盖梁施工托架设计.doc

第一章 盖梁施工托架设计概况
一、施工设计说明：
1、工程概况
丰忠高速公路总承包项目三分部共有桥梁三座，分别为蒲家大桥、太平寨大桥和刘家岩大桥。桥长分别为416m、571m、334m，共有桥墩26个，均为双柱式桥墩，墩柱上方为盖梁。蒲家大桥盖梁长11.1m，宽2.7m（2.4），高2.3m，如图1所示；太平寨大桥盖梁长11.1m，宽2.2m，高2.4（1.8m），如图1所示。桥墩盖梁施工均采用预留孔穿钢销作托架施工，两座大桥盖梁混凝土浇注量分别为41.7m3，39.7m3。托架设计检算时以蒲家大桥盖梁托架设计进行控制。

2.6m方墩（11.1*2.7*2.3）

1.6m圆柱墩（11.1*2.2*1.8）

2.1m方墩（11.1*2.4*2.3）

1.7m方墩（11.1*2.4*2.3）
2、设计依据
1）公路桥涵钢结构及木结构设计规范
2）路桥施工计算手册
3）建筑结构静力计算手册(xx版)
4）江正荣编 建筑施工计算手册
5）最新钢结构实用设计手册
6）丰忠高速公路总承包项目三分部蒲家大桥、太平寨大桥和刘家岩大桥施工图设计文件
7）国家、交通部相关规范和标准
8）我单位类似工程施工经验
二、模板设计
1、侧模与端模
侧模、端模为特制大钢模,面模厚度为δ5mm，背楞 [10，横肋[8。
2、底模
底模为2cm厚竹胶模在底模下部采用间距0.3m [14b型钢作横梁，横梁长4.9m。盖梁悬出端底模下设三角支架支撑，三角架放在横梁上。横梁底下设纵梁。横梁上设钢垫块(或砂筒)以调整盖梁底的横向坡度与安装误差。与墩柱相交部位采用特制型钢支架作支撑。
3、纵梁
在横梁底部采用单层两排56b工字钢连接形成纵梁，长11.1m，两组工字钢纵梁位于墩柱两侧，工字钢之间采用拉杆连接。纵、横梁之间采用U型螺栓连接；纵梁下为抱箍。
4、托架
在浇注墩柱时距柱顶以下0.8~0.9m处采用内径为钢筒埋置在墩柱钢筋上，拆模后形成预留孔洞，然后插入钢销，两端各伸出30cm作为工字梁的支承牛腿。在牛腿上架设I56b工字钢，然后上铺盖梁支承平台。
5、防护栏杆与与工作平台
(1)栏杆采用φ48×3.5的钢管搭设，在横梁上每隔2.4米设一道1.2m高的钢管立柱，横向设置两道水平栏杆，钢管之间采用扣件连接。
(2)工作平台设在横梁悬出端，在横梁上铺设2cm厚的木板，木板与横梁之间采用铁丝绑扎牢靠，平台宽度为1.1米。
第二章 盖梁施工托架设计计算
一、设计检算说明
1、设计计算原则
（1）在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制。
（2）综合考虑结构的安全性。
（3）采取比较符合实际的力学模型。
（4）尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
2、对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。
3、本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。以做安全储备。
二、侧模支撑计算
1、力学模型
假定砼浇筑时的侧压力由拉杆和竖带承受，Pm为砼浇筑时的侧压力，T1、T2为拉杆承受的拉力，计算图式如图3所示。

图3侧模支撑计算图式
2、荷载计算
砼浇筑时的侧压力：
式中： ---外加剂影响系数，取1.2；
---砼容重，取26kN/m3；
---有效压头高度。
砼浇筑速度按，入模温度按考虑。
则：

砼振捣对模板产生的侧压力按考虑。
则：
盖梁侧模长度方向每延米上产生的侧压力按最不利情况考虑（即砼浇筑至盖梁顶时）
= 23*（2.3-0.6）+23*0.6/246KN
3、拉杆拉力验算
拉杆间距0.75m，0.75m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。按2倍安全系数考虑，则所需要的拉杆截面积为：
2×a×p/[σ]=(2×0.75×46)×10^3÷(160×10^6)=0.43×10^(-3)㎡
则所需单根拉杆半径为：=√(0.43*10^(-3)/2/3.14)=8.28*10^(-3)m=8mm，
选用Φ16圆钢即可满足要求，实际根据项目部现有材料情况选用圆钢作为拉杆。
三、横梁计算
采用间距0.4m的[10型钢作横梁，横梁长4.9m(2.7+1.1(施工平台宽度)*2)。
1、荷载计算
（1）盖梁砼自重：G1 =41.7m3×26KN/ m3=1084.2KN
（2）模板自重：G2=86KN (根据模板设计资料)
（3）施工荷载与其它荷载：
则横梁上的总荷载：
=1084.2+86+30=1200.2KN
Gk/11.1=1200.2/11.1=108.126KN/m
横梁采用间距为0.4m的[10型钢，则作用在单根横梁上的荷载为：
×0.3=108.13 KN/m×0.3m=32.439KN
则作用在横梁上的均布荷载为：
32.439KN/2.7m=12.014KN/m
2、力学模型（如图4所示）。

图4 横梁计算模型
3、横梁抗弯与挠度、抗剪验算
横梁[14b的弹性模量E=2.1×105Mpa；惯性矩Ix=609.4cm4;抗弯模量Wx=87.1cm3
最大弯矩：12.014 KN/m×2.7^2/8=10.948KN.m

图5 弯矩图
截面强度： =10.948/87.1*10^(-6)=125.69MPa<1.3[σ]=208 MPa (临时结构取1.3倍放大系数)
由结构力学公式计算出=12.014×2.7/2=16.22KN

截面剪应力：16.22/(8.0×100×10-6mm=20274.38KPa=20.27MPa<[τ]=85 MPa
满足要求
最大挠度： 5×10.948×2.7^4/(384×2.1×10^8×609.4×10^（-8）=0.00592m<[f]=2.7/400=0.00675
满足要求
槽钢横梁选用计算表

<208

<85
<0.0067

间距
Gh
qh
Mmax
σ
Ra
τ
fmax
选用
108.13
0.2
21.626
8.0096
7.299
185.248
10.813
20.402
0.012128
[10

满足

满足
不满足

108.13
0.15
16.22
6.0072
5.474
138.936
8.10975
15.301
0.009096
[10

满足

满足
不满足

108.13
0.1
10.813
4.0048
3.649
92.624
5.4065
10.201
0.006064
[10

满足

满足

108.13
0.2
21.626
8.0096
7.299
200.516
10.813
19.66
0.006191
[12.6

满足

满足
满足

108.13
0.25
27.033
10.012
9.123
250.645
13.5163
24.575
0.007738
[12.6

不满足

满足
不满足

108.13
0.3
32.439
12.014
10.95
125.696
16.2195
20.274
0.00592
[14b

满足

满足
满足

108.13
0.4
43.252
16.019
14.6

167.595
21.626
27.033
0.007893
[14b

满足

满足
不满足

选用【14b槽钢。
四、纵梁计算
在横梁底部采用单层两排I45b 工字钢连接形成纵梁，长度按11.77m(用12m/根)，两组工字钢纵梁位于墩柱两侧，工字钢之间采用拉杆连接。纵梁下为钢销牛腿。
1、荷载计算
（1）横梁自重：32.7×4.9×16.73kg/m=26.8KN
（2）纵梁自重：12×2×87.45 kg/m=20.98KN
纵梁上的总荷载：
1200.2+26.8+20.98=1247.98KN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载:
1247.98 KN/12m=103.98KN/m
2、力学计算模型
建立力学模型如图5所示。

图5 结构计算模型图
在结构力学求器2.0版中输入如下INP数据：
结点,1,0,0
结点,2,2.735,0
结点,3,9.035,0
结点,4,11.77,0
单元,1,2,0,0,0,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,1
单元,3,4,1,1,1,0,0,0
结点支承,3,1,0,0
结点支承,2,3,0,0,0
单元荷载,1,3,103.98,0,1,90
单元荷载,3,3,103.98,0,1,90
单元荷载,2,3,103.98,0,1,90
单元材料性质,1,3,1,7089390,0,0,-1
尺寸线,1,0.3,0.3,7.8,1.0,0.5,0,-1,2.735,2.735,-1,6.3,9.035,-1,2.735,11.77,-1
软件运行计算得：

图6 M图

图7 N图

图9 纵梁挠度图
4、纵梁结构强度验算
（1）根据以上力学计算得知，
388.9KN.m Mmax=-0.5qzx2=-0.5×103.98KN/m×2.735^2=388.897 KN.m
则：=388.9/(2×1500.4*10^(-6)=129.6MPa<[σ]=140 MPa
Ra=Rb=611.93 KN

截面剪应力：611.93/(2×13.5×450×10-6)=50364.61KN/m2=50.36MPa<[τ]=85 MPa
满足要求。
5、纵梁挠度验算
纵梁I45b的弹性模量E=2.1×105Mpa；惯性矩Ix=33759cm4;抗弯模量Wx=1500.4cm3
（2）最大挠度发生在盖梁端
fmax=qzl4/384EI*(5-24*a2/l2)=103.98×6.34/(384×2.1×108×33759×10-8)×(5-24×2.7352/6.32)=0.002869m=2.87mm<[f]6.3/400=0.01575m满足要求
五、牛腿计算
1、荷载计算
方案一（牛腿为个钢销棒,主要用于圆柱墩盖梁）：每个盖梁按墩柱设两个钢销棒牛腿支承上部荷载，由上面的计算可知：
支座反力
Ra=Rb=611.93 KN
以最大值为牛腿需承受的竖向支承力进行计算，综合考虑各方面因素，牛腿按K=2.0安全系数进行设计。
2*611.93KN=1223.86KN
牛腿主要承受上部纵梁荷载，牛腿受力验算主要以剪应力为主
钢销：

截面剪应力：611.93×103/(7.85×10-3)=77.95MPa<[τ]=85 MPa
满足要求
通过以上计算分析得知，盖梁托架支承钢销牛腿设计尺寸和型式满足受力要求，并有一定的安全储备。
2、方案二（牛腿为个工字钢牛腿,主要适用于方形空心薄壁墩盖梁）：每个盖墩柱设两个工字钢牛腿支承上部荷载，由上面的计算可知：
支座反力
Ra=Rb=611.93 KN
按承受弯剪的预埋件进行计算，每个工字钢牛腿承受的荷载为611.93/4=152.98KN，按计算选用I28a工字钢牛腿：
附件一 工字钢牛腿计算书
总荷载
611.93
每个钢牛腿承受的荷载
152.9825

钢牛腿设计

一、计算资料

牛腿尺寸（单位：mm）

Ⅰ28a

上翼缘宽bf1
122
上翼缘厚t1
13.7
腹板宽ts
8.5

下翼缘宽bf2
122
下翼缘厚t2
13.7
腹板高度hw
252.6

荷载

竖向压力设计值F=
152.9825

kN

柱边与竖向压力距离e=
0.3
m

材料
钢材为
Q235-B

焊条为
E43

焊接形式
手工焊

焊缝质量
三级

角焊缝焊角尺寸hf(mm)=
10

牛腿翼缘和柱的连接采用对接焊缝（坡口焊）

连接，腹板和柱的连接采用角焊缝连接。

二、牛腿强度的计算

作用于牛腿根部的弯炬M和剪力V

M=F*e=
45.89
kN.m

V=
152.9825
kN

牛腿根部的净截面积An

An=bf1*t1+bf2*t2+ts*hw=
5489.9
mm2

上翼缘板中心至截面形心轴处的距离y

y=(ts*hw*0.5*hw+t1)+bf2*tf2*(hw+0.5*tf1))/An=
131.06
mm

形心轴以上面积对形心轴的面积矩S

S=(y-0.5*t1)*ts*0.5*(y-0.5*t1)+t1*bf1*y=
284635.5318
mm3

净截面的惯性矩In

腹板中心距与y的距离a=
(0.5*hw+0.5*t1-y)

In=t1*bf1*y*y+t2*bf2*y*y+ts*hw*hw*hw/12+ts*hw*a*a

=
6.9E+07
mm4

净截面的上下抵抗矩Wn1、Wn2

Wn1=In/(y+0.5*t1)=
499209.76
mm3

Wn2=In/(hw+t1+0.5*t2-y)=
484555
mm3

下翼缘外边的正应力σ

σ=M/ Wn2=
94.72
N/mm2<215 N/mm2
,满足要求

截面形心轴处的剪应力τ

τ=VS/(Itw)=
74.41
N/mm2<215 N/mm2
,满足要求

截面腹板下端抵抗矩W’n2

W’n2=In/(hw+0.5*t1-y)=
536262.13
mm3

下翼缘对形心轴的面积矩S1

S1=t2*bf2*(hw+0.5*t1+0.5*t2-y)=
226032.6
mm3

腹板下端的正应力σ1

σ1= M/W’n2=
85.58
N/mm2

腹板下端的剪应力τ1

τ=VS1/(Itw)=
59.09
N/mm2

腹板下端的折算应力

√(σ12+3τ12)=
133.41
N/mm2<1.1*215 N/mm2
,满足要求

三、 牛腿与柱的连接焊缝计算：

由于牛腿翼缘竖向刚度较差，一般不考虑承担剪力。同时为了与牛腿工字形截面
的传力方式一致，可假定弯矩由牛腿翼缘与柱的连接焊缝承担，剪力由牛腿腹板与柱
的连接焊缝承担。

翼缘采用对接焊缝，其受力为：

H=M/ho=
176.52
kN

上翼缘焊缝应力为：

σf=H/(t1*bf1)=
105.61
N/mm2 焊缝应力为：

σf=H/(t2*bf2)=
105.61
N/mm2 98KN=237.12KN
K2Mj=1.5×152.98KN×0.5=114.74 KN.m
1.5Astfst=1.5×（3.14×r^2）×215≥K1Vj=237.12KN (r-钢筋半径，以mm计)
r≥√237.12/(1.5×3.14×215)=0.0153m=15.3mm, Ast=3.14*15.3^2=735.04mm2锚固钢筋总面积），选用Φ16双排两根即可，
0.85h0Astfst=0.85×h0×735.04*10-6×215*106≥K2Mj=114.74 KN.m,
h0≥18.4cm 锚垫板尺寸（20cm*40cm）
实际根据项目部现有材料情况选用Φ20钢筋双排两根作为锚固钢筋，锚定板采用1.6cmA3钢板，钢板选用20cm*40cm。
锚板规格
16mm * 190mm * 310mm

( 锚板尺寸为:厚度*宽度*高度 )
Q235B

( 锚板材质 )
锚筋布置及规格
2层 * 210mm X 2排 * 90mm

( 锚筋层数*层间距X锚筋排数*排间距 )
20mm * 472mm *100mm

( 锚筋直径*锚筋长度*锚筋末段加焊钢筋长度 )
HPB335
二级钢筋

( 锚筋材质 )
锚筋边缘距离
50 mm

( 锚筋边缘距离:层边距和排边距 )

或参照预埋件图集：预埋件可选用：C2535D2或C2040D2，钢板选用1.6cm
锚固钢筋选用6Φ25，每根长1014mm。