烟集河大桥连续梁施工支架计算.docx

1、新建吉林至珲春铁路工程 朝阳河特大桥、烟集河特大桥施工检算计 算：复 核：项目负责人：室 主 任： 总工程师：中铁大桥局股份有限公司设计分公司第1本共1本，本册计29页 二一二年五月 目 录一、工程概况1二、计算分析依据及参数1三、碗扣支架计算2四、门洞支架计算10五、空心墩内支架计算19六、爬梯计算23七、墩顶实体段施工计算24八、结论及建议28一、工程概况吉图珲客专朝阳河特大桥、烟集河特大桥主桥为（40+64+40）m支架现浇预应力砼连续梁（双线）。梁体截面尺寸详见概图（一）（专桥（2009）2269A-III-08）、概图（二）（专桥（2009）2269A-III-09），本计算书以烟集

2、河特大桥为例对连续梁支架进行检算。烟集河特大桥连续梁主跨跨越延吉市区公路，路面宽40m，与桥梁斜交78°，跨公路部分需搭设门洞支架，中跨其余部分及两个边跨采用满堂支架法施工，如下图1所示连续梁。满堂支架采取碗扣式钢管支架，钢管规格：48x3.5mm。横向分配梁：15x15cm方木, 纵向分配梁：10x10cm方木，按照图纸中布置进行建模计算，如下图2所示。图1 施工支架立面布置图图2 施工支架平面布置图二、计算分析依据及参数2.1计算依据1、烟集河大桥连续梁施工方案和相关图纸；2、建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规程(JGT166-2008)3、钢结构设计规范（GB50017-200

3、3）；4、铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）；5、公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）；6、公路桥梁抗风设计规范(JTGTD60-01-2004)7、路桥施工计算手册2.2计算参数1、碗扣式钢管脚手架立杆容许承载力：步距1.2m时，N=30 KN2、Q235钢容许剪应力=100MPa，容许正应力=170MPa3、方木容许剪应力=1.2MPa，容许弯应力=11MPa，弹性模量E=9×103Mpa4、竹胶板容许弯曲应力=30MPa，弹性模量E=7×103Mpa5、贝雷梁弦杆容许轴力N=560KN,竖杆容许轴力N=210KN,斜杆容许轴力N=171.5

4、KN。6、16Mn钢容许正应力=220MPa。三、碗扣支架计算由于连续梁箱梁结构具有对称性，碗扣支架在边跨和中跨也具有对称性。因此本计算仅对边跨碗扣支架进行分析。中跨碗扣支架在布置和受力上均和边跨一致。3.1边跨支架布置支架采用碗扣式钢管脚手架，支架布置如下图所示：图3 边跨支架立面布置图图4 边跨支架平面布置图图5 主梁12截面施工支架布置图3.2计算模型 对边跨碗扣式钢管支架进行建模计算，模型中立杆采用梁单元模拟，横杆及斜杆采用桁架单元来模拟；模板纵横向分配梁采用梁单元模拟，分配梁之间采用刚性铰接，分配梁与立杆之间也采用刚性铰接，立杆底端施加竖向和水平约束。计算模型如下图所示：图6 边跨支

5、架1/2计算模型3.3荷载碗扣支架及分配梁自重程序自动计入。箱梁混凝土荷载按照图纸以下控制断面加载，其中砼容重取26KN/m3图7 截面荷载图示图8 12截面荷载图示图9 截面荷载图示模板及冲击荷载按照混凝土重量的0.2倍考虑。施工荷载按照2.5KN/m2考虑。风荷载：按延吉市十年一遇基本风速度30km/s考虑，基本风压为0.35KN/m2.本算书计算仅考虑横向风作用。根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），风荷载强度可按下式计算：式中 设计风速计算得风压值，；K1风载体形系数，取 K1=1.0；K2风压高度变化系数，取离地面或常水位高度10m对应的系数K2=1.0；K3地形、地

6、理条件系数，按一般地区，取值K3 =1.0。根据上述公式及系数取值，风压强度计算如下：由于横向风在穿过密布钢管立柱时风速会明显降低，此处横向风荷载仅考虑迎风面两排钢管立柱对风的阻挡效应。作用于箱梁侧面的横向风荷载按立柱顶加载等值横向水平力来模拟。按照大风天气不进行混凝土浇筑作业进行考虑，有如下计算工况：工况：支架模板自重+主梁混凝土荷载+施工荷载+混凝土振捣荷载工况：支架模板自重+主梁混凝土荷载+横向风荷载3.4计算结果12343.4.1立杆计算a、 立杆底端轴力图10 工况下轴力图（单位：KN）图11 工况下轴力图（续）（单位：KN）图12 工况下轴力图（单位：KN）图13 工况下轴力图（续

7、）（单位：KN）从图中可知，工况下立杆计算轴力最大，为29.3KN<N=30KN,满足规范要求。b、 立杆稳定性计算建模计算得立柱最不利截面内力发生在工况：。，（查钢结构设计规范表）。c、 水平撑杆轴力图14 横桥向水平撑轴力图（单位：KN）图15 顺桥向水平撑轴力（单位：KN）从图可知，有横向风作用时，横桥向水平撑轴力最大为7.6KN，有纵向风作用时，纵桥向水平撑轴力最大为10KN。d、 钢管顶竖向位移图16 工况下竖向位移图（单位：mm）图17 工况下竖向位移图（续）（单位：mm）从图中可知，钢管顶竖向最大位移为向下2.2mm。3.4.2 横向分配梁（15x15cm方木） 由于风荷载

8、对分配梁影响很小，分配梁最不利工况发生在工况。以下为工况分配梁计算结果。图18 组合应力图（4.1MPa）从图中可知，横向分配梁最大组合应力为4.1MPa<=11MPa。图19 剪应力图（MPa）从图中可知，横向分配梁最大剪应力为1.0MPa<=1.2MPa。图20 位移图（mm）从图中可知，横向分配梁竖向位移最大为2.3mm，考虑到立柱位移1.3mm，实际横向分配梁变形为1mm<l/500=600/500=1.2mm。3.4.3 纵向分配梁（10x10cm方木）由于风荷载对分配梁影响很小，分配梁最不利工况发生在工况。以下为工况分配梁计算结果。图21 组合应力图（MPa）从图

9、中可知，纵向分配梁组合应力为5.7MPa<=11MPa。图22 剪应力图（MPa）从图中可知，纵向分配梁最大剪应力为1.4MPa>=1.2MPa。图23 位移图（mm）从图中可知，纵向分配梁竖向位移最大为2.3mm，考虑到立柱位移1.3mm，实际纵向分配梁变形为1mm<l/500=600/500=1.2mm。3.4.4竹胶板计算底模面板为18mm厚竹编胶合板，采用100×100mm方木进行加劲。由于箱梁腹板下方木间距为0.2m，故18mm厚竹编胶合板计算时按跨径0.2m的连续梁考虑，计算如下：竹胶板荷载（1）腹板高度5.232m，腹板最大厚度为1.1m，钢筋混凝土密

10、度按，则混凝土自重荷载标准值为：（2）18mm厚竹胶板底模自重标准值：（3）振捣混凝土荷载标准值：计算（4）施工设备及施工人员荷载标准值：按荷载标准值：均布荷载强度计算：；。挠度计算：。3.4.5基础计算由前所述，立杆底端最大轴力为29.3KN，又根据设计图纸，立杆下为20cm厚混凝土垫层，立杆底荷载按45°刚性角扩散到混凝土层底面考虑。则地基承压面积为：地基承压计算值为：四、门洞支架计算4.1.门洞支架布置根据公路现状，临时基础及临时支墩，最外侧两个座在公路路肩外侧，中间3个直接座在公路路面上（与公路路面之间做好隔离层，以便于拆除）。在临时支墩上设置墩顶横梁（2个I50a工字钢），

11、在墩顶横梁上设置贝雷片，贝雷梁的计算跨度为（12+9+9+12）m连续梁。临时支墩采用6309钢管柱，临时基础采用1.5m*1.5m钢筋混凝土条形基础。贝雷片采用1.5m×3.0m，每道间距：箱体下0.45m，翼板下0.9m，共铺45道，横桥向长度23.4m。贝雷梁上依次为I10普通工字钢横梁，间距0.6m，15×15cm方木支垫，满堂碗扣式支架，15×15cm方木横梁，10×10cm方木纵梁，18mm竹胶板底模。 图24 门洞支架立面布置图图25 门洞支架平面布置图4.2、计算模型该计算模型中钢管立柱底采用固结约束。立柱顶和横向分配梁采用只受压连接。纵

12、向贝雷梁和横向分配梁采用只受压连接。贝雷梁上横向分配梁（I10）采用和贝雷梁上弦杆共节点连接。贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆均采用梁单元。图26 主桥中跨门洞支架1/2计算模型4.3、荷载门洞上部荷载主要是主梁浇筑时砼自重（按实际箱梁砼重的1.2倍进行加载，如下各图示）以及门洞上部模板支架荷载（统计重量300KN）。同时按照2.5KN/m2考虑施工人员机具荷载。风荷载也同前所述。图27 荷载布置侧面示意图图28 主梁24截面（H=4.08）荷载示意图图29主梁25截面（H=3.71）荷载示意图图30主梁26截面（H=3.41）荷载示意图图31主梁27截面（H=3.17）荷载示意图图32主梁28截面（H

13、=3.00）荷载示意图图33主梁29截面（H=2.88）荷载示意图按照大风天气不进行混凝土浇筑作业考虑，有如下计算工况：工况：支架模板自重+主梁混凝土荷载+施工荷载+混凝土振捣荷载工况：支架模板自重+主梁混凝土荷载+横向风荷载4.4、计算结果4.4.1 钢管立柱计算a 钢管立柱轴力经计算比较，立柱轴力最大发生在工况。图34 工况门洞立柱轴力（KN）从图上可知，立柱所受轴力较大为第二排靠中间三根立柱，最大值为1759KN。图中从左边起第三排立柱实际承担左右两跨荷载，即其实际轴力应为图中数值的两倍，例如当中最大值为2x396=792KN。b 钢管立柱稳定计算经计算比较，立柱最不利截面内力发生在工况

14、：。，c.钢管立柱顶竖向位移图35 门洞立柱柱顶位移（mm）从图中可知，门洞立柱顶位移最大发生在左边起第二排立柱，为2.2mm。4.4.2 支墩顶横梁（2工50a）计算a分配梁组合应力 经计算分析，分配梁组合应力最不利发生在工况。图36 分配梁组合应力（MPa）从图中可知，分配梁最大组合应力发生在左边起第二根分配梁中间位置，最大值为112MPa<=170MPa。b.分配梁剪应力 经计算分析，分配梁剪应力最不利发生在工况。图37 分配梁剪应力（MPa）从图中可知，分配梁剪应力最大值为90.9MPa<=100MPa。c.分配梁位移图38 分配梁竖向位移（mm）从图中可知，分配梁竖向位移

15、发生在从左边起第二排分配梁中间处，累计位移最大为3.9mm，由前面立柱顶竖向刚体位移为2.0mm，所以分配梁实际最大竖向位移为3.9-2.0=1.9mm<l/500=3000/500=6mm。4.4.3贝雷梁计算经计算分析，贝雷梁受力最不利发生在工况。a. 贝雷梁弦杆轴力图39 贝雷梁弦杆轴力平面图（KN）图40 贝雷梁弦杆轴力立面图（KN）从图中可知，贝雷梁下弦杆最大轴力为309KN<N=560KN。b. 上弦杆组合应力图41 贝雷梁弦杆组合应力平面图（MPa）图42 贝雷梁弦杆组合应力立面图（MPa）从图中可知，贝雷梁上弦杆最大组合应力为201.1MPa<=220MPa。

16、c. 竖杆轴力图43 贝雷梁竖杆轴力图（KN）从图中可知，贝雷梁竖杆最大轴力为183.6KN<N=210KN。d. 斜杆轴力图44 贝雷梁斜杆轴力图（KN）从图中可知，贝雷梁斜杆轴力最大为126.3KN<N=171.5KN。e. 弦杆位移图45 贝雷梁弦杆竖向位移图（mm）从图中可知，贝雷梁弦杆竖向位移最大为17.8mm<l/500=12000/500=24mm。4.4.4普通工钢横梁（工10）计算a 横梁组合应力图46 横梁弯应力图（MPa）从图中可知，横梁最大组合应力为140.3MPa<=170MPa。b 横梁剪应力图47 横肋剪应力图（MPa）从图中可知，横梁最大

17、剪应力为61.9MPa<=100MPa。c 横梁竖向位移图48 横梁竖向位移图（mm）从图中可知，横梁竖向刚体位移最大为17.8mm。4.4.5地基及基础计算a.地基承载力计算由前所述，立柱底最大轴力为1759KN，又根据设计图纸，立柱底为1.5mx1.5m断面长条形钢筋混凝土承台基础。钢管立柱荷载通过承台按45°角扩散到地基的承载面积计算为4.97m2。图49 地基承载面积计算示意图地基承载力计算值：经计算条形基础底地基承载力应不小于350KPa。b.条形基础配筋计算荷载：第2排柱承受荷载分别为30KN、129KN、944KN、1759KN、1605KN、1575KN、468

18、KN、55KN。基础采用连续条型基础，条形基础混凝土等级C20，尺寸1.5*1.5*24米。条形基础应设置钢筋,使整个条形基础受力及沉降均匀。条形基础自重：56.25KN/m基础底面土层平均承受压应力：计算理论：由于基础为条形基础，钢管柱作为集中荷载，土的支反力作为均布荷载，计算模型取11.3米长连续基础，简化为三跨连续梁如下图：受力计算模型的建立:计算模型示意图图50 条形基础计算模型弯矩计算示意图图51 条形基础弯矩图剪力计算示意图图52 条形基础剪力图配筋计算（出自混凝土结构设计手册）顶面：，按矩形截面计算配筋。以上公式均摘自钢筋混凝土结构计算与设计。配8根12，面积904.78mm2底

19、面： 底面也按矩形截面计算配12根12，面积1357.17mm2。斜截面抗剪配置箍筋：由钢筋混凝土结构计算与设计得： 时，可以不按力学配置箍筋，但是需按构造配置箍筋可以只按构造配置箍筋。箍筋采用8mm，间距250mm一根。主筋采用直径12mm的钢筋。钢筋布置图如下：图53 立柱条形基础配筋图五、空心墩内支架计算5.1 空心墩内部满堂支架及爬梯布置图54 支架（步梯）立面布置图在每个墩身内部搭设满堂脚手架，脚手架内布设之字形人行步梯。墩内碗扣支架搭设按步距1.2m，纵横向间距为90cm，人行步梯设置在脚手架中间位置，宽度0.9m，每层高度2.4m。步梯面板采用3cm厚木板铺设。5.2 计算模型根

20、据施工方案最终版，取空心墩最高墩身高度38m作为支架高度进行建模计算。立杆底与基础采用铰结约束。立杆用梁单元来模拟，横撑和斜撑用桁架单元来模拟。图55 空心墩满堂支架计算模型5.3 荷载对满堂支架平台满堂支架自重程序自动计入，人行爬梯自重按照碗扣支架自重的0.2倍计。支架施工人员机具荷载按照4KN/m2考虑。模型中支架横断面轮廓面积为10m2，计算得施工荷载为40KN，分为三组荷载工况进行加载：工况一：横向偏载，即将40KN加载到横向单侧一半立柱顶；工况二：纵向偏载，即将40KN加载到纵向单侧一半立柱顶；工况三：正常加载，即将40KN均分到各根立柱顶。又每节爬梯考虑1.5KN的人行荷载，将其作

21、用与之相连的立柱上。其中三组荷载工况均单独与支架自重及爬梯人行荷载进行组合计算。5.4 计算结果5.4.1 立杆底端轴力图56 立杆底轴力图（KN）从图中可知，底节立杆轴力最大发生在工况2，为22.8KN<N=30KN。5.4.2 立杆稳定计算根据实际情况建模计算得立柱最不利截面内力：。，六、爬梯计算以竖向集中荷载1.5KN作用于爬梯跨中（爬梯斜方向跨径为3.4m），对48x3.5爬梯强度及刚度计算如下。图57 爬梯组合应力图（MPa）从图中可知，爬梯组合应力最大发生在跨中位置，为66.0MPa<=170MPa。图58 爬梯竖向位移图（mm）从图中可知，爬梯跨中竖向位移为6.5mm

22、<l/500=3400/500=6.8。七、墩顶实体段施工计算7.1墩帽现浇支架布置墩帽现浇支架采用型钢作为主要受力结构。墩身施工时预留孔洞，安装分配梁3作为支架的支撑。具体布置如下：图59 墩帽现浇支架布置图7.2支架计算说明采用MIDAS2010对分配梁建立模型，杆件均采用梁单元模拟，墩柱预留孔洞处，分配梁3在支垫处采用铰接约束。计算荷载考虑墩帽一次浇筑，取荷载安全系数为1.2，按面积计算，将线荷载加载至分配梁1上；根据分配梁1（2）反力加载至分配梁2（3）；支架自重，由程序自行加载。7.3底模系统计算7.3.1 15mm厚竹胶板计算模板面板为受弯构件，按多跨连续梁对面板抗弯强度和刚

23、度进行验算。1m宽面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：W=1000×152/6=37500 mm3；I=1000×153/12=281250mm4方木横桥向间距为180mm。模板计算均布荷载为：q =26.25×4.0×1.2=126kN/m；（1）强度计算计算公式如下：M=0.1ql2最大弯矩：M=0.1ql2 =0.1×126×0.182=0.41KN·m；弯曲应力：=M/W=0.41×106/37500 =10.9Mpa<=30Mpa，满足要求。（2）挠度计算：计算公式如下：=0.677ql4/(1

24、00EI) 面板最大挠度计算值：=0.677×126×1804/(100×9000×281250)=0.35mm<=180/400=0.45mm满足要求。7.3.2 底模150×150mm方木计算模板方木为受弯构件，按多跨连续梁计算。截面抵抗矩W=b×h2/6=150×150×150/6=562500mm3截面惯性矩I=b×h3/12=150×150×150×150/12=42187500mm4此处方木横桥向间距为180mm，方木下支撑结构间距为1500mm。方木计算均布荷载为：q =1.2×26.25×4.0×0.18=22.68kN/m（1）强度计算：弯矩计算公式如下：M=0.1ql2最大弯矩：M=0.1×22.68×1.52=5.1KN·m；弯曲应力：=M/W=5.1×106/562500 =9.1<fm=12Mpa；（2）挠度计算： 挠度计算公式如下：=0.67