上喻现浇连续梁支架设计计算书.doc

上喻特大桥32+48+32m现浇连续梁
支架设计计算书

计 算：
审 核：
复 核：

中国港湾工程有限责任公司
2012年6月
第一部分 32m边跨满堂支架受力检算书

目 录

一、计算依据 - 2 -
二、碗扣支架检算 - 2 -
1 支架材料要求 - 2 -
2架布置方案 - 2 -
3 混凝土浇筑阶段钢管支架承载能力计算 - 3 -
4 压杆稳定性计算 - 5 -
5 立杆基础及基底计算 - 5 -
6 支架稳定性计算 - 6 -

一、计算依据
1.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）
2.工程设计图纸及地质资料。
3.《路桥施工计算手册》
4.《钢结构设计规范》

二、碗扣支架检算
1 支架材料要求
根据施工单位的施工技术条件，采用满堂碗扣式支架。钢管规格为φ48×3.5mm，有产品合格证。钢管的端部切口应平整，禁止使用有明显变形、裂纹和严重绣蚀的钢管。扣件应按现行国家标准《钢管支架扣件》（GB15831）的规定选用，且与钢管管径相配套的可锻铸铁扣件，严禁使用不合格的扣件。新扣件应有出厂合格证、法定检测单位的测试报告和产品质量合格证，当对扣件质量有怀疑时，应按现行国家标准《钢管支架扣件》（GB15831）的规定抽样检测。旧扣件使用前应进行质量检查，有裂缝、变形、锈蚀的严禁使用，出现滑丝的螺栓必须更换。支架材料及施工必须满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）的规定。
2支架布置方案
腹板下方立杆横向间距30cm，共5排，纵向间距30cm，步距30cm。其它底板下方横向间距60cm，纵向间距30cm，步距30cm。支架东西最外侧一排横向间距为90cm，纵向间距30cm。

3 混凝土浇注阶段钢管支架承载能力计算
截面尺寸如下：

将截面划分成腹板区、箱室区和翼缘区。

按分块计算各个分块重量及分配到各立杆上的力。并考虑：
人群荷载：2.5Kn/m2
机械荷载：2.5Kn/m2
模板荷载：3Kn/m2
冲击系数:1.2
分段区域荷载G=分段区域自重*冲击系数+分段区域顶面面积*（人群荷载+机械荷载+模板荷载）。

4 压杆稳定性计算
整个梁段按纵向0.3m长计算分块区域的荷载及其作用于区域上的钢管轴力，计算结果如下图：

可见，各区域钢管所受轴向荷载为:
腹板区杆件轴力为:6.535kN<[N]=24kN;
箱室区杆件轴力为4.766kN<[N]=24Kn;
翼缘区杆件轴力为4.112kN<[N]=24kN;
可见：当前钢管支架轴向受力满足强度要求。

5 立杆基础及基底计算
立杆基础为C30混凝土基础，基底最小承载力为250kPa。
偏于安全考虑，立杆对基础混凝土及基底的压应力为：
对于腹板区立杆：σ=13070/0.3/0.3=145.2kPa<[σ]= 250kPa，满足地基强度要求。
对于箱室区立杆：σ=11215/0.3/0.6=62.3kPa<[σ]= 250kPa，满足地基强度要求。

6 支架稳定性计算
立杆为Φ=48mm、δ=3.5mm钢管，则A=4.89cm2、Ix=12.15cm4、W=5.078cm3、rx（回旋半径）=1.578cm (路桥施工计算手册438页)，以横杆间距1.8m计算。
立杆长细比λ=1800/15.95=112.85，查表得φ=0.512
[N]= φ×A×[σ]=0.512×4.89×21.5=53.8KN＞N=6.535KN
支架稳定性符合要求

结论：经计算，该满堂支架强度、刚度、稳定性均满足相关规范要求。
第二部分 48m中跨受力计算书

目 录

1.连续梁及支架的结构形式、主要性能参数及特点…………….- 8 -
2.支架设计………………………………………………………….- 8 -
2.1.设计依据………………………………………………………………- 8 -
2.2.设计规范………………………………………………………………- 9 -
2.3.材料……………………………………………………………………- 9 -
2.4.计算荷载………………………………………………………………- 9 -
2.5.主要材料技术指标……………………………………………………- 10 -
2.6.计算工况………………………………………………………………- 11 -
2.7.结构计算………………………………………………………………- 11 -
2.8.计算成果………………………………………………………………- 13 -
3.结论 …………………………………………………………….- 32 -

1.连续梁及支架的结构形式、主要性能参数及特点
1.1.连续梁总体结构
上喻特大桥在DK649+760附近跨越一大型人工引水灌溉沟-锦惠渠，其与线路夹角为57°54′，结合锦惠渠与渠旁道路要求，采用1-（32+48+32）m的连续梁跨越。梁体为无碴轨道32+48+32预应力砼双线连续梁，梁长113.3米，三跨分别为31.9+48+31.9米。截面类型为单箱单室等高度截面，顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。箱梁顶板宽12.0m，底板宽5.4m,梁高3.278米，腹板厚0.67～1.3m，底板厚为0.475～0.85m，翼缘板悬臂长2.65m。

1.2.支架总体结构
钢管支架体系自上而下为底模模板、I10a工字钢、贝雷片、I40a工字钢、φ629mm钢管柱、钢筋砼条形基础，加固处理后的地基以及排水系统。
边跨支撑采用碗扣脚手架进行支撑，纵向间距30cm。根据箱梁混凝土横向荷载分布布置，顶部采用顶托调节底模高度，采用100mm×100mm×4000mm木方垫底。连续梁底模采用2400mm×1200mm×15mm竹胶板。
1.3.支架主要特点
贝雷梁支架结构简单，受力明确。
各构件间密贴联结，非弹性变形可忽略不计。
支架采用贝雷梁结构可靠，轻便，空间跨度大。
整体结构设计采用大型结构软件进行整体三维空间分析，使用安全可靠。
现浇连续梁的外模板采用大块钢模板，可保证箱梁混凝土外观质量。
未填方占用渠道，施工同时保证锦惠渠正常通航。
1.3.主要技术性能及参数：
工作状态倾覆稳定系数>2.0
结构中最大弹性变形：36.72mm
体系刚度：各支撑计算跨径的1/400
2.支架设计
2.1.设计依据：
《上喻特大桥32+48+32m现浇连续梁支架纵断面图》图纸
2.2.设计规范
《铁路桥涵施工技术规范》(TB10203-2002)
《钢结构设计规范》(GB5007-2003)
《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)
《钢结构高强螺栓连接的设计、施工、及验收规程》(JGJ82-91)
《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)
2.3.材料
钢材：
Q235b：用于贝雷梁、标准件及销轴以外的其它构件。
Q345b 贝雷梁材料。
40Cr号钢：用于销轴
40Si2MnV(高强精轧螺纹钢筋)：用于标准联结件。
连接材料：
10.9S级钢结构用高强螺栓联结副
E43XX 焊条
Er49-1 CO2气体保护焊丝
2.4.计算荷载
2.4.1.混凝土容重: 26KN/m3。
2.4.2.混凝土超载系数: 1.05。
2.4.3.钢材容重: 78.5KN/m3
2.4.4.施工人员、材料、机具荷载: 1.0KN/m2,按梁段顶面积计算。
2.4.5.风荷载：南昌市50年一遇基本风压为0.45KN/m2。
2.4.6.混凝土灌注状态动力系数取1.1。
2.5.主要材料技术指标
材料允许应力
表1.钢材允许应力
钢材允许应力（Mpa）
应力种类
符号
钢号
Q235B
Q345B
40Cr
(调质）
40Si2MnV
(精轧螺纹钢筋)
第1组
第2、3组
第一组
第二组
抗拉、抗压和抗弯
[б]
170
155
275
215
375
375
抗剪
[τ]
100
95
145
130
225

端面承压（磨平顶紧）
[бc]
255
230
360
320

表2.焊缝允许应力
焊缝允许应力（Mpa）
焊缝种类
应力种类
符号
构件钢号
Q235B
第1组
第2、3组
对接焊缝
抗拉、抗压
[б]
170
155
抗剪
[τ]
100
95
贴角焊缝
抗拉、抗压和抗剪
[τ]
120
120

表3.螺栓和销轴允许应力
螺栓和销轴连接允许应力(MPa)
螺栓的性能等级、销轴和构件的钢号
普通螺栓
销轴
承压型连接高强度螺栓
抗拉[δ]
抗剪[τ]
承压
[δc]
抗弯[δ]
抗剪[τ]
抗拉[δ]
抗剪[τ]
承压
[δc]
普通螺栓
4.8级
145
100

销轴
45号

300
180

40Cr

550
330

承压型高强度螺栓
8.8级

285
175

10.9级

360
215

构件
Q235

255

335
Q345

360

420

2.6.计算工况
计算强度时荷载：
动力系数1.1X梁段混凝土重量X超载系数1.05＋动力系数1.1X支架自重＋施工人员、材料、机具荷载+风荷载
计算刚度时荷载：
梁段混凝土重量＋支架自重＋施工人员、材料、机具荷载
2.7.结构计算
采用大型结构计算软件进行整体空间内力分析。按允许应力法进行检算。计算模型全部采用梁单元，主桁架考虑节点次弯矩。为使模型简洁，便于计算结果分析，箱梁顶板及内模支模结构件叠加在底板混凝土上，施工人员、材料、机具及风荷载平均施加在施工作业面上。下面以整体结构纵身中心线对称结构的一半作为整体分析目标。

图1支架总体计算图式

图2支架总体计算图式三维效果图

图3支架总体边界条件约束图

图4支架总体荷载分布图
2.8.计算成果
2.8.1.支架在工况下总体变形

图5支架总变形图
由上图可以看出，支架整体最大综合变形为36.7mm。位于第四跨跨中。

图6支架总应力图
由上图可以看出，支架整体最大综合应力为274MPa。位于第五排立柱支撑根部。
2.8.2.第一跨支架体系刚度

图7第一跨支架体系变形值
计算表明第一跨支架体系中最大变形处位于腹板正下方贝雷梁的跨中，最大挠度值9.1mm，本跨跨径为9000mm，故允许变形值为9000/400=22.5mm>9.1,本跨刚度符合规范要求。
2.8.3.第一跨支架体系强度

图8第一跨支架体系应力值
计算表明第一跨支架体系中最大应力处位于腹板正下方贝雷梁立柱支撑根部的立杆上，最大应力值为247.8MPa<275MPa,本跨强度符合规范要求。
由于第二跨、第三跨及第五跨跨径分别为9000mm、2000mm及5600mm均不大于第一跨跨径9000mm，故分析结果不再一一罗列，以下为第四跨计算成果, 第四跨跨径为16937mm。
2.8.4.第四跨支架体系刚度

图9第四跨支架体系变形值
计算表明第四跨支架体系中最大变形处位于腹板正下方贝雷梁的跨中，最大挠度值36.7mm，本跨跨径为16937mm，故允许变形值为16937/400=42.3mm>36.7mm本跨刚度符合规范要求。
2.8.5.第四跨支架体系强度

图10第四跨支架体系应力值
计算表明第四跨支架体系中最大应力处位于腹板正下方贝雷梁立柱支撑根部的下弦杆上，最大应力值为274MPa<275MPa,本跨强度符合规范要求。
2.8.6.工字钢45#横梁的刚度、强度

图11工字钢横梁变形值
计算表明工字钢横梁中最大变形处位于第五排横梁，箱梁腹板正下方横梁处，最大综合变形值2.7mm，横梁最大跨径为2400mm，故允许变形值为2400/400=6.0mm>2.7mm,工字钢横梁刚度符合规范要求。

图12工字钢横梁应力值
计算表明工字钢横梁中最大应力处位于第四排横梁，箱梁腹板正下方横梁处，最大应力值为104MPa<170MPa，工字钢横梁强度符合规范要求。
2.8.7.钢管立柱的刚度、强度

图12钢管立柱变形值
计算表明钢管立柱最大变形处位于第五排立柱，箱梁腹板正下方立柱顶端，最大综合变形值2.7mm，钢管立柱刚度符合规范要求。

图13钢管立柱应力值
计算表明钢管立柱最大应力处位于第五排立柱，箱梁腹板正下方立柱底部，最大应力值为88.3MPa<170MPa,钢管立柱强度符合规范要求。
2.8.8.强度、刚度计算结构一览表
项目
最大变形值(mm)
允计变形值L/400(mm)
最大应力值(MPa)
允许应力值(MPa)
结论
第一跨
9.1
22.5
247.8
275
符合规范要求
第二跨
5.1
22.5
236.0
275
符合规范要求
第三跨
2.1
5.0
236.0
275
符合规范要求
第四跨
36.7
42.3
274.0
275
符合规范要求
第五跨
2.7
14.0
274.0
275
符合规范要求
钢管立柱
2.7
6.0
88.3
170
符合规范要求
I45#横梁
2.7
6.0
104.0
170
符合规范要求
2.8.9.支架整体线弹性屈曲稳定

图14.支架体系整体线弹性屈曲
在工况作用下，支架整体线弹性屈曲前2阶正的稳定系数分别为17和12，说明支架体系整体屈曲稳定有足够的安全系数。
3.结论
经计算，该支架在各种计算工况下，强度、刚度、稳定性均满足相关规范要求。
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