煙集河大橋連續(xù)梁施工支架計(jì)算.docx

1、新建吉林至琿春鐵路工程 朝陽河特大橋、煙集河特大橋施工檢算計(jì) 算：復(fù) 核：項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：室 主 任： 總工程師：中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司第1本共1本，本冊(cè)計(jì)29頁 二一二年五月 目 錄一、工程概況1二、計(jì)算分析依據(jù)及參數(shù)1三、碗扣支架計(jì)算2四、門洞支架計(jì)算10五、空心墩內(nèi)支架計(jì)算19六、爬梯計(jì)算23七、墩頂實(shí)體段施工計(jì)算24八、結(jié)論及建議28一、工程概況吉圖琿客專朝陽河特大橋、煙集河特大橋主橋?yàn)椋?0+64+40）m支架現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁（雙線）。梁體截面尺寸詳見概圖（一）（專橋（2009）2269A-III-08）、概圖（二）（專橋（2009）2269A-III-09），本計(jì)算書以煙集

2、河特大橋?yàn)槔龑?duì)連續(xù)梁支架進(jìn)行檢算。煙集河特大橋連續(xù)梁主跨跨越延吉市區(qū)公路，路面寬40m，與橋梁斜交78°，跨公路部分需搭設(shè)門洞支架，中跨其余部分及兩個(gè)邊跨采用滿堂支架法施工，如下圖1所示連續(xù)梁。滿堂支架采取碗扣式鋼管支架，鋼管規(guī)格：48x3.5mm。橫向分配梁：15x15cm方木, 縱向分配梁：10x10cm方木，按照?qǐng)D紙中布置進(jìn)行建模計(jì)算，如下圖2所示。圖1 施工支架立面布置圖圖2 施工支架平面布置圖二、計(jì)算分析依據(jù)及參數(shù)2.1計(jì)算依據(jù)1、煙集河大橋連續(xù)梁施工方案和相關(guān)圖紙；2、建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程(JGT166-2008)3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-200

3、3）；4、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.2-2005）；5、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD602004）；6、公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGTD60-01-2004)7、路橋施工計(jì)算手冊(cè)2.2計(jì)算參數(shù)1、碗扣式鋼管腳手架立桿容許承載力：步距1.2m時(shí)，N=30 KN2、Q235鋼容許剪應(yīng)力=100MPa，容許正應(yīng)力=170MPa3、方木容許剪應(yīng)力=1.2MPa，容許彎應(yīng)力=11MPa，彈性模量E=9×103Mpa4、竹膠板容許彎曲應(yīng)力=30MPa，彈性模量E=7×103Mpa5、貝雷梁弦桿容許軸力N=560KN,豎桿容許軸力N=210KN,斜桿容許軸力N=171.5

4、KN。6、16Mn鋼容許正應(yīng)力=220MPa。三、碗扣支架計(jì)算由于連續(xù)梁箱梁結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，碗扣支架在邊跨和中跨也具有對(duì)稱性。因此本計(jì)算僅對(duì)邊跨碗扣支架進(jìn)行分析。中跨碗扣支架在布置和受力上均和邊跨一致。3.1邊跨支架布置支架采用碗扣式鋼管腳手架，支架布置如下圖所示：圖3 邊跨支架立面布置圖圖4 邊跨支架平面布置圖圖5 主梁12截面施工支架布置圖3.2計(jì)算模型 對(duì)邊跨碗扣式鋼管支架進(jìn)行建模計(jì)算，模型中立桿采用梁單元模擬，橫桿及斜桿采用桁架單元來模擬；模板縱橫向分配梁采用梁單元模擬，分配梁之間采用剛性鉸接，分配梁與立桿之間也采用剛性鉸接，立桿底端施加豎向和水平約束。計(jì)算模型如下圖所示：圖6 邊跨支

5、架1/2計(jì)算模型3.3荷載碗扣支架及分配梁自重程序自動(dòng)計(jì)入。箱梁混凝土荷載按照?qǐng)D紙以下控制斷面加載，其中砼容重取26KN/m3圖7 截面荷載圖示圖8 12截面荷載圖示圖9 截面荷載圖示模板及沖擊荷載按照混凝土重量的0.2倍考慮。施工荷載按照2.5KN/m2考慮。風(fēng)荷載：按延吉市十年一遇基本風(fēng)速度30km/s考慮，基本風(fēng)壓為0.35KN/m2.本算書計(jì)算僅考慮橫向風(fēng)作用。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004），風(fēng)荷載強(qiáng)度可按下式計(jì)算：式中 設(shè)計(jì)風(fēng)速計(jì)算得風(fēng)壓值，；K1風(fēng)載體形系數(shù)，取 K1=1.0；K2風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取離地面或常水位高度10m對(duì)應(yīng)的系數(shù)K2=1.0；K3地形、地

6、理?xiàng)l件系數(shù)，按一般地區(qū)，取值K3 =1.0。根據(jù)上述公式及系數(shù)取值，風(fēng)壓強(qiáng)度計(jì)算如下：由于橫向風(fēng)在穿過密布鋼管立柱時(shí)風(fēng)速會(huì)明顯降低，此處橫向風(fēng)荷載僅考慮迎風(fēng)面兩排鋼管立柱對(duì)風(fēng)的阻擋效應(yīng)。作用于箱梁側(cè)面的橫向風(fēng)荷載按立柱頂加載等值橫向水平力來模擬。按照大風(fēng)天氣不進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)進(jìn)行考慮，有如下計(jì)算工況：工況：支架模板自重+主梁混凝土荷載+施工荷載+混凝土振搗荷載工況：支架模板自重+主梁混凝土荷載+橫向風(fēng)荷載3.4計(jì)算結(jié)果12343.4.1立桿計(jì)算a、 立桿底端軸力圖10 工況下軸力圖（單位：KN）圖11 工況下軸力圖（續(xù)）（單位：KN）圖12 工況下軸力圖（單位：KN）圖13 工況下軸力圖（續(xù)

7、）（單位：KN）從圖中可知，工況下立桿計(jì)算軸力最大，為29.3KN<N=30KN,滿足規(guī)范要求。b、 立桿穩(wěn)定性計(jì)算建模計(jì)算得立柱最不利截面內(nèi)力發(fā)生在工況：。，（查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表）。c、 水平撐桿軸力圖14 橫橋向水平撐軸力圖（單位：KN）圖15 順橋向水平撐軸力（單位：KN）從圖可知，有橫向風(fēng)作用時(shí)，橫橋向水平撐軸力最大為7.6KN，有縱向風(fēng)作用時(shí)，縱橋向水平撐軸力最大為10KN。d、 鋼管頂豎向位移圖16 工況下豎向位移圖（單位：mm）圖17 工況下豎向位移圖（續(xù)）（單位：mm）從圖中可知，鋼管頂豎向最大位移為向下2.2mm。3.4.2 橫向分配梁（15x15cm方木） 由于風(fēng)荷載

8、對(duì)分配梁影響很小，分配梁最不利工況發(fā)生在工況。以下為工況分配梁計(jì)算結(jié)果。圖18 組合應(yīng)力圖（4.1MPa）從圖中可知，橫向分配梁最大組合應(yīng)力為4.1MPa<=11MPa。圖19 剪應(yīng)力圖（MPa）從圖中可知，橫向分配梁最大剪應(yīng)力為1.0MPa<=1.2MPa。圖20 位移圖（mm）從圖中可知，橫向分配梁豎向位移最大為2.3mm，考慮到立柱位移1.3mm，實(shí)際橫向分配梁變形為1mm<l/500=600/500=1.2mm。3.4.3 縱向分配梁（10x10cm方木）由于風(fēng)荷載對(duì)分配梁影響很小，分配梁最不利工況發(fā)生在工況。以下為工況分配梁計(jì)算結(jié)果。圖21 組合應(yīng)力圖（MPa）從圖

9、中可知，縱向分配梁組合應(yīng)力為5.7MPa<=11MPa。圖22 剪應(yīng)力圖（MPa）從圖中可知，縱向分配梁最大剪應(yīng)力為1.4MPa>=1.2MPa。圖23 位移圖（mm）從圖中可知，縱向分配梁豎向位移最大為2.3mm，考慮到立柱位移1.3mm，實(shí)際縱向分配梁變形為1mm<l/500=600/500=1.2mm。3.4.4竹膠板計(jì)算底模面板為18mm厚竹編膠合板，采用100×100mm方木進(jìn)行加勁。由于箱梁腹板下方木間距為0.2m，故18mm厚竹編膠合板計(jì)算時(shí)按跨徑0.2m的連續(xù)梁考慮，計(jì)算如下：竹膠板荷載（1）腹板高度5.232m，腹板最大厚度為1.1m，鋼筋混凝土密

10、度按，則混凝土自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：（2）18mm厚竹膠板底模自重標(biāo)準(zhǔn)值：（3）振搗混凝土荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算（4）施工設(shè)備及施工人員荷載標(biāo)準(zhǔn)值：按荷載標(biāo)準(zhǔn)值：均布荷載強(qiáng)度計(jì)算：；。撓度計(jì)算：。3.4.5基礎(chǔ)計(jì)算由前所述，立桿底端最大軸力為29.3KN，又根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，立桿下為20cm厚混凝土墊層，立桿底荷載按45°剛性角擴(kuò)散到混凝土層底面考慮。則地基承壓面積為：地基承壓計(jì)算值為：四、門洞支架計(jì)算4.1.門洞支架布置根據(jù)公路現(xiàn)狀，臨時(shí)基礎(chǔ)及臨時(shí)支墩，最外側(cè)兩個(gè)座在公路路肩外側(cè)，中間3個(gè)直接座在公路路面上（與公路路面之間做好隔離層，以便于拆除）。在臨時(shí)支墩上設(shè)置墩頂橫梁（2個(gè)I50a工字鋼），

11、在墩頂橫梁上設(shè)置貝雷片，貝雷梁的計(jì)算跨度為（12+9+9+12）m連續(xù)梁。臨時(shí)支墩采用6309鋼管柱，臨時(shí)基礎(chǔ)采用1.5m*1.5m鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。貝雷片采用1.5m×3.0m，每道間距：箱體下0.45m，翼板下0.9m，共鋪45道，橫橋向長度23.4m。貝雷梁上依次為I10普通工字鋼橫梁，間距0.6m，15×15cm方木支墊，滿堂碗扣式支架，15×15cm方木橫梁，10×10cm方木縱梁，18mm竹膠板底模。 圖24 門洞支架立面布置圖圖25 門洞支架平面布置圖4.2、計(jì)算模型該計(jì)算模型中鋼管立柱底采用固結(jié)約束。立柱頂和橫向分配梁采用只受壓連接?？v

12、向貝雷梁和橫向分配梁采用只受壓連接。貝雷梁上橫向分配梁（I10）采用和貝雷梁上弦桿共節(jié)點(diǎn)連接。貝雷梁弦桿、豎桿、斜桿均采用梁單元。圖26 主橋中跨門洞支架1/2計(jì)算模型4.3、荷載門洞上部荷載主要是主梁澆筑時(shí)砼自重（按實(shí)際箱梁砼重的1.2倍進(jìn)行加載，如下各圖示）以及門洞上部模板支架荷載（統(tǒng)計(jì)重量300KN）。同時(shí)按照2.5KN/m2考慮施工人員機(jī)具荷載。風(fēng)荷載也同前所述。圖27 荷載布置側(cè)面示意圖圖28 主梁24截面（H=4.08）荷載示意圖圖29主梁25截面（H=3.71）荷載示意圖圖30主梁26截面（H=3.41）荷載示意圖圖31主梁27截面（H=3.17）荷載示意圖圖32主梁28截面（H

13、=3.00）荷載示意圖圖33主梁29截面（H=2.88）荷載示意圖按照大風(fēng)天氣不進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)考慮，有如下計(jì)算工況：工況：支架模板自重+主梁混凝土荷載+施工荷載+混凝土振搗荷載工況：支架模板自重+主梁混凝土荷載+橫向風(fēng)荷載4.4、計(jì)算結(jié)果4.4.1 鋼管立柱計(jì)算a 鋼管立柱軸力經(jīng)計(jì)算比較，立柱軸力最大發(fā)生在工況。圖34 工況門洞立柱軸力（KN）從圖上可知，立柱所受軸力較大為第二排靠中間三根立柱，最大值為1759KN。圖中從左邊起第三排立柱實(shí)際承擔(dān)左右兩跨荷載，即其實(shí)際軸力應(yīng)為圖中數(shù)值的兩倍，例如當(dāng)中最大值為2x396=792KN。b 鋼管立柱穩(wěn)定計(jì)算經(jīng)計(jì)算比較，立柱最不利截面內(nèi)力發(fā)生在工況

14、：。，c.鋼管立柱頂豎向位移圖35 門洞立柱柱頂位移（mm）從圖中可知，門洞立柱頂位移最大發(fā)生在左邊起第二排立柱，為2.2mm。4.4.2 支墩頂橫梁（2工50a）計(jì)算a分配梁組合應(yīng)力 經(jīng)計(jì)算分析，分配梁組合應(yīng)力最不利發(fā)生在工況。圖36 分配梁組合應(yīng)力（MPa）從圖中可知，分配梁最大組合應(yīng)力發(fā)生在左邊起第二根分配梁中間位置，最大值為112MPa<=170MPa。b.分配梁剪應(yīng)力 經(jīng)計(jì)算分析，分配梁剪應(yīng)力最不利發(fā)生在工況。圖37 分配梁剪應(yīng)力（MPa）從圖中可知，分配梁剪應(yīng)力最大值為90.9MPa<=100MPa。c.分配梁位移圖38 分配梁豎向位移（mm）從圖中可知，分配梁豎向位移

15、發(fā)生在從左邊起第二排分配梁中間處，累計(jì)位移最大為3.9mm，由前面立柱頂豎向剛體位移為2.0mm，所以分配梁實(shí)際最大豎向位移為3.9-2.0=1.9mm<l/500=3000/500=6mm。4.4.3貝雷梁計(jì)算經(jīng)計(jì)算分析，貝雷梁受力最不利發(fā)生在工況。a. 貝雷梁弦桿軸力圖39 貝雷梁弦桿軸力平面圖（KN）圖40 貝雷梁弦桿軸力立面圖（KN）從圖中可知，貝雷梁下弦桿最大軸力為309KN<N=560KN。b. 上弦桿組合應(yīng)力圖41 貝雷梁弦桿組合應(yīng)力平面圖（MPa）圖42 貝雷梁弦桿組合應(yīng)力立面圖（MPa）從圖中可知，貝雷梁上弦桿最大組合應(yīng)力為201.1MPa<=220MPa。

16、c. 豎桿軸力圖43 貝雷梁豎桿軸力圖（KN）從圖中可知，貝雷梁豎桿最大軸力為183.6KN<N=210KN。d. 斜桿軸力圖44 貝雷梁斜桿軸力圖（KN）從圖中可知，貝雷梁斜桿軸力最大為126.3KN<N=171.5KN。e. 弦桿位移圖45 貝雷梁弦桿豎向位移圖（mm）從圖中可知，貝雷梁弦桿豎向位移最大為17.8mm<l/500=12000/500=24mm。4.4.4普通工鋼橫梁（工10）計(jì)算a 橫梁組合應(yīng)力圖46 橫梁彎應(yīng)力圖（MPa）從圖中可知，橫梁最大組合應(yīng)力為140.3MPa<=170MPa。b 橫梁剪應(yīng)力圖47 橫肋剪應(yīng)力圖（MPa）從圖中可知，橫梁最大

17、剪應(yīng)力為61.9MPa<=100MPa。c 橫梁豎向位移圖48 橫梁豎向位移圖（mm）從圖中可知，橫梁豎向剛體位移最大為17.8mm。4.4.5地基及基礎(chǔ)計(jì)算a.地基承載力計(jì)算由前所述，立柱底最大軸力為1759KN，又根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，立柱底為1.5mx1.5m斷面長條形鋼筋混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)。鋼管立柱荷載通過承臺(tái)按45°角擴(kuò)散到地基的承載面積計(jì)算為4.97m2。圖49 地基承載面積計(jì)算示意圖地基承載力計(jì)算值：經(jīng)計(jì)算條形基礎(chǔ)底地基承載力應(yīng)不小于350KPa。b.條形基礎(chǔ)配筋計(jì)算荷載：第2排柱承受荷載分別為30KN、129KN、944KN、1759KN、1605KN、1575KN、468

18、KN、55KN?；A(chǔ)采用連續(xù)條型基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)混凝土等級(jí)C20，尺寸1.5*1.5*24米。條形基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置鋼筋,使整個(gè)條形基礎(chǔ)受力及沉降均勻。條形基礎(chǔ)自重：56.25KN/m基礎(chǔ)底面土層平均承受壓應(yīng)力：計(jì)算理論：由于基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，鋼管柱作為集中荷載，土的支反力作為均布荷載，計(jì)算模型取11.3米長連續(xù)基礎(chǔ)，簡化為三跨連續(xù)梁如下圖：受力計(jì)算模型的建立:計(jì)算模型示意圖圖50 條形基礎(chǔ)計(jì)算模型彎矩計(jì)算示意圖圖51 條形基礎(chǔ)彎矩圖剪力計(jì)算示意圖圖52 條形基礎(chǔ)剪力圖配筋計(jì)算（出自混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)）頂面：，按矩形截面計(jì)算配筋。以上公式均摘自鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)。配8根12，面積904.78mm2底

19、面： 底面也按矩形截面計(jì)算配12根12，面積1357.17mm2。斜截面抗剪配置箍筋：由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)得： 時(shí)，可以不按力學(xué)配置箍筋，但是需按構(gòu)造配置箍筋可以只按構(gòu)造配置箍筋。箍筋采用8mm，間距250mm一根。主筋采用直徑12mm的鋼筋。鋼筋布置圖如下：圖53 立柱條形基礎(chǔ)配筋圖五、空心墩內(nèi)支架計(jì)算5.1 空心墩內(nèi)部滿堂支架及爬梯布置圖54 支架（步梯）立面布置圖在每個(gè)墩身內(nèi)部搭設(shè)滿堂腳手架，腳手架內(nèi)布設(shè)之字形人行步梯。墩內(nèi)碗扣支架搭設(shè)按步距1.2m，縱橫向間距為90cm，人行步梯設(shè)置在腳手架中間位置，寬度0.9m，每層高度2.4m。步梯面板采用3cm厚木板鋪設(shè)。5.2 計(jì)算模型根

20、據(jù)施工方案最終版，取空心墩最高墩身高度38m作為支架高度進(jìn)行建模計(jì)算。立桿底與基礎(chǔ)采用鉸結(jié)約束。立桿用梁單元來模擬，橫撐和斜撐用桁架單元來模擬。圖55 空心墩滿堂支架計(jì)算模型5.3 荷載對(duì)滿堂支架平臺(tái)滿堂支架自重程序自動(dòng)計(jì)入，人行爬梯自重按照碗扣支架自重的0.2倍計(jì)。支架施工人員機(jī)具荷載按照4KN/m2考慮。模型中支架橫斷面輪廓面積為10m2，計(jì)算得施工荷載為40KN，分為三組荷載工況進(jìn)行加載：工況一：橫向偏載，即將40KN加載到橫向單側(cè)一半立柱頂；工況二：縱向偏載，即將40KN加載到縱向單側(cè)一半立柱頂；工況三：正常加載，即將40KN均分到各根立柱頂。又每節(jié)爬梯考慮1.5KN的人行荷載，將其作

21、用與之相連的立柱上。其中三組荷載工況均單獨(dú)與支架自重及爬梯人行荷載進(jìn)行組合計(jì)算。5.4 計(jì)算結(jié)果5.4.1 立桿底端軸力圖56 立桿底軸力圖（KN）從圖中可知，底節(jié)立桿軸力最大發(fā)生在工況2，為22.8KN<N=30KN。5.4.2 立桿穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)實(shí)際情況建模計(jì)算得立柱最不利截面內(nèi)力：。，六、爬梯計(jì)算以豎向集中荷載1.5KN作用于爬梯跨中（爬梯斜方向跨徑為3.4m），對(duì)48x3.5爬梯強(qiáng)度及剛度計(jì)算如下。圖57 爬梯組合應(yīng)力圖（MPa）從圖中可知，爬梯組合應(yīng)力最大發(fā)生在跨中位置，為66.0MPa<=170MPa。圖58 爬梯豎向位移圖（mm）從圖中可知，爬梯跨中豎向位移為6.5mm

22、<l/500=3400/500=6.8。七、墩頂實(shí)體段施工計(jì)算7.1墩帽現(xiàn)澆支架布置墩帽現(xiàn)澆支架采用型鋼作為主要受力結(jié)構(gòu)。墩身施工時(shí)預(yù)留孔洞，安裝分配梁3作為支架的支撐。具體布置如下：圖59 墩帽現(xiàn)澆支架布置圖7.2支架計(jì)算說明采用MIDAS2010對(duì)分配梁建立模型，桿件均采用梁單元模擬，墩柱預(yù)留孔洞處，分配梁3在支墊處采用鉸接約束。計(jì)算荷載考慮墩帽一次澆筑，取荷載安全系數(shù)為1.2，按面積計(jì)算，將線荷載加載至分配梁1上；根據(jù)分配梁1（2）反力加載至分配梁2（3）；支架自重，由程序自行加載。7.3底模系統(tǒng)計(jì)算7.3.1 15mm厚竹膠板計(jì)算模板面板為受彎構(gòu)件，按多跨連續(xù)梁對(duì)面板抗彎強(qiáng)度和剛

23、度進(jìn)行驗(yàn)算。1m寬面板的截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為：W=1000×152/6=37500 mm3；I=1000×153/12=281250mm4方木橫橋向間距為180mm。模板計(jì)算均布荷載為：q =26.25×4.0×1.2=126kN/m；（1）強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算公式如下：M=0.1ql2最大彎矩：M=0.1ql2 =0.1×126×0.182=0.41KN·m；彎曲應(yīng)力：=M/W=0.41×106/37500 =10.9Mpa<=30Mpa，滿足要求。（2）撓度計(jì)算：計(jì)算公式如下：=0.677ql4/(1

24、00EI) 面板最大撓度計(jì)算值：=0.677×126×1804/(100×9000×281250)=0.35mm<=180/400=0.45mm滿足要求。7.3.2 底模150×150mm方木計(jì)算模板方木為受彎構(gòu)件，按多跨連續(xù)梁計(jì)算。截面抵抗矩W=b×h2/6=150×150×150/6=562500mm3截面慣性矩I=b×h3/12=150×150×150×150/12=42187500mm4此處方木橫橋向間距為180mm，方木下支撐結(jié)構(gòu)間距為1500mm。方木計(jì)算均布荷載為：q =1.2×26.25×4.0×0.18=22.68kN/m（1）強(qiáng)度計(jì)算：彎矩計(jì)算公式如下：M=0.1ql2最大彎矩：M=0.1×22.68×1.52=5.1KN·m；彎曲應(yīng)力：=M/W=5.1×106/562500 =9.1<fm=12Mpa；（2）撓度計(jì)算： 撓度計(jì)算公式如下：=0.67