48m连续箱梁桥施工满堂支架计算书

目录1工程概况 21.1项目概况 21.248m箱梁概述 22桥位处自然条件 32.1地形地貌 32.2气象特征 42.3地质条件 53、荷载及工况分析 54、荷载计算 65、结构计算分析 65.1梁端位置处小钢管支架计算（Ⅳ－Ⅳ断面） 75.2标准断面位置处小钢管支架计算（Ⅰ－Ⅰ断面） 85.3支架整体稳定性验算 95.4地基承载力验算 106、支架预压 117、支架变形计算 118、消除支架变形影响的措施 129、门洞计算 129.1工业大道门洞计算 129.2沥青路门洞计算 159.3高速路引线门洞计算 189.4独立基础计算： 2148m连续箱梁桥施工满堂支架计算书1工程概况1.1项目概况哈尔滨至大连铁路客运专线是为了缓解我国东北铁路运输最繁忙的南北主干线之一的哈大铁路（哈尔滨至大连）的运输能力紧张状况，实现客货分线运输，形成大能力快速度的客运通道而修建的。新建铁路哈尔滨至大连客运专线线路起讫里程K0+681.9～DK933+200，线路正线全长905.8公里，其中辽宁省554.4正线公里，吉林省268.8正线公里，黑龙江省82.5正线公里。中交二公局哈大铁路客运专线工程经理部四分管区内共有6处预应力混凝土连续箱梁，分别位于苇子沟特大桥和火炬特大桥范围内。根据设计图纸，苇子沟特大桥和火炬特大桥共三处主跨48米连续梁采用满堂支架现浇施工1.248m箱梁概述根据设计图纸，本标段范围内主跨为48m的苇子沟特大桥（12＃～15＃）、48m火炬特大桥（92＃～95＃、157＃～160＃）均采用碗扣式满堂支架施工，其具体跨径及数量见表1所示。表1－1连续梁跨径数量统计表序号所处桥位编号墩号墩高(米)(含托盘高度)跨度(米)桩号及跨越线路1苇子沟特大桥12#～15#12#9.532+48+32跨越高速联络线，桩号DK635+847～DK635+96013＃11.514＃10.515＃12.02火炬特大桥92#～95#92#12.532+48+32跨越沥青路8，桩号DK639+619～DK639+73193#12.094#11.095#11.53火炬特大桥157#～160#157#13.532+48+32跨越碎石路6，桩号DK641+734～DK641+910158#13.0159#13.0160#14.0由表1可知，最大墩身高度为14m，本计算书取支架高度为14m进行计算。根据设计图纸，梁体为单箱单室、等高度箱梁。箱梁顶宽12m，底宽5.4m，高度为3.25m，梁端部分取Ⅳ－Ⅳ断面为计算截面，跨中部分采取Ⅰ－Ⅰ断面为计算断面。图1－1箱梁Ⅰ－Ⅰ断面图1－3箱梁Ⅳ－Ⅳ断面2桥位处自然条件2.1地形地貌哈大客专沈哈段南起沈阳市北界，沿松辽平原东部穿越辽宁、吉林、黑龙江三省抵达哈尔滨，地势总体呈中间高、南北低，地形较为平坦。沿线可分为辽河、松嫩平原两个主要地貌单元。辽河平原夹于辽东、辽西山地丘陵间，主要由辽河及其支流冲洪积而成，地势自北向南缓倾。沈阳至铁岭间地形平坦开阔，高程约50～80m，主要为一级阶地，局部可见二级阶地；铁岭至陶家屯段由剥蚀缓丘与冲洪积平原构成，高程一般在50～250m间，地形波状起伏，缓丘与带状河谷冲积平原相间。松嫩平原为松花江及其支流冲洪积形成的平原。本项目所在位置为微丘状剥蚀平原（DK632+750～DK652+350）：地形呈宽缓波状起伏，地势较平坦，海拔高程200～250m间，向西或西北缓倾斜，坡度2°～5°。北北东向线状冲沟较发育，断面多呈“U”字型。本线沿途集镇、村庄广布，农田、灌渠纵横，城镇范围厂矿、企业林立，房屋、人口密集。沿线交通主要有既有哈大铁路、京哈高速公路和G102国道，多与客专线路并行，县、镇、乡村道路发达，交通便利。2.2气象特征沿线属中温带亚湿润季风气候区，其特点是：四季分明，春季干旱多大风，夏季湿润多降雨，秋季凉爽多早霜，冬季寒冷而漫长。年平均气温4.4℃～8.4℃，极端最高温度36.1℃～39.8℃，极端最低温度-39.9℃～-32.8℃，年平均降雨量481.8～682.7mm，年平均蒸发量1226.0～1781.5mm，平均相对湿度62%～65%，年平均风速2.8～3.9m/s，最大定时风速12.0～34.0m/s，年平均八级以上大风日数4～40.5天，最大月平均日较差11.6℃～14.3℃，最大积雪厚度17～30cm，最大季节冻土深度137～205cm。详见气象资料汇总表。站台名称四平公主岭长春德惠地理位置海拔高程四平市铁西区公园北街82号（N43°31'；E124°48'）长春市绿园区绿园西郊外德惠市建设街新村8委5组海拔高程165.7m200.1m236.8m185.3m代表里程及地点DK580+125～DK624+070DK624+070～DK678+500DK678+500～DK731+000DK731+000～DK810+600平均气压(mb)995.9991.4986.8993.2气温(°C)年平均6.76.25.74.9极端最高37.336.53839.8最低-34.6-35.5-36.5-39.9最热月平均23.723.523.123.1最冷月平均-13.5-14.4-15.1-16.9最大月平均日较差13.212.912.214.3湿度绝对(mb)平均908.68482最大34.533.633.234.6最小30.232相对(%)平均65636465最小3022降水量(mm)年平均632.7573.9570.4511年最大778.3861.2821.9728.9年最小448.1368.9329.7270.9月最大361.6485.1443.6299日最大157.1194.5130.4137.8一次最大及延续时间191.5273.2185.7206.2年平均降水日数97.197.798.790.3蒸发量(mm)年平均12261689.81628.11586.9年最大13921986.61886.71890.8风(m/s)平均风速及主导风向2.8SSW3.4SW3.9SW3.4SW各季平均风速及主导风向春4.0SSW4.3SW4.4SW4.8SW夏2.2SSW2.9SW2.9SW2.8SSW秋2.8SSW3.3SW3.9SW3.5SW冬2.6SSW3.1SW3.7SW3.1SW年平均大风日数(≥8级)28.129.2SW40.525.8最大风速及其风向定时201228.0SW34.0WSW瞬时23.0SW27.4SW34SW34WS雪冻(cm)降雪初终期10月2410月2110月2810月19最大积雪厚度22253025最大季节冻土深度148156169182其它平均雾天日数7.5天11.711.916.2平均雷天日数32.7天34.733.935.7土壤最大冻结深度采用值148cm156cm169cm1822.3地质条件残积层：主要分布于新昌图至新公主岭段微丘状剥蚀平原区之微丘上，厚薄不等。（1）粉质黏土（Q4el1）：褐黄色、灰色、棕红色等，土质较均一，厚度1～15m，硬塑，中等压缩性，eq\o\ac(○,Ⅱ)级普通土,硬塑，σ0=120～150kPa。（2）中砂（Q4el5）：浅黄色、褐黄色、浅灰色，厚度1～4m，颗粒成分以石英、长石为主，含云母碎屑，均匀，较纯净，稍密－中密，潮湿－饱和，eq\o\ac(○,Ⅰ)级松土，稍密，σ0=250kPa；中密，σ0=300kPa。（3）粗、砾砂（Q4el5）：厚2～7m，潮湿，稍密－中密，eq\o\ac(○,Ⅰ)级松土,潮湿－饱和，σ0=300～350kPa。3、荷载及工况分析根据《公路桥涵施工技术规范》JTJ041－2000，支架计算需考虑以下荷载：1、支架、模板自重，分项系数：γi=1.2；2、箱梁自重,分项系数：γi=1.2；3、施工人员及施工机具运输或堆放的荷载，分项系数：γi=1.4；4、倾倒混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：γi=1.4；5、振捣混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：γi=1.4；6、风荷载（验算稳定性）；工况一：支架自重＋模板自重＋箱梁自重＋施工人员施工机具运输或堆放的荷载＋振捣混凝土时产生的竖向荷载＋倾倒混凝土时产生的竖向荷载工况二：（稳定性验算）：支架自重＋模板自重＋风荷载4、荷载计算(1)支架、模板系统自重模板自重按1.5kN/m2计，支架自重按材料重度计(2)箱梁恒载预应力钢筋混凝土自重每方按26kN计算。箱梁为等高度、变截面梁。(3)人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载每平方米按2.5kN控制设计，(4)倾倒混凝土时产生的竖向荷载每平方米按6.0kN控制设计，(5)振捣混凝土时产生的竖向荷载每平方米按2.0kN控制设计，(6)风荷载风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：W0——基本风压值(Pa)，W0＝V102/1.6，V10为10米取V10＝34m/s，则W0＝722.5Pa；K1——风载体型系数，取1.3；K2——风压高度变化系数，20m以下高度处取1.K3——地形、地理条件系数，属于一般平坦空旷取1.0；所以，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa，转化为风荷载，则q＝0.94KN/m2。5、结构计算分析根据箱梁构造及截面特点，结合现场实际施工需要，拟采用WDJ型φ48×3.5mmA3碗扣脚手架，支架系统由下而上依次为：地基基础、底托、Φ48碗扣钢管支架、顶托、横梁、纵梁、模板。支架立柱纵桥向间距墩顶附近7m（4.55m）间距0.6m，跨中范围内间距0.9m。横桥向腹板下间距0.3m，箱室下0.6m，翼板下0.9m。钢管支架顶部设顶托和工12.6横梁，横梁上设纵梁采用12cm×12cm方木，间距为30cm。钢管支架设置纵、横向水平杆，水平杆步高为120cm，在纵桥向设置剪刀撑，剪刀撑按300cm间距布置，横桥向布置斜撑，斜撑按500cm间距布置。满堂支架具体布置见下图:图5－1满堂支架断面图表5-1箱梁荷载合计部位模板系统自重kN/m2施工荷载kN/m2振捣混凝土时产生的竖向荷载kN/m2振捣混凝土时产生的竖向荷载kN/m2梁体砼自重kN/m2荷载组合后合计kN/m2箱室腹板翼板箱室腹板翼板跨中1.52.56.02.026.187.117.6554.12121.0229.28梁端1.52.56.02.039.4587.117.6569.4121.0229.28对于Φ48×3.5mm钢管，截面积A＝4.89×102mm2，抗弯模量W＝5.078×103mm3，回转半径r＝15.78mm，每延米重量3.84kg。支架顶部横梁采用工12.6型钢，A＝18.1cm2，W＝77.5cm3，I＝488cm4，每延米重量14.21kg。横梁上设纵梁采用采用12cm×12cm方木。5.1梁端位置处小钢管支架计算（Ⅳ－Ⅳ断面）梁端位置处钢管纵向间距0.6m，横桥向腹板下立柱间距0.3m，底板下为0.6m，翼板下为0.9m。钢管支架顶部设顶托和工12.6横梁，横梁上设纵梁采用12cm×12cm方木，间距为30cm，则计算如下：横梁计算：腹板下：σ＝qL2/8W＝（121.02×0.6×3002）÷（8×77500）＝11MPa＜[σ]＝140MPa，满足要求。τ=QS/Ib=10892÷（109×5）＝20MPa＜[τ]＝85MPa，满足要求。f＝5qL4/384EI＝0.1mm＜[f]＝L/400=0.75底板下：σ＝qL2/8W＝（69.4×0.6×6002）÷（8×77500）＝24.2MPa＜[σ]＝140MPa，满足要求。τ=QS/Ib=12492÷（109×5）＝23MPa＜[τ]＝85MPa，满足要求。f＝5qL4/384EI＝0.1mm＜[f]＝L/400=1.5翼板下：σ＝qL2/8W＝（29.28×0.6×9002）÷（8×77500）＝23MPa＜[σ]＝140MPa，满足要求。τ=QS/Ib=7906÷（109×5）＝15MPa＜[τ]＝85MPa，满足要求。f＝5qL4/384EI＝0.2mm＜[f]＝L/400=2.25立杆计算：查《建筑工程脚手架实用手册》得，碗扣式构件设计荷载：当横杆步距为1.2m时，单根立杆允许荷载Pmax＝33.6KN。腹板下：N＝121.02×0.3×0.6＝21.78kN＜[N]＝33.6kN，满足要求。底板下：N＝69.4×0.6×0.6＝24.98kN＜[N]＝33.6kN，满足要求。翼板下：N＝29.28×0.6×0.9＝15.81kN＜[N]＝33.6kN，满足要求。5.2标准断面位置处小钢管支架计算（Ⅰ－Ⅰ断面）该位置处钢管纵向间距0.9m，底板下横向间距0.6m，腹板下0.3m，翼板下0.9m，顶部设顶托和工12.6横杆，横梁上设纵梁采用12cm×12cm方木，间距为30cm，则计算如下：横梁计算：腹板下：σ＝qL2/8W＝（121.02×0.9×3002）÷（8×77500）＝15.81MPa＜[σ]＝140MPa，满足要求。τ=QS/Ib=16338÷（109×5）＝30MPa＜[τ]＝85MPa，满足要求。f＝5qL4/384EI＝0.2mm＜[f]＝L/400=0.75底板下：σ＝qL2/8W＝（54.12×0.9×6002）÷（8×77500）＝28.28MPa＜[σ]＝140MPa，满足要求。τ=QS/Ib=14612÷（109×5）＝27MPa＜[τ]＝85MPa，满足要求。f＝5qL4/384EI＝0.2mm＜[f]＝L/400=1.5翼板下：σ＝qL2/8W＝（29.28×0.9×9002）÷（8×77500）＝34.43MPa＜[σ]＝140MPa，满足要求。τ=QS/Ib=11858÷（109×5）＝21.76MPa＜[τ]＝85MPa，满足要求。f＝5qL4/384EI＝0.25mm＜[f]＝L/400=2.25立杆计算：查《建筑工程脚手架实用手册》得，碗扣式构件设计荷载：当横杆步距为1.2m时，单根立杆允许荷载Pmax＝33.6KN。腹板下N＝121.02×0.3×0.9＝32.68kN＜[N]＝33.6kN底板下N＝54.12×0.6×0.9＝29.22kN＜[N]＝33.6kN翼板下N＝29.28×0.9×0.9＝23.72kN＜[N]＝33.6kN，均可满足要求。5.3支架整体稳定性验算1）横向抗倾覆稳定性验算：风力作用计算风荷载：取单位（1m）长度计算（顺桥向）风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：W0——基本风压值(Pa)，W0＝V102/1.6，V10为10米取V10＝34m/s，则W0＝722.5Pa；K1——风载体型系数，取1.3；K2——风压高度变化系数，20m以下高度处取1.K3——地形、地理条件系数，属于一般平坦空旷取1.0；所以，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa，对于箱梁范围（H1高度内），W1＝939.25Pa对于支架范围（H2高度内），W2＝0.5W＝469.625PaF1＝H1×1×W1＝3.25×1×939.25=3.053KN作用点距离地面高度：h1＝H2+H1/2=15.625mF2＝H2×1×W2＝14×1×469.625=6.575KN作用点距离地面高度：h2＝H2/2=7m稳定性验算横向按整体计算，以背风面支架底部A为转点风力产生的力矩：MF=F1×h1+F2×h2＝3.053×15.625+6.575×7=93.73KN.m验算支架稳定性时，支架在搭设完成、模板立好未浇筑混凝土时为最不利情况，此时竖向荷载仅考虑外模和支架自重。模板自重取1.0kN/m2，则P模=1.0×13.4=13.4kN/m支架自重P支架＝15KN/m竖向荷载产生的力矩：MP0=P总×B/2=28.4×6.7＝190.28KN.m考虑30％施工不平衡荷载系数（横向偏心）则：MP＝MP0/1.3=146.37KN.mKP=MP/MF=146.37/93.73＝1.56>1.3满足要求。2）纵向抗倾覆稳定性验算：根据《路桥施工计算手册》纵向风压为70％横向风压，迎风面积也比横向小，因此支架无需验算纵向稳定性。5.4地基承载力验算由以上计算可知立杆受力Nmax＝32.68KN。支架持力层为粉质粘土[σ0]＝150KPa翼板和底板下碗扣支架底托支撑在40×60×15cm混凝土垫块上σ=N/A=29.22/(0.4×0.6)=122KPa＜σ0]＝150KPa满足要求。腹板下碗扣支架底托支撑在160×60×15cm混凝土垫块上σ=N/A=32.68×4/(1.6×0.6)=136KPa＜[σ0]＝150KPa满足要求。6、支架预压为了保证支架系统的安全性，在进行箱梁混凝土浇注之前，须在超重情况下逐级进行支架预压。预压可采用沙袋、水箱或钢筋堆载的方式进行。加载的位置应与箱梁结构相对应，腹板、底板和翼板位置处加载应不同。加载时严格观测，并记录观测数据。加载时采取逐次增重的方法。按设计重量的80％、100％和110％逐级加载。严禁一次加载至110％。7、支架变形计算支架变形包括弹性变形、非弹性变形和基础压缩沉降变形等三项，其中弹性变形、基础压缩沉降变形和自重挠度变形可以通过计算获得，非弹性变形主要由支撑体系间隙在钢箱梁荷载作用下压缩造成的。①弹性变形：根据广义虎克定律ΔL=PL/EA＝5mm为支架最大弹性变形量。②非弹性变形：即模板、分配梁、型钢、小钢管支架等构件之间的接头处，在施工过程中，由于接头间的装配空隙被压缩而产生的变形，此部分的变形一般无法精确计算，根据施工经验，本工程按一个接头1mm计算。合计有5个接头，共计h2=5mm。③基础压缩沉降变形：采用单向应力分层总和法计算地基沉降量：式中S———地基总沉降量（cm）hi———第i层土的厚度（cm），土的分层厚度宜不大于基础宽度（短边或直径）的0.4倍；、———分别为第i层土受到平均自重应力和平均最终应力（）压缩稳定时上的孔隙比；n———地基压缩范围内所划分的土层数ms———沉降计算经验系数，按地区建筑经验确定因此，合计最大变形值为f=5+5+108、消除支架变形影响的措施①支撑体系的非弹性变形在安装时应尽量减少间隙，并用薄钢板垫实所有间隙。②支架系统搭设完成后采用堆载预压并进行承载试验，以消除非弹性变形。③根据计算值，设置支架预拱值，最大需预抬高20mm。9、门洞计算全线共有3处跨线门洞，分别跨工业大道、沥青路和高速路引线，均采用大钢管支架方案。从下到上依次所用材料为：钢管Φ600×14mm、垫梁、沙桶、2H600×300型钢、工55c型钢、工20a型钢。桥梁轴线与工业大道斜交角度为38°，设两个车辆通行孔；与沥青路斜交角度为54°，设一个车辆通行孔；与高速路引线斜交角度为58°，设两个车辆通行孔。9.1工业大道门洞计算门洞采用大钢管加型钢的形式，从下到上依次所用材料为：钢管Φ600×14mm、垫梁、沙桶、2H600×300型钢、工55c型钢、工20a型钢。分配梁（工20a）：梁端位置处（分配梁间距0.6m）：建立分配梁模型得Mmax=-8.39KN•m，Qmax=47.34kN，满足要求，满足要求。最大挠度，满足要求标准断面处（分配梁间距0.9m）：建立分配梁模型得Mmax=-12.61KN•m，Qmax=68.01kN，满足要求。，满足要求。最大挠度，满足要求。将分配梁所受各反力作为荷载加于工55c型钢之上，建立纵梁、横梁及钢管组成的整体结构模型如下：由分析结果，可得以下数据：纵梁（工55c型钢）Mmax=971.91/4=242.98kN•m，，满足要求Qmax=651.328/4=162.832kN，满足要求fmax=0.0172m≤l/400=0.0225m，满足要求横梁（2H600×300×12×20）Mmax=860.33kN•m，Qmax=779.535kN，满足要求。满足要求。对于13m的横梁：，满足要求对于7.5m的横梁：，满足要求对于16m的横梁：，满足要求对于25m的横梁：，满足要求钢管支架稳定性计算1、整体稳定性风荷载计算①模板风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：W0——基本风压值(Pa)，W0＝V102/1.6，V10为10m高度处的设计风速，取多年最大定时风速V10＝34.0m/s，则W0＝722.5Pa；K1——风载体形系数，取1.3；K2——风压高度变化系数，20m以下取1.0；K3——地形、地理条件系数，平坦空旷地区取1.0；所以，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa迎风面积：3.25×33=107.25m2风力：939.25×107.25=100734.56N=101kN②分配梁迎风面积：1.5×33=49.5m2风力：939.25×49.5=46.5kN③钢管及剪刀撑由风压转化为风荷载，取q＝1.0kN/m2，施加于钢管之上。对于斜撑及平联的最大轴力Nmax=114.41kN，满足要求2、钢管稳定性钢管（Φ600×14mm）：取最不利荷载Nmax=2572.642KN，M=5.9147KN.m；Mmax=114.81KN.m，N=42.83KN进行计算：假设钢管下端固定，上端自由，则取μ=2，则由i=286.4mm，l暂取8m计算，得：，查表可得压杆稳定系数φ=0.828，因此，，满足要求。,满足要求。9.2沥青路门洞计算门洞采用大钢管加型钢的形式，从下到上依次所用材料为：钢管Φ600×14mm、垫梁、沙桶、2H600×300型钢、工55c型钢、工20a型钢。分配梁（工20a）：梁端位置处（分配梁间距0.6m）：建立分配梁模型得Mmax=-8.39KN•m，Qmax=47.34kN，满足要求，满足要求。最大挠度，满足要求标准断面处（分配梁间距0.9m）：建立分配梁模型得Mmax=-12.61KN•m，Qmax=68.01kN，满足要求。，满足要求。最大挠度，满足要求。将分配梁所受各反力作为荷载加于纵梁之上，建立纵梁、横梁及钢管组成的整体结构模型如下：由分析结果，可得以下数据：纵梁（工55c型钢）Mmax=245.195kN•m，满足要求Qmax=206.593kN，满足要求fmax=0.017m≤l/400=0.0207m，满足要求横梁（2H600×300×12×20）Mmax=533.298kN•m，Qmax=696.479kN，满足要求。满足要求。对于13m的横梁：，满足要求对于7.5m的横梁：，满足要求对于16m的横梁：，满足要求钢管支架稳定性计算1、整体稳定性风荷载计算①模板风压计算W＝K1K2K3W0（Pa），式中：W0——基本风压值(Pa)，W0＝V102/1.6，V10为10m高度处的设计风速，取多年最大定时风速V10＝34.0m/s，则W0＝722.5Pa；K1——风载体形系数，取1.3；K2——风压高度变化系数，20m以下取1.0；K3——地形、地理条件系数，平坦空旷地区取1.0；所以，风压W＝1.3×1.0×1.0×722.5＝939.25Pa迎风面积：3.25×33=107.25m2风力：939.25×107.25=100734.56N=101kN②分配梁迎风面积：1.5×33=49.5m2风力：939.25×49.5=46.5kN③钢管及剪刀撑由风压转化为风荷载，取q＝1.0kN/m2，施加于钢管之上。对于斜撑及平联的最大轴力Nmax=114.41kN，满足要求2、钢管稳定性钢管（Φ600×14mm）：取Nmax=2272.5KN，M=21.924KN.m；Mmax=73.43KN.m，N=74.8KN进行计算：假设钢管下端固定，上端自由，则取μ=2，则由i=286.4mm，l暂取9m计算，得：，查表可得压杆稳定系数φ=0.791，因此，，满足要求。,满足要求。9.3高速路引线门洞计算门洞采用大钢管加型钢的形式，从下到上依次所用材料为：钢管Φ600×14mm、垫梁、沙桶、2H600×300型钢、工55c型钢、工20a型钢。分配梁（工20a）：标准断面处（分配梁间距0.9m）：建立分配梁模型得Mmax=-12.61KN•m，Qmax=68.01kN，满足要求。，满足要求。最大挠度，满足要求。将分配梁所受各反力作为荷载加于贝雷之上，建立贝雷、横梁及钢管组成的整体结构模型如下：由分析结果，可得以下数据：纵梁（工55c型钢）Mmax=206kN•m，满足要求Qmax=175.92kN，满足要求fmax=