现浇箱梁支架计算.docx

金口项目各项计算参数
一、现浇箱梁支架计算
1.1箱梁简介
神山湖大桥起点桩号为K1+759.300，止点桩号为K2+810.700，全长1051.40m。主线桥采用双幅布置，左右幅分离式，桥型结构为C50现浇预应力混凝土连续梁。
表1.1 预应力箱梁结构表
箱梁
结构断面
桥面标准宽度（m）
梁高（m）
翼缘板悬臂长（m）
顶板厚（m）
底板厚（m）
腹板厚
（m）
端横梁宽（m）
标准段
单箱两室
13.49
1.9
2.5
0.25
0.22
0.5
1.5
1.2结构设计
主线桥均采用分幅布置，单幅桥标准段采用13.49m的等高斜腹板预应力混凝土连续箱梁，梁体均采用C50砼，桥梁横坡均为双向2%。
主线桥第一～三联桥跨布置为（4×30m＋4×30m＋3×30m），单幅桥宽由18.99m变化为27.99m；主线第四～六联、第八、九联桥跨布置为（3×30m＋4×30m＋3×30m）、4×30m、4×30m，单幅桥宽为13.49m。主梁上部结构采用等高度预应力钢筋混凝土箱梁，单箱双室和多室截面。30m跨径箱梁梁高1.9m，箱梁跨中部分顶板厚0.25m，腹板厚0.5m，底板厚0.22m，两侧悬臂均为2.5m，悬臂根部厚0.5m；支点处顶板厚0.5m，腹板厚0.8m，底板厚0.47m，悬臂根部折角处设置R＝0.5m的圆角，底板底面折角处设置R＝0.4m的圆角。

图1.1 桥梁上部结构图
1.3地基处理
因部分桥梁斜跨神山湖，湖底地层属第四系湖塘相沉积（Q1）层，全部为流塑状淤泥含有大量的根茎类有机质、腐殖质，承载力标准值35，在落地式满堂支架搭设前，先将桥梁两端进行围堰，用机械设备对湖底进行清淤，将湖底淤泥全部清除。根据神山湖大桥地勘报告，湖底淤泥下为⑤层粉质粘土（地基承载力基本允许值0为215），可作为支架基础的持力层。
清淤完成后，采用粘土对湖底分层填筑碾压，分层厚度为30,采用15t振动压路机碾压，回填完一层后，进行压实度（环刀法）和承载力（轻型动力触探）试验，要求压实度≥92%，承载力≥200，验收合格后方可进行上层填筑，粘土回填至17.0m即可。最后在回填土上方浇筑30厚C30素混凝土作为满堂支撑架的基础。
1.4支架布置
整联箱梁采用落地式碗扣满堂支架，因本项目箱梁大多为单箱多室变截面，其下部支架系统立杆纵横间距统一为60×60，立杆步距1.2m。
立杆采用普通Φ48×3.5（结构计算时钢管壁厚取3.0）钢管作为箱梁的支撑，钢管顶安置可调顶托，顶托上面铺设横向建筑双钢管Φ48×3.5（结构计算时钢管壁厚取3.0），然后纵向布置10×10木方（材质统一为杉木），方木间距20；木方上面铺设1.5厚竹胶板；立杆底部铺设[20b型槽钢。
其搭设形式如下：
图1.2 碗扣支架布置示意图
1.5支架系统的材料参数
1、支架钢管：按设计要求，施工时采用满堂式碗扣支架，采用规格为φ48×3.5碗扣式钢管。
2、箱梁底模：箱梁底模采用高强度竹胶板，木方上面铺设高强度竹胶板,厚均为1.5。
3、模板楞木：主楞为Φ48×3.5双钢管，次楞为10×10木方（杉木）。
4、支架基础：C30混凝土30，[20b型槽钢。
1.6荷载计算
1、箱梁砼自重
该箱梁钢筋混凝土容重按γ=25.5³计算，本项目中支架纵横间距统一为60×60，取截面最不利处进行计算，横梁处梁高1.9m。
Q1＝25.5×1.9＝48.45 2
2、模板、支架等自重
根据130-2011，主梁、次梁及支撑模板自重取0.85 2；
根据130-2011，h××＝1.2×0.6×0.6m时，支模架立杆每m结构自重为0.1384 ，支架最大高度为13.5m。
Q2＝0.85＋0.1384×13.5/(0.6×0.6)＝6.04 2
3、施工荷载
（1）施工人员及设备荷载标准值（Q3）按均布活荷载取1.0 2；
（2）浇筑和振捣混凝土时产生的荷载标准值（Q4）可采用1.0 2。
4、风荷载
作用于模板支撑架上的水平风荷载标准值，应按下式计算：
ω0.7×μz×μS×ω0
式中：ω风荷载标准值（2）；
ω0基本风压（2），根据《建筑结构荷载规范》（50009-2012），按50年一遇的风压采用取0.352；
μ风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（50009-2012）规定采用1.00；
μ风荷载体型系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（50009-2012）规定的竖直面取0.8。
故Q5=ωK =0.7×1.00×0.8×0.35=0.1962
5、荷载计算
（1）不组合风荷载时
1.2×（Q1+ Q2）+1.4×（Q3+ Q4）＝68.1882
（2）组合风荷载时
1.2×（Q1+ Q2）+0.9×1.4×（Q3+ Q4+ Q5）＝68.1552
1.7结构设计计算（不组合风荷载）
根据规范166-2008，支架系统中受压杆件长细比不得大于230，其他各参数见下表。
表1.2 钢材的强度设计值和弹性模量﹙2﹚
Q235A钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值f
205
弹性模量E
2.05×105

表1.3 受弯杆件的允许变形（挠度）值
构件类别
允许变形（挠度）值V
脚手板、纵向、横向水平杆
150，≤10
悬挑受弯杆件
400
1、立杆验算
本项目立杆为Φ48×3.5（计算取现场实测最小壁厚3.0）碗扣钢管，有关设计参数如下：
表1.3 钢管截面特性
外径
D（）
壁厚
t（）
截面积
A（2）
截面惯性矩
I（4）
截面模量
W（3）
回转半径
i（）
48
3.0
4.24
10.78
4.49
1.59
根据规范166-2008，当外侧四周及中间设置了纵、横向剪刀撑是，立杆的计算长度按l02a计算，h为立杆步距，a为立杆伸出顶层水平杆长度。
故l021.2+2×0.31.8m
长细比λ0113.2< [λ]=230
经查规范166-2008附录E中 Q235A级钢管轴心受压构件的稳定系数表，得ψ=0.496则：
（1）强度验算
横梁处立杆受轴力最大，其立杆间距为：60×60
68.188×0.6×0.6=24.55
σ(ψA) =24.55×103/（0.496×424）=116.72<[σ]=205 2
满足要求
（2）挠度验算
24.55
υ24.55×13.5×106/（2.05×105×424）=3.8<10
满足要求
（3）立杆稳定性
立杆的稳定性应符合下列公式要求：
不组合风荷载时：(ψA)≤ f
组合风荷载时：(ψA) ≤ f
＝0.85×1.4ω2/10
式中：ω风荷载标准值为0.1962；
纵横水平拉杆的计算步距为1.2m；
立柱迎风面的间距为0.6m；
立杆由风荷载设计值产生的弯矩；
f 钢管的抗压强度值为205 2。
计算不组合风荷载时：
(ψA)＝24.55×103/(0.496×424)＝116.7 2<[σ]=205 2
满足要求
组合风荷载时：
＝0.85×1.4×0.196×0.6×1.22/10=0.02
＝0.02/ 5.08×10-6＝3.94 2
(ψA)24.55×103/(0.496×424)+3.94=120.62<[σ]=205 2
满足要求
2、底模验算
底模采用δ＝15厚的优质竹胶板（抗弯强度设计值152，弹性模量9×103 2），直接搁置在100×100横向方木上，方木中到中间距为20。
（1）强度计算
简支梁在均布荷载作用下的受力简图及弯矩图如下：

受力模型图

弯矩图
中支点横梁处（纵向方木间距200），受力模式按照简支梁在均布荷载作用下的受力，取1m单位宽度进行计算，
＝1/ 82＝0.125×68.188×1×0.2×0.2＝0.34·m
W＝2/6＝1000×152/6＝375003
＝ ＝0.34×106/ 37500＝9.07 2＜[] =152
由验算可知横梁处底模强度满足要求
（2）挠度计算
根据《公路桥涵施工技术规范》（ F50－2011）规定在刚度计算中不计入施工人员及设备荷载以及浇筑混凝土时对水平模板产生的荷载，结构表面外露的模板其挠度不得超过模板构件跨度的1/400，横梁处（横向方木间距200），最大挠度计算公式如下：
υ=54/（384）
=5×68.188×0.6×2004/（384×9×103×1000×153/12 )
=0.336<200/400=0.5
满足要求（按简支梁计算）
3、次楞方木验算
次楞方木平卧放置于主楞方木上，次楞规格为100×100（抗弯强度设计值为172，顺纹抗剪设计值为1.72），方木跨径（立杆纵距）在横梁处（横向方木间距200）跨度均为600，按三跨连续梁计算其受力。
考虑现场实际施工时方木的尺寸差异，方木的力学性能乘0.9的折减系数取值，则：
[]＝17×0.9＝15.3 2
9×103×0.9=8.1×103 2
[]=1.7×0.9=1.532
（1）强度计算（横向方木间距200）
三跨连续梁梁在均布荷载作用下的受力简图及弯矩图如下：

受力模型图

弯矩图
＝2/10＝0.2×70.13×0.62/10＝0.5·m
σ＝ ＝0.5×1000/（10×102/6）＝3 2＜[] =15.3 2
满足要求
木材在其顺纹方向抗剪强度较差，在横力弯曲时可能因中性层上剪应力过大而使方木沿中性层发生剪切破坏，需按顺纹方向的许用剪力对方木进行强度校核。均布荷载作用下简支梁受力图及剪力图如下：

受力模型图

剪力图
方木顺纹方向所受最大剪力为：
＝2=0.2×68.188×0.6/2=4.09
方木顺纹方向承受的最大剪应力为:
τ1.51.5×4.09×1000/(100×100)=0.61 2＜[]=1.532
满足要求
（2）挠度计算（按三跨连续梁计算）
υ=0.6774/（100）
=0.677×0.2×68.188×6004/(100×8.1×103×100×1003/12)
=0.18<400=1.5
满足要求
4、主楞双钢管验算
每个可调托座上放置横向普通Φ48×3.5双钢管，由于主楞上的纵向方木间距为20，所以次楞传递给横向主楞的荷载，近似按均布荷载计算，纵向双钢管下立杆间距为60，钢管计算壁厚按现场实测最不利取值3.0。钢管的截面模量W为4.49×103，抗压强度设计值为205 2。
（1）强度计算
受力模式采用均布荷载作用下三跨连续梁计算
68.188×0.6=40.91
＝2/10＝40.91×0.62/10＝1.473·m
σ＝ ＝1.473×106/（2×4.49×103）＝164 2＜[σ] =205 2
满足要求
2．挠度计算（按三跨连续梁计算）
υ=0.6774/100
=0.677×68.188×0.6×6004/(2×100×2.05×105×12.19×104)=0.7<400=1.5
满足要求
二、水泥土搅拌桩承载力设计
2.1建筑条件
箱梁部分支架采用门洞式支架，门洞式钢管立柱采用直径Φ630，壁厚12的无缝钢管。立柱下为2.0m×1.5m（宽×高）的C30钢筋混凝土条形基础。条基下为软土层，采用深层水泥土搅拌桩处理，要求处理后的复合地基承载力特征值160。
2.2地层分布
根据野外钻探，结合原位测试及室内试验成果，拟建神山湖大桥地段分布的地层主要有：人工填积（）层、第四系湖塘相沉积（）层、第四系全新统冲积（）层、第四系上更新统冲积（）层、第四系中更新统冲、洪积（）层、第四系残、坡积（）层及下伏志留系坟头组（）地层组成。现将拟建桥梁沿线内分布的地层从上至下简述如下：
1、人工填积层（）层
素填土（地层代号：①3）：黄褐色，主要由黏性土组成，夹少量碎石，密实度不均匀，呈湿、稍密~中密状态。该层土在神山湖南北两岸道路及田埂处分布。
2、第四系全新统湖积（）层
淤泥（地层代号③）：黑灰色，含有大量腐烂植物，有腥臭味，呈饱和、流塑状态。该层土主要分布于神山湖，对应里程为K1+790.02+332.0。
3、第四系全新统冲积（）层
粉质黏土（地层代号：⑤）：灰褐~黄褐色，局部含少量有机质。切面稍光滑，无摇震反应、干强度中等、韧性中等，呈饱和、可塑状态。该层土分布于神山湖及其北岸部分地段，对应里程为K1+760.02+690.0。
4、第四系上更新统冲积（）层
粉质黏土（地层代号：⑩）：褐黄色~黄褐色，含铁锰质氧化物结核及灰白色高岭土团块，无摇振反应，切面光滑，干强度及韧性高，呈饱和、硬塑状态。该层土分布于神山湖南北两岸，对应里程分别为K1+790.01+820.0、K2+240.02+810.0。
5、第四系中更新统冲积、洪积（）层
黏土（地层代号：⑿）：棕红~砖红色，含铁锰质氧化物结核及少量灰白色高岭土团块，切面光滑，干强度高、韧性高，呈饱和、硬塑状态。该层土主要分布于神山湖北侧高地，对应里程为K2+660.02+810.0。
6、第四系残积层（）层
粉质黏土（地层代号：⒀）：褐黄色，含少量灰白色高岭土条纹，夹有少量风化岩屑，岩屑粒径一般0.3~3.0，含量约20%左右，呈饱和、硬塑状态。该层土在桥梁沿线均有分布。
7、志留系坟头组（）岩层
强风化粉砂质泥岩（地层代号：⒂1）：浅黄色，主要矿物成分为水云母、石英、粘土矿物及铁质，泥质结构，定向构造，岩芯呈土状；该岩层在局部地段相变为泥质粉砂岩。该层在桥梁沿线均有分布。
中风化粉砂质泥岩（地层代号：⒂2）：褐灰色，主要矿物成分为水云母、石英、粘土矿物及铁质，泥质结构，定向构造，岩芯呈块状、短柱状，锤击声哑；该岩层在局部地段相变为泥质粉砂岩。该层在桥梁沿线均有分布。
微风化粉砂质泥岩（地层代号：⒂3）：青灰色，主要矿物成分为水云母、石英、粘土矿物及铁质，泥质结构，定向构造，岩芯呈柱状、长柱状，锤击声较催；该岩层在局部地段相变为泥质粉砂岩。该层在桥梁沿线均有分布。
各层层厚、层顶埋深、层顶标高等详见下表2.1。
时代
成因
地层
编号
岩土
名称
状态
层厚
层顶埋深
(m)
层顶标高
(m)

μ

①3
素填土
稍密~中密
3.70
0.40
1.60
0.00
16.45~27.67

③
淤泥
流塑
2.50
0.40
1.13
0.00~3.60
17.54~20.67

⑤
粉质黏土
可塑
4.50
1.00
3.23
0.00~2.40
17.41~20.61

⑩
粉质黏土
硬塑
8.90
1.20
4.51
0.40~8.30
11.81~27.67

⑿
黏土
硬塑
5.40
2.10
4.03
3.10~6.40
16.66~23.17

⒀
粉质黏土
硬塑
3.40
0.80
1.62
5.50~11.60
8.31~17.77

⒂1
粉砂质泥岩
强风化
3.20
0.80
1.91
7.80~13.10
6.54~15.97
⒂2
粉砂质泥岩
中风化
7.00
1.10
2.74
9.00~15.40
4.14~14.17
⒂3
粉砂质泥岩
微风化

12.20~19.40
1.74~8.87
2.3地基岩土物理力学性能
综合分析本次勘察成果，现将桥梁沿线范围内各岩土的工程性能分析如下：
1、人工填积层（）层
素填土（地层代号：①3）：其标准贯入试验标准值=9.3.，该填土呈稍密~中密状态，根据《公路工程地质勘察规范》（ C20-2011）附录J，该层为Ⅰ级松土。属人工土类，力学性质不稳定。
2、第四系全新统湖积（）层
淤泥（地层代号：③）：其含水量平均值=88.5%，天然重度平均值=15.33，天然孔隙比平均值=2.582，塑性指数平均值=32.5，液性指数平均值= 1.35，压缩系数平均值=2.64，属高压缩性土，为Ⅰ级松土。该层属软土，埋藏浅，厚薄，分布较广泛，工程性质差。
3、第四系全新统冲积（）层
粉质黏土（地层代号：⑤）：其=26.4%，=19.23，=0.722，=13.6，= 0.52， =0.28，该层力学性能中等。属中压缩性土，为Ⅰ级松土。
4、第四系上更新统冲积（）层
粉质黏土（地层代号：⑩）：其=22.3%，=19.93，=0.667，=14.0，= 0.17， =0.14，力学性能较好。属中等偏低压缩性土，为Ⅱ级普通土。
5、第四系中更新统冲洪积（）层
黏土（地层代号：⑿）：其=22.2%，=20.13，=0.662，=18.8，= 0.04，=0.13，力学性能较好。属低压缩性土，为Ⅱ级普通土。
6、第四系残积层（）层
粉质黏土（地层代号⒀）：其=21.4%，=20.33，=0.609，=11.8，= 0.14，=0.16，该层力学性能较好。属中等偏低压缩性土，为Ⅱ级普通土。
7、志留系坟头组（）岩层
强风化粉砂质泥岩（地层代号⒂1）：属极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，为Ⅳ级软石。该层承载力中等、低压缩性。由于埋藏不深，厚度不大，不宜作为桩端持力层。
中风化粉砂质泥岩（地层代号⒂2）：属软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，为Ⅳ级软石。该层承载力较高、不可压缩。由于该岩层埋藏不深，厚度不大，不建议作为大桥桩端持力层。
微风化粉砂质泥岩（地层代号⒂3）：属较软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，为Ⅴ级次坚石，该层承载力高、不可压缩，桥址区分布连续，工程地质性质好，是良好的大桥桩端持力层。
8、岩土的参数确定
综合本次勘察成果，场地内各岩土层承载力基本容许值、压缩（变形）模量取值详见下表2.3。

表2.3 岩土参数综合表
地层
代号
岩土
名称
密度
及
状态
室内试验
标贯试验
综合取值
()

（）
()

(击)

()

()

()

（）
()
①3
素填土
稍密~中密

9.3
200
12.0
120
5.0
③
淤泥
流塑
40
1.3
1.4
45
2.0
40
1.5
⑤
粉质黏土
可塑
215
5.8
7.4
170
10.5
215
5.0
⑩
粉质黏土
硬塑
390
12.1
15.1
380
15.5
390
14.0
⑿
黏土
硬塑
420
12.6
15.8
450
18.0
420
15.0
⒀
粉质黏土
硬塑
405
9.0
16.6
420
17.0
250
8.0
⒂1
粉砂质
泥岩
强风化
400
（44.0）

400
（44.0）
⒂2
粉砂质
泥岩
中风化
800

800
不可压缩
⒂3
粉砂质
泥岩
微风化
1500

1500
不可压缩
2.4水泥土搅拌桩设计
本项目初步确定采用双向水泥土搅拌桩进行软土处理。
搅拌桩桩径为0.6m，桩底进入⑩持力层不少于2m，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.6，水泥掺量15%，搅拌桩中水泥含量不低于70。
1、请确定双向水泥土搅拌桩布置间距；
2、双向水泥土搅拌桩单桩承载力如何计算；
3、搅拌桩处理后的复合地基承载力如何计算；
4、C30混凝土条形基础的强度和挠度如何计算。