0.000
6.841
315.6
0.26
6.6
α=0.36MPa-1
20
38
0.077
0.025
0.000
6.502
332.8
0.25
6.9

21
40
0.073
0.024
0.000
6.195
350
0.24
7.1

22
42
0.070
0.023
0.000
5.914
367.2
0.23
7.3

23
44
0.067
0.022
0.000
5.658
384.4
0.22
7.6

24
46
0.064
0.021
0.000
5.422
401.6
0.21
7.8

25
48
0.062
0.020
0.000
5.204
418.8
0.20
8.0

26
50
0.059
0.019
0.000
5.003
436
0.19
8.2

修正后沉降量S=∑ψsSi=0.545x2.4+1.069x3.3+0.962x2.5=7.2cm

第12页 共11页

2.4.4 固结度计算
固结度及沉降量计算表
地层
厚度
（m）
渗透系数kh
（10-7cm/s）
孔隙比e
压缩系数α（MPa-1）
固结系数
(cm2/h)
固结度U(t/天）
3
5
7
10
15
20
25
30
40
50
①
16
147
0.801
0.15
6353.9
0.477
0.616
0.729
0.871
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
1.000
②
13
65.7
1.043
0.5
966.4
0.103
0.133
0.157
0.187
0.230
0.265
0.296
0.325
0.375
0.419
③
21
411
0.912
0.36
7858.3
0.170
0.219
0.259
0.310
0.380
0.438
0.490
0.537
0.620
0.693
沉降量（cm）
1.4
1.8
2.1
2.5
3.0
3.3
3.5
3.7
4.1
4.4

说明：
cv=khx(1+e)/(rwα)

Tv=cvt/H2

U(t/天）=(4Tv/π）0.5=（4cvt/πh2)0.5

第①层土总沉降量为1.3cm，第②层土总沉降量为3.5cm，第③层土总沉降量为2.4cm。

从前面计算看出，压缩层的计算厚度为50m，及第①、②、③层，第④层为粘土层，垂直渗透系数为0，且地基表面硬化，所以固结排水时只考虑水平排水。固结度及相应的沉降计算见上表，表中的沉降量与时间（天）相对应。
3. 50+80+50m联连续梁支架
3.1 概述
该段箱梁梁底变高变宽，为便于调节和加工，该段底模板将采用竹胶板和枋木，竹胶板规格100x200x1.5cm，枋木规格14x16cm。竹胶板其它参数如下：
弹性模量：纵向Ez=6.5GPa、横向Eh=4.5GPa
弯曲强度：纵向σz=80MPa、横向σh=55MPa
在门架顶托上放横向枋木，再铺纵向枋木；调整好坡度和标高，在纵向枋木上铺设竹胶板做为梁底模板。
门架单根立柱稳定承载力为38.086KN
最大断面图如下：

3.2 模板计算
3.2.1 面板计算
S2部分：
砼面积：A2=4.2507m2
每延米荷载：4.2507x26=110.518 KN/m，因该部分梁底宽度约为1m，故可认为其作用在底模板上压力为110.518KPa。
施工荷载：4KPa
取1m长进行计算，则竹胶板的抵抗矩和惯性矩分别为
W=bh2/6=100x1.52/6=37.5cm3、I=bh3/12=100x1.53/12=28.125cm4
假设该处纵向枋木净距L
Mmax=0.1qL2=11.4518 L2
得L<0.424m
得L〈0.217m
所以该部分取L=0.21m，即枋木中心距为35cm。
S3部分：
砼面积：A3=1.0912+2.7778=3.869m2
每延米荷载：2.7461×26=100.594 KN/m，因该部分梁底宽度4m，所以作用于底板上压力为100.594÷4=25.149KPa。
施工荷载：4KPa
取1m长进行计算，假设该处纵向枋木净距L
Mmax=0.1qL2=2.9149 L2
得L<0.841m
得L〈0.314m
所以该部分取L=0.31m，即枋木中心距为45cm。
3.2.2 横向枋木计算
枋木采用14×16cm截面，其力学性能及截面特性：
W=bh2/6=14×162/6=597.3cm3
I=bh3/12=14×163/12=4778.7cm4
E=10GPa [σa]=13MPa [σah]=2MPa
S2部分：
横向枋木模式类似于连续梁，由于梁底变宽，且因加工和拼装情况，枋木长度变化不一，固计算时按简支考虑。根据支架布置图，计算分为两部分：
⑴简支
q=（110.518+4）×0.35=40.081KN/m
Mmax=qL2/8=40.081×0.2552/8=0.326KN*m

注：计算挠度时不考虑施工荷载，所以q取38.861KN/m。

⑵悬臂
根据支架方案图，底模高度升高后，横向枋木端头处呈悬臂状态，悬臂最大长度出现在直线和曲线变化处。

作用在横向枋木上荷载（取4×50m联）：
混凝土73.77KPa
施工荷载4KPa
q=（73.77+4）×0.35=27.22KN
计算挠度时为25.82KN

S3部分：
q=（25.149+4）×0.45=13.117KN/m
Mmax=qL2/8=13.117×0.932/8=1.418KN*m

注：计算挠度时不考虑施工荷载，所以q取11.317KN/m。
3.2.3 纵向枋木计算
因门架两根立柱距离1m，而且支架的初步计算中，其立杆沿纵向间距按1m布置，所以纵向枋木的跨度1m，两端简支考虑。
S2部分：

该部分荷载由4根枋木承担，最不利受力情况见上图。
P=（110.518+4）/4×0.35=10.02KN/m

满足强度和刚度要求。
S3部分：

该部分荷载由4根枋木承担，最不利受力情况见上图。
P=13.117×0.93=12.20KN/m

满足强度和刚度要求。
3.3 支架设计
S1部分：
砼面积：A1=1.3635m2
施工荷载：4KPa
模板荷载： 55.29/4=13.82KN/m
作用在支架上荷载：
1.3635×26+4×3.9+13.82=64.87KN/m
为方便操作，同时考虑到模板移动，荷载由3点支撑（共4根立杆承担），按此计算，每根立杆承受荷载仅为16.22KN，满足安全要求。
S2部分：
砼面积：A2=4.2507m2
每延米荷载：4.2507×26=110.518 KN/m
施工荷载：4KPa
底模板作用于S2部分下单根支架上的压力约0.3KN
作用于底板支架上荷载：
110.518+4×2.01+0.3=118.86 KN/m
该部分荷载由4根立杆承担，间距0.255cm，每根立杆承受荷载29.71KN，满足荷载要求。
S3部分：
砼面积：A3=1.0912+2.7778=3.869m2
每延米荷载：2.7461×26=100.594 KN/m
施工荷载：4KPa
底模板作用于单根支架上压力约为0.3KN
作用于底板支架上荷载：100.594+4×4.0+0.3=116.89KN/m
荷载由5根立杆承担，横向布置间距0.93m，每根立杆承受荷载23.38KN，满足安全要求。
具体布置见《G01~G08现浇段箱梁支架方案图》。
说明：上述为变截面部分支架布置，直线部分和4×50m联相同的布置方案。
3.4 支架基础及地基承载力
基础处理：抛填50cm块片石，振动碾压密实并经过长时间沉降之后，在其上满铺浇注15cmC15素混凝土。
单根立杆对基础的压力：立杆承载力+支架自重
S2部分立杆的承载力较大，单根钢管作用于混凝土上压力
P2=29.71+0.6=30.31 KN
混凝土局部受压强度
R=P/A=30.31×103÷（140×140）=1.546 MPa（满足强度要求）
立杆荷载通过硬化层和块石层，应力按45度角扩散，传至地基土（亚粘土）上，根据立杆间距，可近似认为荷载传至地基是为均匀分布。查地质资料，该层允许承载力[σo]=120KPa。
S2部分作用于地基土上均布荷载
p2=29.71×4/（1.885x1）+0.8×20+0.15×25
=82.80KPa〈[σo]=120KPa
混凝土基础及地基承载力满足要求。
3.5 沉降分析
因为截面较大梁体长度较小，在条带状荷载模式下，其对地基土沉降影响可不考虑，固该段的沉降可认为与4×50m联相同。
4. 其他说明
⑴运模滑道的搭设
翼缘板下支架顶安装安装顶托后，铺横向14×16cm枋木作为枕木，在枋木上（顶托正上方）铺设纵向50钢轨支撑模板底横梁。梁体施工后且达到拆除外模板要求，通过顶托螺旋降低钢轨高度，横向移出外模板；钢轨作为滑道，用卷扬机拖动模板至下一施工节段。
⑵十塘斜坡上支架基础处理
十塘大堤内侧斜坡为衬砌拱护坡，外侧靠海为砼预制块。搭设支架前，取下预制块（施工完毕后进行恢复）存放好，用C15混凝土将大堤斜坡硬化成若干台阶，台阶宽度约2m，作为该处支架基础。