某立交匝道跨越铁路施工支架设计

PAGE某立交匝道跨越铁路施工支架设计一、工程简介施工项目为位于某市区南端秦淮河东南岸的某立交工程，属互通式城市立交工程，处于《某市主城路网规划》“两纵两横快速路”的“东纵”与“南横”的交叉点，是某市主城区“外环+井字”型快速道路网的重要组成部分。其中，某铁路贯穿立交范围，为满足施工期间铁路通行的需要，保证铁路建筑界限不受侵占，须架设支架跨越铁路以满足施工需要。二、设计依据1、某立交桥工程D2标设计文件。2、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—86）。3、《钢结构设计规范》（GBJ17—88）4、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）。5、《公路桥涵施工手册》及其他有关的现行国家及地方强制性规范和标准。6、《铁路技术管理规程》（铁道部令第2号）。三、设计说明本支架专为满足H匝道桥跨越某铁路施工需要而设计。H匝道与某铁路成40°斜交，在满足铁路建筑界限要求前提下，支架垂直铁路线路方向净跨6.50m，贝雷片桁架梁梁底距铁路轨顶面高7.0m。支架采用法兰连接钢管墩柱，每个墩柱由3根并排放置间距0.4m的Φ220×6mm钢管组成，每片贝雷桁架梁对应支立一墩柱，同时为了增强墩柱的整体稳定性，每4.0m布置一道角钢横杆斜撑。墩顶盖梁采用双榀Ⅰ32c工字钢，工字钢盖梁搁置在双榀［20b槽钢顶托上。支架顺桥向跨越构件采用1500×3000mm×4贝雷片桁架，其中箱底部位采用三排单层贝雷片，间距3.1m，翼板部位采用双排单层贝雷片，间距3.4m，悬挑1.0m。贝雷片桁架上按间距1.0m搁置三榀P43扣轨横向分配梁，然后，在扣轨上支立扣件式满堂钢管支架。为了明确满堂式支架每根立柱所传递竖向力的大小，本设计首先对满堂式钢管支架进行了受力检算，确定钢管支架立柱的横向间距：腹板附近为0.8m，箱底其它部位为1.0m，翼板部位为1.4m；纵向间距均为1.0m；支架纵横杆步距1.5m。箱梁底模采用δ=15mm厚的竹编胶合模板，底模小楞采用间距0.3m的100×100mm方木，大楞采用150×150mm方木，相关的具体布置见附图。四、受力检算㈠、荷载砼自重：箱底：22.30KPa,翼板部位：8.67KPa,②模板重量（含内模、侧模及支架），以砼自重5%计，则：箱底：22.30×5%=1.12KPa翼板部位：8.67×5%=0.43KPa③施工荷载：2.0KPa④振动荷载：2.5KPa⑤砼倾倒产生的冲击荷载：2.0KPa荷载组合计算强度：q=①＋②＋③＋④＋⑤计算刚度：q=①＋②㈡、底模检算，合格。刚度荷载：，合格。⑵翼板部位强度刚度荷载：，合格。㈣、方木大楞检算考虑箱梁腹板部位的重量较集中，而为了方便计算，箱梁自重是按整体均布考虑，这必将导致腹板处的实际荷载要大于计算荷载，而其他部位的计算荷载比实际荷载偏大，因而在腹板部位对支架立柱给予加密，横向间距取0.80m，箱底其他部位立柱间距取1.0m，翼缘板处立柱间距取1.40m，同时，腹板部位大楞的计算跨度按1.00m计以平衡因计算荷载比实际荷载偏小的不利影响，且大楞偏安全地按简支梁考虑。大楞规格为150mm×150mm的方木。⒈荷载组合小楞所传递给大楞的集中力为：箱底：翼板部位：大楞方木自重：⒉截面参数及材料力学性能指标方木的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）中的A－3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值，则：，⒊承载力检算⑴箱底部位由于小楞方木的布置具有一定的随机性，因此检算应力时应按产生最大应力布载模式进行计算。力学模式：①强度按产生最大正应力布载模式计算。支座反力则最大跨中弯距，合格。刚度按产生最大竖向力的“最大支座反力布载模式”计算集中荷载：，合格。⑵翼板部位力学模式：翼板部位的钢管立柱间距1.4m，方木规格同箱底部位。强度按产生最大正应力布载模式计算。支座反力则最大跨中弯距，合格。刚度按产生最大竖向力的“最大支座反力布载模式”计算集中荷载： ，合格。㈤、满堂式钢管支架检算每根钢管立柱所承受的竖向力按其所支撑面积内的荷载计算，忽略方木小楞自重不计，则大楞传递的集中力：箱底（均以跨度1.00m计算）：

翼板：Φ48×3mm钢管自重，满堂式钢管支架按8.0m高计：则单根钢管立柱所承受的最大竖向力为：检算其稳定性。Φ48×3mm钢管的面积，钢管回转半径为：支架横杆、纵杆的步距均为1.5m，并适当布置垂直剪刀撑。长细比查《钢结构设计规范》（GBJ17-88），得.强度验算：故满足要求。稳定性验算：，满足要求。㈥扣轨横向分配梁检算⒈荷载组合钢管立柱传递的集中力：箱底：P1=30.71KN翼板：P2=22.04＋0.65=22.69KN扣轨自重：⒉轨束截面参数及力学性能指标三根43轨扣轨的截面抵抗矩：，三根43轨扣轨的截面惯性矩：，三根43轨扣轨的中性轴以上部分面积对中性轴的面积矩：中和轴以上部分面积近似的按其上下部分抵抗矩之比取值面积矩钢轨腹板厚：取弹性模量：，由于缺少钢轨的相关资料，钢轨的力学性能指标偏安全地参照A3钢取值.容许弯曲应力：⒊承载力检算横向分配梁采用由三根P43轨相扣组成的轨束支承满堂式钢管支架。考虑箱梁自重主要集中在箱底部位，即对称梁中线分布在4.60/sin40o=7.16m范围内，而翼板部位相对较小，因而采用图-1模式布置贝雷片纵梁，并为了方便计算偏安全的采用图-2简支简化模式进行计算。带伸臂的边跨段①强度支座反力：计算并绘制受弯图控制弯矩：，合格。②刚度伸臂梁的挠曲变形受悬挑段的负弯与跨内的正弯的相互约束，其最大挠度应小于悬挑段单独布载或跨内单独布载时的挠度，故为了方便计算，计算悬挑段的最大挠度时仅考虑悬挑段荷栽，而跨内按简直梁计算。荷载计算：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悬挑段的最大挠度故，满足要求。跨内段的最大挠度按简直梁考虑，则 故，满足要求。⑵中间跨横向分配梁①强度支座反力：计算并绘制受弯图：控制弯距：，合格。②刚度集中荷载：P=23.56KN， 故，满足要求。⑶抗剪检算控制剪力按轨束传递给贝雷片纵梁的最大集中力计算。1#、5#贝雷梁：2#、4#贝雷梁：3#贝雷梁：故控制剪力：容许剪应力增大系数便安全地取C=1.0，临时结构提高系数,则，故满足要求。⑷轨束整体稳定性检算P43轨轨束绕y轴的惯性矩如下：为了增强钢轨的整体稳定性，每根满堂式钢管支架的立柱下设一方钢卡（具体构造见附图），因而计算长度取最大立柱间距查《钢结构设计规范》（GBJ17-88），得，则，故满足要求。㈦贝雷桁架纵梁检算⒈荷载轨束传递给贝雷片纵梁的最大集中力：1#、5#贝雷梁：2#、4#贝雷梁：3#贝雷梁：双排单层贝雷片自重：三排单层贝雷片自重：⒉截面参数及力学指标双排单层贝雷片：三排单层贝雷片：⒊承载力检算⑴双排单层贝雷桁架1#、5#纵梁为双排单层贝雷片梁。为了减少不均匀沉降，横向分配梁自桁架中心对称布置，计算跨径偏安全地按12m计。则力学模型为：强度支座反力：Ra=Rb=（2×12+70.96×12）/2=437.76KN取跨中弯矩作为控制弯距：故，满足要求。抗剪检算控制剪力取支点反力：故，满足要求。刚度集中荷载近似地减去间距一半的施工荷载，则：P=12×70.96-12×2.7×（2.0+2.5+2.0）=640.92KN ，故满足要求。⑵三排单层贝雷桁架2#、3#、4#纵梁均为三排单层贝雷桁架梁，其中2#、4#梁受力集中荷载最大，检算时取2#、4#梁进行计算。其力学模型同双排单层贝雷桁架梁。强度支座反力：Ra=Rb=（3×12+108.81×12）/2=670.86KN跨中弯矩：故，满足要求②抗剪检算控制剪力：故，满足要求。③刚度集中荷载近似地减去相邻两贝雷片梁间距范围内的施工荷载，则：P=12×108.81-12×3.25（2.0+2.5+2.0）=1052.22KN ，故满足要求。㈧双榀I32c工字钢墩顶盖梁检算考虑贝雷片纵梁所传递给墩顶盖梁的集中荷载较大，如跨内布置集中荷载必会导致过大跨内弯曲应力，为避免盖梁的材料用量过大，采用改善墩柱布置来消除这一不利影响，在每个集中力下面设一支点，即每片贝雷片梁下方布设一钢管墩柱，这样按简支梁考虑的话，工字钢盖梁跨内仅有自重所产生的弯曲应力，而集中荷载通过工字钢梁直接传递给了墩柱，因而再此仅对盖梁的抗剪能力进行检算。I32c工字钢的截面参数：腹板厚控制剪力采用2#纵梁所产生的最大支点反力，工字钢自重忽略不计，并按2根工字钢平均受力考虑。则力学模式：故因，，故取容许剪应力增大系数C=1.0，临时结构的钢材容许应力提高系数，则，故满足要求。㈨H型钢组合截面墩柱检算墩柱对称C匝道线路中心线与某铁路线路中心线交点的切线方向布置，布置范围为，每个墩柱由2根间距0.3m的40#H型钢组合而成，顶部搁双榀［22b槽钢用以支承盖梁。取盖梁的控制剪力加双榀40#H型钢自重作为墩柱的控制轴向力P=Q+g=698.9+16.24/4=702.15KN。⒈双榀［22b槽钢顶托验算强度抗弯受力模式：支座反力：双榀［20b槽钢截面参数：截面抵抗距：截面惯性矩：半截面面积矩：腹板厚，合格。抗剪控制剪力取支座反力：因，，故取容许剪应力增大系数C=1.0，临时结构的钢材容许应力提高系数，则，故满足要求。⑵刚度忽略槽钢自重不计。，合格。⑶整体稳定性检算双榀［20b槽钢的回转半径：，则，查《钢结构设计规范》（GBJ17-88），得，则，故满足要求。⒉40#H型钢组合墩柱检算H型钢组合截面如右图所示。每根40H型钢的截面参数：毛截面面积：毛截面惯性矩：，截面中和轴以上部分面积对中和轴的面积矩最小回转半径：两根9.0m长的40#H型钢（忽略缀板重量不计）自重：组合截面墩柱轴向力：⑴对实轴X-X的稳定性验算查《钢结构设计规范》（GBJ17-88），得故，满足要求。⑵对虚轴y-y的稳定性验算组合截面截面参数：则长细比两个型钢用缀板焊接成整体，缀板两侧焊缝间的距离。确定缀板间的净距又因构件单肢长细比不宜大于40，则即故取缀板间的净距。则故长细比查《钢结构设计规范》（GBJ17-88），得⑶缀板验算作用在墩柱上的横向剪力按轴心受压杆件计，端缀板长度中缀板长度根据以上估算，选用缀板厚度缀板间净距在全长9.0m的组合杆件上缀板的布置如下图所示。中缀板的中心距离两个H型钢性心轴间的距离缀板所受剪力缀板所受弯距缀板的截面模量缀板弯曲应力缀板剪应力故，缀板满足使用要求。⑷缀板焊缝验算缀板焊接采用人工贴角焊，取焊缝长度与缀板长度相同，即中缀板为300mm，端缀板为500mm，焊缝厚度等于缀板厚度。由缀板剪力产生的焊缝应力：由缀板弯距所产生的焊缝应力：焊缝总应力为：故，缀板焊缝满足要求。㈤基础验算受墩柱稳定性的限制，墩柱高度不宜过高，因而导致基顶标高不宜过低，按墩柱高9.0米并保持轨面以上7.0米的净空计，基顶则应在轨面以下2.6米（含顶托及盖梁高）。据C1#墩地质勘测资料显示该处6.0米厚范围内地质情况依次如下：杂填土层：0.8米厚。褐色；不均匀；稍密；稍湿。素填土层：1.2米厚。灰黄色；不均匀；湿；可塑。亚粘土层：4.5米厚。黄色；不均匀稍密；饱和。为达到持力层要求，必将导致基础高度过大，为此为了减少基础的砼工程数量，减少过大开挖给铁路带来的行车危机，拟对基底进行换填或进行旋喷桩加强处理，以抬高基底标高。期待通过地基处理后的地基容许承载力能达到。初步拟定基础截面为1.5m×1.5m高1.0米的C25砼基础，并加以配筋。⑴基底应力验算基础面积：A=1.5×1.5=2.25m2故，初拟基础截面满足加强处理后的地基承载力要求。⑵配筋由于墩柱通过钢垫板传力给基础，钢垫板面积为0.6×0.6=0.36m2，而基础截面面积达1.5×1.5=2.25m2，因此可认为基础属局部承压结构，但基础仅受轴心力。所以，仅对基础按局部承压结构构造要求加以配筋，以提高基础的抗裂性