山西窄相大桥0#块支架计算书.doc

山西窄相大桥0#支架设计计算书

二零零九年九月

窄相大桥
目 录
一、设计和施工概况 1
1.1施工概述 1
1.2 验算依据 1
1.3主要材料力学性能 1
1.4计算荷载 1
二、支架的设计 1
2.1支架的总体布置 1
2.2计算模型 3
2.3计算结果 5
2.4 I10分配梁及钢管验算 8
2.5 预埋件验算 9
三、结论 11
四、加载预压 11
4.1加载试验目的 11
4.2加载程序 11
4.3挠度测点设置及检查部位 11
4.4加载施工安全注意事项 12

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一、设计和施工概况
1.1施工概述
山西窄相大桥0#块支架设计考虑在墩身上预埋钢板焊接三角形型钢托架并在其上铺设型钢作为支撑梁，然后在钢梁上架设小钢管支架安装底模及腹板模板浇注0#块箱梁。
1.2 验算依据
（1）《JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范》；
（2）《钢结构设计规范》GB50017-2003；
（3）《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》；
（4）《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ 130－2001；
1.3主要材料力学性能
本支架所用钢材均为A3钢材按照《JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定取值，临时结构容许应力考虑1.3倍提高系数，σ=118.5(MPa)，τ=110.5(MPa)。
焊缝为二级手工角焊缝，fwl=160(MPa)。
1.4计算荷载
⑴ 箱梁砼施工考虑1.05的超载系数；
⑵ 底模板重量按：1.0kN/m2，内模板及腹板模板重量按：1.2kN/m2；
⑶ 混凝土浇注时动力系数：1.2；
⑷ 其他施工荷载取：2.5kN/m2；
⑸ 风速为28m/s，则风荷载取： =0.48kN/m2。

二、支架的设计
2.1支架的总体布置
支架三角托架采用H400×200型钢，焊接在墩身预埋钢板上，上面按照60cm间距铺设I25A型钢纵梁。底板钢梁上立φ48×3.5mm钢管，安装顶托后铺I10 型钢分配梁及上的荷钢模板。腹板也采用钢模板，后面焊接型钢框架支撑在托架上，翼缘板支架落在框架顶部。在支架四周布置1m宽的人行通道方便施工。布置图如下：

图2.1-1 支架立面布置图

图2.1-2 支架横截面布置图

图2.1-3 支架平面型钢布置图
2.2计算模型
支架采用SAP2000建立整体模型计算，安装底板及翼缘板部分分区施加荷载，考虑横桥向风荷载，作用在单侧腹板模板上，为便于计算分析，将腹板模板上的风荷载平均到单侧支架的型钢上。计算模型如下图所示：

图2.2-1 总体模型图

图2.2-2 底板荷载图

图2.2-3 翼缘板荷载图

图2.2-4 风荷载图

2.3计算结果
运行SAP2000进行内力计算，同时应用软件的验算功能（按照《钢结构设计规范》GB50017-2003）进行构件强度及稳定性验算，结果见下图及列表：

图2.3-1 轴力图

图2.3-2 弯矩图

图2.3-3 剪力图
表2.3-1 构件压弯稳定性验算应力比率表

表2.3-2 构件抗剪稳定性验算应力比率表

上表列出的是较大应力的前几根杆件，从上表可以看出，杆件的压弯组合应力比最大值为0.78，小于1，最大剪应力为81.16MPa，小于容许剪应力，故支架满足设计要求。
2.4 I10分配梁及钢管验算
分布在腹部底下的I10分配梁承受的荷载最大，故选取其中一根按照简支梁进行验算。
腹部分配梁横向间距为30cm，钢管的纵向间距为60cm，则分配梁弯矩为
M=7.3×26×0.3×0.6×0.6/8=2.56kN·m，
σ=M/W=2.56/49×1000=52.29 MPa＜118.5 MPa，满足设计要求。
腹部底下钢管受力最大，荷载为N=7.3×26×0.3×0.6×=34.16kN·m，

其中 N —— 立杆的轴心压力设计值(kN)
Φ —— 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比lo/i查表得到；
i —— 计算立杆的截面回转半径(cm)：i=1.58cm；
A —— 立杆净截面面积(cm2)：A=4.89cm2；
W —— 立杆净截面模量(抵抗矩)(cm3)：W=5.08 cm3；
σ —— 钢管立杆最大应力计算值 (N/mm2)；
[f]—— 钢管立杆抗压强度设计值 ：[f] =205 MPa；
L0—— 计算长度 (m)；
立杆稳定性：
横杆步距为1.2m，故立杆计算长度为1.2m。
柔度λ=L/i=120/1.58=75.95；
根据柔度的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数φ=0.744 ；
钢管立杆受压应力计算值；σ=34160/(0.744×489)=93.89 MPa；
立杆稳定性计算σ=93.89 MPa小于钢管立杆抗压强度设计值 [f]=205 MPa，满足要求！
2.5 预埋件验算
预埋件为2cm厚的钢板，通过锚筋预埋在墩身混凝土里。托架型钢通过采用手工焊条焊接到钢板上。

图2.5-1 预埋件构造图

表2.5-1 支点内力表

在上表中，F3为支点竖向力，M2为支点的主弯矩，取受力最大的点11进行验算。
（1）预埋件焊缝验算
角焊缝高度为6mm，按照公式fwl=F3/（0.7×6×L）=208.945×1000/（0.7×6×120×3×2）=69.1 MPa＜160MPa，满足设计要求。
（2）托架型钢焊缝验算
角焊缝高度为6mm，按照焊缝分别按受弯和受剪进行验算。
受弯：M2=66.66kN·m，焊缝的抗弯模量W=1.204×10-3m6，则
σ=M/W=66.66×1000/1.20410-3=55.37 MPa＜160MPa，满足设计要求。
受剪：F3=208.95kN，焊缝的周长L=1584mm，则fwl=F3/（0.7×6×L）=208.945×1000/（0.7×6×1584）=31.4 MPa＜160MPa，满足设计要求。
三、结论
由以上设计计算结构表明，支架整体受力满足设计要求，支架安全可靠。
四、加载预压
4.1加载试验目的
加载试验目的主要有：
⑴ 消除支架在安装过程中产生的非弹性变形；
⑵ 在各种不利条件下，检验钢管支架的使用性能和安全度；
⑶ 提供支架的弹性变形值以设置箱梁施工的预拱度。
4.2加载程序
加载试验主要采用砂袋加载，分别在支架的底板、翼缘板上进行，加载程序按荷载等级0→40%→70%→100%→120%→分4级进行。在加载试验过程中，对支架实际0基线、各种荷载作用下的实际变形进行实际加载测试。各级加载的变形必须在支架变形稳定后再量测。
4.3挠度测点设置及检查部位
加载试验在箱梁端部及与墩身连接处设置挠度观测点14个，单个断面上两侧翼缘板上各设置两个观测点，底板上设置3个观测点。加载过程检查内容如下表所示：
表4.3-1 支架加载试验检查部位及内容
部位
检查内容
三角托架
整体有无变形
焊接部位有无脱焊
型钢分配梁
型钢有无变形
型钢有无脱空
支点处型钢有无变形
外模板体系
面板下挠度是否超过设计
面板背枋有无变形
模板支撑钢管有无偏移
模板支撑框架有无变形，连接部位是否良好
支架模板拼装完成后，由测量组对观测点进行初始值测量，以后每级加载稳定后，下级加载前进行变形测量。
⑴ 测量制度
① 测量组在进行测量前，要认真阅读有关图纸，拟定测量方法，再观测点位置计算测量数据。测量数据必须由另一人复核，复核无误后方可上交成果。计算、复核、审核人员必须签字认可。
② 仪器安置好后，必须对“检查点”进行测量检查，确认仪器处于正常工作状态后，方可开始测量。
③ 现场测量由一人观测、一人记录计算、一人立尺，三人相互复核。
④ 为防止报错听错数据，现场记录实行“数据回报”制度，以确保数据正确。
⑵ 测量人员
① 有关测量人员应具有较高的业务水平，并持有相应的学历和资格证书。
② 测量管理人员要熟悉有关技术规范和要求，了解加载试验进度计划，合理安排测量工作。
③ 测量作业人员要熟悉测量仪器的性能、使用方法及操作规程，确保测量成果质量。
⑶ 测量仪器
① 按照工程对测量仪器的精度和性能的要求，选用合格的测量仪器。
② 测量仪器必须由经过专门培训的人员操作，其他人员不得擅自动用，以免损坏仪器。
③ 为了保证测量精度及仪器安全，禁止在大风、大雨、大雾等恶劣气候条件下使用仪器。在阳光下或小雨天作业时，应打伞，遮阳、遮雨。
④ 仪器应保持干燥，遇雨后应将仪器擦干，放在通风处晾干后才能装箱。仪器箱应保持清洁、干燥，并放置干燥剂，严禁碰撞。
4.4加载施工安全注意事项
加载试验在吊装过程中，遵循以下原则：
⑴ 吊装指挥系统是构件吊装最主要的核心，也是吊装成败的关键。因此，拟成立吊装领导小组，为吊装制定完善和高效的指挥操作系统，实行定机、定人、定岗、定责任，使整个吊装过程有条不紊地顺利进行。
⑵ 施工现场使用吊车作业时严格执行“十不吊”的原则，即“重量不明不吊、吃土不清不吊、信号不清不吊、有起无落不吊、吊物不清不吊、夜间无照明不吊、吊索不符合规定不吊、吊物绑扎不牢固不吊、吊物上下有人不吊、六级风以上不吊。
⑶ 起重机驾驶员、起重工必须听从指挥人员指挥，不得各行其事，工作现场只许由一名指挥人员指挥。
⑷ 不准让起吊的构件从人的头上、汽车驾驶室上经过。工作中，任何人不准上下机械，提升物体时，禁止猛起，急转弯和突然制动。
⑸ 起重物不准长时间滞留空中；起重机满负荷时，禁止复合操作；风速大于10m/s时，不准起吊任何物体。
⑹ 从卷筒上放出钢丝绳时，至少要留有5圈，不得放尽。
⑺ 工作中不准进行任何维修保养工作。
⑻ 夜间工作需有良好的照明。
⑼ 工作完毕，应将机车停放在坚固的地面上，吊钩收起，各部制动器刹牢，操纵杆放到空挡位置。