梅溪湖桥梁支架贝雷架检算报告

梅溪湖路跨龙王港河桥支架检算报告中南大学土木工程检测中心二一一 年 四 月梅溪湖路跨龙王港河桥支架检算报告工程名称： 梅溪湖路跨龙王港河道路桥梁工程委托单位： 湖南望新建设集团股份有限公司检算单位： 中南大学土木工程检测中心检算人员：报告编写：报告审核：报告批准：中南大学土木工程检测中心二一一 年 四 月i目 录第 1 章 概述 .11.1 工程概况 .11.2 检算依据 .11.3 检算内容和方法 .11.4 主要检算结论 .2第 2 章 支架检算 .42.1 基本资料 .42.2 荷载计算 .42.3 计算模型 .52.3.1 模型建立 52.3.2 边界条件 52.3.3 荷载 52.4 竹胶板检算 .72.4.1 强度检算 72.4.2 刚度检算 72.5 方木检算 .92.5.1 强度检算 92.5.2 刚度检算 92.6 扣件式支架检算 .102.6.1 强度检算 102.6.2 刚度检算 102.6.3 稳定性检算 132.7 贝雷梁检算 .142.7.1 强度检算 162.7.2 刚度检算 182.7.3 稳定性检算 192.8 地基验算 .20中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-051第 1 章 概述1.1 工程概况梅溪湖路跨龙王港河连续箱梁桥，起止桩号 K0+876.169K1+32.693，全长162.75m，桥面总宽 38.0m，按完全独立的左右两幅设计，桥宽均为 19 米，中间设 2米宽的中央分隔带。人行道 4.5m，非机动车道 3.25m，机动车道 11.25m。桥跨采用（45+48+43.75+26 ）m 和（26+43.75+46.39+42）m 四跨一联预应力混凝土连续箱梁。下部结构桥墩采用圆柱式桥墩，桥台为轻型台，均按嵌岩桩设计。跨龙王港河道部分采用钢管、贝雷梁组合式支架现浇法施工，其余部分均采用满堂支架法施工。1.2 检算依据（1）相关图纸和计算文件（2）中华人民共和国行业标准建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）（3）中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002 ）（4）中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2002 ）1.3 检算内容和方法本支架主要检算内容如下：（1） 对竹胶板进行强度、刚度检算；（2） 对方木进行强度、刚度检算；（3） 对扣件式支架进行强度、刚度及稳定性分析和检算；（4） 对贝雷桁架进行强度、刚度及稳定性分析和检算；（5） 对 2I50a 工字钢进行强度、刚度检算；（6） 对钢管桩进行强度、刚度检算；（7） 对地基承载力进行检算；根据规范规定，模板、支架和脚手架属于临时结构，其强度设计采用容许应力法。对本支架的检算采用大型通用有限元软件 ANSYS11.0。支架体系所用的钢管规格及力学性能见表 1-1，支架体系所用的方木规格及力学性能见表 1-2，支架体系所用的竹胶合板规格及力学性能见表 1-3，模板、钢筋、混凝土自重标准值及荷载分项系数如表 1-4 所示。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-052表 1-1 Q235 钢管规格及力学性能弹性模量 惯性矩 抵抗矩 回转半径 强 度E IX W i f规 格截面积mm2重 量N/mN/mm2 cm4 cm3 cm N/mm2备 注483.5 489 38.4 12.19 5.08 1.58 标准管482.8 397 21.02.0610510.2 4.25 1.60205非标管表 1-2 方木规格及力学性能惯性矩 Ix mm4 抵抗性 W mm3木材品种弹性模量EN/mm2抗弯强度FmN/mm2抗剪强度FvN/mm2 Bh=6080 Bh=6080级杉木 9000 11.0 1.20 2.56106 6.4104表 1-3 方木规格及力学性能100015 胶合板（按 14mm 厚计算）品 种弹性模量EN/mm2抗弯强度Fm N/mm2 惯矩性 Ix mm4抵抗矩 WMm3竹胶合板 9898 13 2.29105 3.27104表 1-4 自重标准值及荷载分项系数序 号 构 件 名 称 自重标准值 荷载分项系数1 模板及小楞 G1K 0.5 KN/m2 1.22 新浇混凝土自重 G2K 25 KN/m3 1.23 施工人员及设备荷载 Q1K 2.0 KN/m2 1.44 振捣混凝土产生的荷载 Q2K 3 KN/m2 1.41.4 主要检算结论（1）强度：经检算，本支架竹胶板最大主拉应力为 0.653MPa，方木的最大主拉应力为 2.55MPa，扣件式支架最大等效应力为 63.3MPa，贝雷梁最大等效应力为28.3MPa，2I50a 工字钢最大等效应力为 89.6MPa，钢管桩最大等效应力为 78.2MPa。（2）刚度：经检算，本支架竹胶板最大竖向位移为 2.5mm，方木的最大竖向位移为 2.5mm，扣件式支架最大竖向位移为 2.5mm，贝雷梁最大竖向位移为 9.1mm。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-053（3）稳定性：经检算，边跨扣件式支架体系的稳定性系数为 6.071，跨河道组合式支架体系的稳定性系数为 13.437。（4）地基承载力：立杆底端地基的最大平均压力为 154kPa。可见该支架体系满足强度、刚度、稳定性及地基承载力四方面的要求。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-054第 2 章 支架检算2.1 基本资料支架所用钢管规格为 482.8mm，钢管采用 Q235 钢材，其抗拉、抗压和抗弯强度设计值为 205MPa，弹性模量为 2.06105MPa。支架立杆纵距为 70cm，立杆横距70cm，横杆步距按 1.2m 设置。钢管顶部设可调顶托，顶托内设横向方木（ 级杉木） ，截面尺寸为 810cm，在横向方木上布置纵向方木（级杉木） ，截面尺寸为68cm。底模面板采用 15mm 竹胶合板，侧模采用定型钢模。河道内支承基础采用 C30 砼条形基础，钢管桩直径 60cm，壁厚 10cm，采用120mm 槽钢斜撑水平焊接固定。钢管桩底、顶部采用 20mm 厚钢板作垫板。钢管桩横向间距 5m，纵向间距 10m，横向布置 7 根钢管桩，纵向 6 排。顶部由 2排 50 型工字钢焊接一体搭设横梁，贝雷架安装在工字钢横梁上。贝雷架纵向搭设长度70m，纵向翼板施工便道搭设间距 90cm，腹板搭设间距 45cm 布置，整体上下采用120mm 槽钢连接固定。底模、顶模分配梁采用 10cm8cm 杉木方组成，横向间距20cm，模板采用竹胶板、翼模板采用定型钢模，翼模板下支架采用钢扣件满堂支架固定在贝雷架上，立杆横向、纵向均按 70cm 布置搭设。2.2 荷载计算全桥由两幅箱梁组成，此处取一幅箱梁计算。重力加速度取 10m/s2，恒载分项系数取 1.2，活载分项系数取 1.4。底模板、方木及支架自重可由程序自动计算得出。此处考虑支架自重以外的荷载。图 2-1 为单幅箱梁截面示意图，截面面积为 13.299m2。其中单边翼板部分面积为1.1025m2，荷载分布宽度为 3.5m，顶板、底板及腹板面积为 12.906m2，荷载分布宽度为 12.17m，箱梁全截面面积为 16.8744m2。荷载计算如下：（1） 模板荷载为 q1=0.5KN/m2（2） 翼板下方模板荷载为 q2-1=1. 102525/3.5=7.875KN/m2（3） 底板下方模板荷载为 q2-2=12.90625/12.17=26.512KN/m2（4） 施工人员及施工机械运输或堆放荷载为 q3=2KN/m2（5） 振捣混凝土时产生的竖向荷载为 q4=3KN/m2图 2-1 箱梁截面示意图中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0552.3 计算模型2.3.1 模型建立在 ANSYS 计算模型中，同时建立竹胶板、方木、扣件式支架及工字钢的模型。采用 BEAM188 单元模拟立杆，用 BEAM4 单元模拟方木，用 LINK8 单元模拟横杆，用SHELL63 单元模拟竹胶板。整个支架体系共计单元 17039 个，节点 7440 个。2.3.2 边界条件（1） 约束立杆底部的所有线位移自由度；（2） 约束钢管桩底部的所有线位移自由度；（3） 耦合钢管桩顶部与 I50a 工字钢的所有线位移及扭转角位移自由度；（4） 耦合 I50a 工字钢与贝雷梁接触点的所有线位移自由度；（5） 耦合贝雷梁与分配梁接触点的所有线位移自由度；（6） 耦合分配梁与扣件式支架立杆底端的所有线位移自由度；（7） 耦合扣件式支架立杆顶端与方木接触点的竖向位移自由度。2.3.3 荷载每根立杆所受荷载由模板及方木自重、混凝土自重、活荷载三部分组成。这些荷载全部直接以面荷载的形式施加在竹胶板上，底板下方的竹胶板面荷载为：（1） 翼板下方荷载为：f1=1.2（q 2-1+q1）+1.4（q 3+q4）=17.05KN/m 2；（2） 底板下方荷载为：f2=1.2（q 2-2+q1）+1.4（q 3+q4）=39.388KN/m 2；梅溪湖路跨龙王港河桥支架体系荷载及边界约束情况如 图 2-2 及 图 2-3 所示。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-056图 2-2 支架体系有限元模型及边界条件（侧立面）图 2-3 支架体系有限元模型（横立面）中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0572.4 竹胶板检算2.4.1 强度检算计算得到的最大层间剪应力为 0.16MPa，最大主拉应力为 0.65MPa，小于竹胶板弯曲强度 f=60MPa，故竹胶板强度满足要求。竹胶板最大层间剪应力云图如 图 2-4 所示，竹胶板主拉应力云图如 图 2-5 所示。2.4.2 刚度检算计算所得最大竖向位移为 2.5mm，如 图 2-6 所示。从图中可以看出最大竖向位移及其发生的位置（最大竖向位移为图中标注 MN 处） 。注意图中变形为放大 100 倍之后的效果。图 2-4 竹胶板层间剪应力云图中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-058图 2-5 竹胶板主拉应力云图图 2-6 竹胶板竖向位移云图中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0592.5 方木检算2.5.1 强度检算计算得到的主拉应力为 2.55MPa，方木强度满足要求。最大主拉应力发生在边跨跨中上方的纵向方木。其他位置方木的应力很小，接近 0.283MPa。 图 2-7 显示了最大主拉应力云图，从图中可以看出最大主拉应力为的位置和大小（最大主拉应力为图中标注 MX 处） 。2.5.2 刚度检算计算所得最大竖向位移为 2.5mm，如 图 2-8 所示。从图中可以看出最大竖向位移及其发生的位置（最大竖向位移为图中标注 MN 处） 。注意图中变形均为放大 100 倍之后的效果。图 2-7 方木主拉应力云图中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0510图 2-8 方木竖向位移云图2.6 扣件式支架检算2.6.1 强度检算计算得到的最大 Von Mises 等效应力为 63.3MPa，小于 205MPa，扣件式支架强度满足要求。最大等效应力发生在边跨跨中、横向中部位置的立杆。横杆的应力很小，接近 7.05MPa。图 2-9 显示了 Von Mises 等效应力云图，从图中可以看出最大等效应力发生的位置，等效应力最大的立杆及剪刀撑杆如 图 2-10 所示。从 图 2-10 可以看出最大 Von Mises 等效应力为 63.3MPa。2.6.2 刚度检算计算所得最大竖向位移为 2.5mm，如 图 2-11 至 图 2-13 所示。从图中可以看出最大竖向位移及其发生的位置（最大竖向位移为图中标注 MN 处） 。注意图中变形均为放大 100 倍之后的效果。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0511图 2-9 扣件式支架等效应力云图图 2-10 等效应力最大的立杆中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0512图 2-11 支架体系竖向位移云图图 2-12 扣件式支架竖向位移云图中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0513图 2-13 扣件式支架最大竖向位移所在横断面2.6.3 稳定性检算计算得到第一阶失稳状态的变形如 图 2-14 所示，临界失稳荷载乘子为 6.071。因此，该支架的稳定性系数为 n=6.071。故支架稳定性满足要求。从 图 2-14 可以看出，支架体系的第一阶失稳为横桥向平面外弯曲。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0514图 2-14 扣件式支架第一阶失稳模态（横立面）2.7 贝雷梁检算贝雷梁的上、下弦杆和加强弦杆均为 2 根 10#槽钢（背靠背） ，竖杆和斜杆为 8#工字钢，一榀贝雷梁的两片之间采用支撑架联接，支撑架由 40404、63636 和100638 三种型号的角钢联接而成。一榀 3m 长的贝雷梁有限元模型如 图 2-15 所示。采用大型有限元分析软件 ANSYS11.0 建立贝雷架模型。贝雷梁是 16Mn 钢，2I50a工字钢横梁和钢管柱的材料属性都是 A3 钢。弹性模量取 2.11011Pa，泊松比取 0.3，密度取 7850Kg/m3。采用 BEAM188 单元模拟贝雷梁杆件、工字钢及钢管桩。共计生成梁单元 32068 个，节点 52284 个。根据 2.1 节的计算，贝雷架上总荷载设计值为F=1.2（q1+q2）+1.4 （q3+q4）=1.2(0.519+16.874425)+ 1.4519=650.6kN/m在贝雷梁上缘的节点加载，共计加载节点 8440 个，于是每一个贝雷梁加载节点的荷载为：f=F/N=650.650/8440=3.854KN贝雷架有限元模型如 图 2-16 所示。中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0515图 2-15 3m 贝雷梁有限元模型图 2-16 贝雷架有限元模型中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-05162.7.1 强度检算贝雷梁在荷载作用下的 Von Mises 应力云图如 图 2-17 所示，最大 Von Mises 应力为 28.3MPa235MPa，贝雷梁强度满足要求。贝雷梁下工字钢的等效应力云图如 图 2-18 所示，最大等效应力为 89.6MPa，工字钢强度满足要求。工字钢下钢管桩的等效应力云图如 图 2-19 所示，最大等效应力为 78.2MPa，钢管桩的强度满足要求。图 2-17 贝雷梁等效应力中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-0517图 2-18 2I50a 工字钢等效应力图 2-19 钢管桩等效应力中南大学土木工程检测中心 报告编号（No.）：GLS11-4-10-05182.7.2 刚度检算贝雷梁在荷载作用下的竖向位移如 图 2-20 所示，最大竖向位移为 f1=9.1mm。考虑到贝雷片之间采用销钉连接，故考虑非弹性挠度 f2，计算过程如下：（n 为奇数时）mnf 4)13(5.0)1(.22 （n 为偶数时）2n