某立交匝道跨越鐵路施工支架設計

PAGE某立交匝道跨越鐵路施工支架設計一、工程簡介施工項目為位于某市區(qū)南端秦淮河東南岸的某立交工程，屬互通式城市立交工程，處于《某市主城路網規(guī)劃》“兩縱兩橫快速路”的“東縱”與“南橫”的交叉點，是某市主城區(qū)“外環(huán)+井字”型快速道路網的重要組成部分。其中，某鐵路貫穿立交范圍，為滿足施工期間鐵路通行的需要，保證鐵路建筑界限不受侵占，須架設支架跨越鐵路以滿足施工需要。二、設計依據1、某立交橋工程D2標設計文件。2、《公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范》（JTJ025—86）。3、《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17—88）4、《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041—2000）。5、《公路橋涵施工手冊》及其他有關的現行國家及地方強制性規(guī)范和標準。6、《鐵路技術管理規(guī)程》（鐵道部令第2號）。三、設計說明本支架專為滿足H匝道橋跨越某鐵路施工需要而設計。H匝道與某鐵路成40°斜交，在滿足鐵路建筑界限要求前提下，支架垂直鐵路線路方向凈跨6.50m，貝雷片桁架梁梁底距鐵路軌頂面高7.0m。支架采用法蘭連接鋼管墩柱，每個墩柱由3根并排放置間距0.4m的Φ220×6mm鋼管組成，每片貝雷桁架梁對應支立一墩柱，同時為了增強墩柱的整體穩(wěn)定性，每4.0m布置一道角鋼橫桿斜撐。墩頂蓋梁采用雙榀Ⅰ32c工字鋼，工字鋼蓋梁擱置在雙榀［20b槽鋼頂托上。支架順橋向跨越構件采用1500×3000mm×4貝雷片桁架，其中箱底部位采用三排單層貝雷片，間距3.1m，翼板部位采用雙排單層貝雷片，間距3.4m，懸挑1.0m。貝雷片桁架上按間距1.0m擱置三榀P43扣軌橫向分配梁，然后，在扣軌上支立扣件式滿堂鋼管支架。為了明確滿堂式支架每根立柱所傳遞豎向力的大小，本設計首先對滿堂式鋼管支架進行了受力檢算，確定鋼管支架立柱的橫向間距：腹板附近為0.8m，箱底其它部位為1.0m，翼板部位為1.4m；縱向間距均為1.0m；支架縱橫桿步距1.5m。箱梁底模采用δ=15mm厚的竹編膠合模板，底模小楞采用間距0.3m的100×100mm方木，大楞采用150×150mm方木，相關的具體布置見附圖。四、受力檢算㈠、荷載砼自重：箱底：22.30KPa,翼板部位：8.67KPa,②模板重量（含內模、側模及支架），以砼自重5%計，則：箱底：22.30×5%=1.12KPa翼板部位：8.67×5%=0.43KPa③施工荷載：2.0KPa④振動荷載：2.5KPa⑤砼傾倒產生的沖擊荷載：2.0KPa荷載組合計算強度：q=①＋②＋③＋④＋⑤計算剛度：q=①＋②㈡、底模檢算，合格。剛度荷載：，合格。⑵翼板部位強度剛度荷載：，合格。㈣、方木大楞檢算考慮箱梁腹板部位的重量較集中，而為了方便計算，箱梁自重是按整體均布考慮，這必將導致腹板處的實際荷載要大于計算荷載，而其他部位的計算荷載比實際荷載偏大，因而在腹板部位對支架立柱給予加密，橫向間距取0.80m，箱底其他部位立柱間距取1.0m，翼緣板處立柱間距取1.40m，同時，腹板部位大楞的計算跨度按1.00m計以平衡因計算荷載比實際荷載偏小的不利影響，且大楞偏安全地按簡支梁考慮。大楞規(guī)格為150mm×150mm的方木。⒈荷載組合小楞所傳遞給大楞的集中力為：箱底：翼板部位：大楞方木自重：⒉截面參數及材料力學性能指標方木的力學性能指標按《公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范》（JTJ025－86）中的A－3類木材并按濕材乘0.9的折減系數取值，則：，⒊承載力檢算⑴箱底部位由于小楞方木的布置具有一定的隨機性，因此檢算應力時應按產生最大應力布載模式進行計算。力學模式：①強度按產生最大正應力布載模式計算。支座反力則最大跨中彎距，合格。剛度按產生最大豎向力的“最大支座反力布載模式”計算集中荷載：，合格。⑵翼板部位力學模式：翼板部位的鋼管立柱間距1.4m，方木規(guī)格同箱底部位。強度按產生最大正應力布載模式計算。支座反力則最大跨中彎距，合格。剛度按產生最大豎向力的“最大支座反力布載模式”計算集中荷載： ，合格。㈤、滿堂式鋼管支架檢算每根鋼管立柱所承受的豎向力按其所支撐面積內的荷載計算，忽略方木小楞自重不計，則大楞傳遞的集中力：箱底（均以跨度1.00m計算）：

翼板：Φ48×3mm鋼管自重，滿堂式鋼管支架按8.0m高計：則單根鋼管立柱所承受的最大豎向力為：檢算其穩(wěn)定性。Φ48×3mm鋼管的面積，鋼管回轉半徑為：支架橫桿、縱桿的步距均為1.5m，并適當布置垂直剪刀撐。長細比查《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17-88），得.強度驗算：故滿足要求。穩(wěn)定性驗算：，滿足要求。㈥扣軌橫向分配梁檢算⒈荷載組合鋼管立柱傳遞的集中力：箱底：P1=30.71KN翼板：P2=22.04＋0.65=22.69KN扣軌自重：⒉軌束截面參數及力學性能指標三根43軌扣軌的截面抵抗矩：，三根43軌扣軌的截面慣性矩：，三根43軌扣軌的中性軸以上部分面積對中性軸的面積矩：中和軸以上部分面積近似的按其上下部分抵抗矩之比取值面積矩鋼軌腹板厚：取彈性模量：，由于缺少鋼軌的相關資料，鋼軌的力學性能指標偏安全地參照A3鋼取值.容許彎曲應力：⒊承載力檢算橫向分配梁采用由三根P43軌相扣組成的軌束支承滿堂式鋼管支架?？紤]箱梁自重主要集中在箱底部位，即對稱梁中線分布在4.60/sin40o=7.16m范圍內，而翼板部位相對較小，因而采用圖-1模式布置貝雷片縱梁，并為了方便計算偏安全的采用圖-2簡支簡化模式進行計算。帶伸臂的邊跨段①強度支座反力：計算并繪制受彎圖控制彎矩：，合格。②剛度伸臂梁的撓曲變形受懸挑段的負彎與跨內的正彎的相互約束，其最大撓度應小于懸挑段單獨布載或跨內單獨布載時的撓度，故為了方便計算，計算懸挑段的最大撓度時僅考慮懸挑段荷栽，而跨內按簡直梁計算。荷載計算：P1=（22.30+1.12）×1.0×1.0+0.14×1.0=23.56KNP2=（8.67+0.43）×1.0×1.4+0.14×1.4=12.94KNg=1.29KN懸挑段的最大撓度故，滿足要求?？鐑榷蔚淖畲髶隙劝春喼绷嚎紤]，則 故，滿足要求。⑵中間跨橫向分配梁①強度支座反力：計算并繪制受彎圖：控制彎距：，合格。②剛度集中荷載：P=23.56KN， 故，滿足要求。⑶抗剪檢算控制剪力按軌束傳遞給貝雷片縱梁的最大集中力計算。1#、5#貝雷梁：2#、4#貝雷梁：3#貝雷梁：故控制剪力：容許剪應力增大系數便安全地取C=1.0，臨時結構提高系數,則，故滿足要求。⑷軌束整體穩(wěn)定性檢算P43軌軌束繞y軸的慣性矩如下：為了增強鋼軌的整體穩(wěn)定性，每根滿堂式鋼管支架的立柱下設一方鋼卡（具體構造見附圖），因而計算長度取最大立柱間距查《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17-88），得，則，故滿足要求。㈦貝雷桁架縱梁檢算⒈荷載軌束傳遞給貝雷片縱梁的最大集中力：1#、5#貝雷梁：2#、4#貝雷梁：3#貝雷梁：雙排單層貝雷片自重：三排單層貝雷片自重：⒉截面參數及力學指標雙排單層貝雷片：三排單層貝雷片：⒊承載力檢算⑴雙排單層貝雷桁架1#、5#縱梁為雙排單層貝雷片梁。為了減少不均勻沉降，橫向分配梁自桁架中心對稱布置，計算跨徑偏安全地按12m計。則力學模型為：強度支座反力：Ra=Rb=（2×12+70.96×12）/2=437.76KN取跨中彎矩作為控制彎距：故，滿足要求?？辜魴z算控制剪力取支點反力：故，滿足要求。剛度集中荷載近似地減去間距一半的施工荷載，則：P=12×70.96-12×2.7×（2.0+2.5+2.0）=640.92KN ，故滿足要求。⑵三排單層貝雷桁架2#、3#、4#縱梁均為三排單層貝雷桁架梁，其中2#、4#梁受力集中荷載最大，檢算時取2#、4#梁進行計算。其力學模型同雙排單層貝雷桁架梁。強度支座反力：Ra=Rb=（3×12+108.81×12）/2=670.86KN跨中彎矩：故，滿足要求②抗剪檢算控制剪力：故，滿足要求。③剛度集中荷載近似地減去相鄰兩貝雷片梁間距范圍內的施工荷載，則：P=12×108.81-12×3.25（2.0+2.5+2.0）=1052.22KN ，故滿足要求。㈧雙榀I32c工字鋼墩頂蓋梁檢算考慮貝雷片縱梁所傳遞給墩頂蓋梁的集中荷載較大，如跨內布置集中荷載必會導致過大跨內彎曲應力，為避免蓋梁的材料用量過大，采用改善墩柱布置來消除這一不利影響，在每個集中力下面設一支點，即每片貝雷片梁下方布設一鋼管墩柱，這樣按簡支梁考慮的話，工字鋼蓋梁跨內僅有自重所產生的彎曲應力，而集中荷載通過工字鋼梁直接傳遞給了墩柱，因而再此僅對蓋梁的抗剪能力進行檢算。I32c工字鋼的截面參數：腹板厚控制剪力采用2#縱梁所產生的最大支點反力，工字鋼自重忽略不計，并按2根工字鋼平均受力考慮。則力學模式：故因，，故取容許剪應力增大系數C=1.0，臨時結構的鋼材容許應力提高系數，則，故滿足要求。㈨H型鋼組合截面墩柱檢算墩柱對稱C匝道線路中心線與某鐵路線路中心線交點的切線方向布置，布置范圍為，每個墩柱由2根間距0.3m的40#H型鋼組合而成，頂部擱雙榀［22b槽鋼用以支承蓋梁。取蓋梁的控制剪力加雙榀40#H型鋼自重作為墩柱的控制軸向力P=Q+g=698.9+16.24/4=702.15KN。⒈雙榀［22b槽鋼頂托驗算強度抗彎受力模式：支座反力：雙榀［20b槽鋼截面參數：截面抵抗距：截面慣性矩：半截面面積矩：腹板厚，合格?？辜艨刂萍袅θ≈ё戳Γ阂?，，故取容許剪應力增大系數C=1.0，臨時結構的鋼材容許應力提高系數，則，故滿足要求。⑵剛度忽略槽鋼自重不計。，合格。⑶整體穩(wěn)定性檢算雙榀［20b槽鋼的回轉半徑：，則，查《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17-88），得，則，故滿足要求。⒉40#H型鋼組合墩柱檢算H型鋼組合截面如右圖所示。每根40H型鋼的截面參數：毛截面面積：毛截面慣性矩：，截面中和軸以上部分面積對中和軸的面積矩最小回轉半徑：兩根9.0m長的40#H型鋼（忽略綴板重量不計）自重：組合截面墩柱軸向力：⑴對實軸X-X的穩(wěn)定性驗算查《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17-88），得故，滿足要求。⑵對虛軸y-y的穩(wěn)定性驗算組合截面截面參數：則長細比兩個型鋼用綴板焊接成整體，綴板兩側焊縫間的距離。確定綴板間的凈距又因構件單肢長細比不宜大于40，則即故取綴板間的凈距。則故長細比查《鋼結構設計規(guī)范》（GBJ17-88），得⑶綴板驗算作用在墩柱上的橫向剪力按軸心受壓桿件計，端綴板長度中綴板長度根據以上估算，選用綴板厚度綴板間凈距在全長9.0m的組合桿件上綴板的布置如下圖所示。中綴板的中心距離兩個H型鋼性心軸間的距離綴板所受剪力綴板所受彎距綴板的截面模量綴板彎曲應力綴板剪應力故，綴板滿足使用要求。⑷綴板焊縫驗算綴板焊接采用人工貼角焊，取焊縫長度與綴板長度相同，即中綴板為300mm，端綴板為500mm，焊縫厚度等于綴板厚度。由綴板剪力產生的焊縫應力：由綴板彎距所產生的焊縫應力：焊縫總應力為：故，綴板焊縫滿足要求。㈤基礎驗算受墩柱穩(wěn)定性的限制，墩柱高度不宜過高，因而導致基頂標高不宜過低，按墩柱高9.0米并保持軌面以上7.0米的凈空計，基頂則應在軌面以下2.6米（含頂托及蓋梁高）。據C1#墩地質勘測資料顯示該處6.0米厚范圍內地質情況依次如下：雜填土層：0.8米厚。褐色；不均勻；稍密；稍濕。素填土層：1.2米厚?；尹S色；不均勻；濕；可塑。亞粘土層：4.5米厚。黃色；不均勻稍密；飽和。為達到持力層要求，必將導致基礎高度過大，為此為了減少基礎的砼工程數量，減少過大開挖給鐵路帶來的行車危機，擬對基底進行換填或進行旋噴樁加強處理，以抬高基底標高。期待通過地基處理后的地基容許承載力能達到。初步擬定基礎截面為1.5m×1.5m高1.0米的C25砼基礎，并加以配筋。⑴基底應力驗算基礎面積：A=1.5×1.5=2.25m2故，初擬基礎截面滿足加強處理后的地基承載力要求。⑵配筋由于墩柱通過鋼墊板傳力給基礎，鋼墊板面積為0.6×0.6=0.36m2，而基礎截面面積達1.5×1.5=2.25m2，因此可認為基礎屬局部承壓結構，但基礎僅受軸心力。所以，僅對基礎按局部承壓結構構造要求加以配筋，以提高基礎的抗裂性