A001-公路工程-施工设计系列-04桥梁工程-03-上部构造-满堂支架5-盘扣式支架 计算书、图

1、概述 ....................................................................................................................................... - 1 -

2、设计依据 ............................................................................................................................... - 1 -

2.1 基础资料....................................................................................................................... - 1 -

2.2 主要技术标准............................................................................................................... - 1 -

2.3 设计手册....................................................................................................................... - 2 -

3、结构布置 ............................................................................................................................... - 2 -

3.1 结构布置形式............................................................................................................... - 2 -

3.2 基本参数说明............................................................................................................... - 3 -

4、荷载与工况 ........................................................................................................................... - 4 -

4.1荷载分析........................................................................................................................ - 4 -

4.2工况分析........................................................................................................................ - 8 -

4.3荷载组合........................................................................................................................ - 8 -

5、嵌固点计算 ........................................................................................................................... - 8 -

6、模型及整体计算.................................................................................................................... - 8 -

6.1 工况一........................................................................................................................... - 9 -

6.2 工况二......................................................................................................................... - 10 -

6.3 工况三......................................................................................................................... - 11 -

6.4 基础反力..................................................................................................................... - 12 -

7、钢管桩入土深度计算.......................................................................................................... - 13 -

8、压杆稳定计算...................................................................................................................... - 13 -

9、主横梁验算 ......................................................................................................................... - 14 -

10、支栈桥相关计算................................................................................................................ - 14 -

10.1 支栈桥结构计算....................................................................................................... - 14 -

10.2 焊缝计算................................................................................................................... - 15 -

11、M60满堂支架计算 ........................................................................................................... - 15 -

11.1 单肢立杆轴向力计算.................................................................... 错误！未定义书签。

11.2 立杆稳定性计算............................................................................ 错误！未定义书签。

1、概述

沙洲岛特大桥（西溪）：桥梁中心桩号为K18+535.3，起终点K18+039.0～K19+031.5，长992.5m，整体式左右布局相同；桥梁跨径×孔数为：（88+200）西溪主桥+（40+45+40）+(35+42.5+42.5+35)+(35+40+40)+2×33+8×30，桥面宽2-21~25m。上部结构为预应力混凝土小箱梁、现浇箱梁、拱形连续梁、独柱斜塔斜拉桥，下部构造桥墩采用门形墩、矩形墩、独柱斜塔、桩基础，桥台采用肋板台、桩基础。

图1-1 西溪主桥桥型布置图

主桥边跨现浇箱梁采用下部少钢管支架，上部满堂脚手管支架的方式进行施工，本文为该施工支架计算书。

2、设计依据

2.1 基础资料

（1）施工图设计文件

（2）其它技术资料

2.2 主要技术标准

（1）《建筑结构荷载规范（2006年版）》（GB 50009-2001）

（2）《建筑施工承插型盘扣件钢管支架安全技术规程》（JGJ 231-2010）

（3）《钢管满堂支架预压技术规程》（JGJT 194-2009）

（4）《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）（5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（6）《木结构设计规范》（GB 50005-2003）

（7）《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 81-2002）

（8）《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)

（9）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）

（10）《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)

2.3 设计手册

（1）《钢结构连接节点设计手册（第二版）》

3、结构布置

3.1 结构布置形式

箱梁采用采用下部少钢管支架，上部满堂脚手管支架的方式进行混凝土现浇施工。下部排架桩基采用Φ820×8mm钢管桩，顺桥向按6m+9m间距布置，横桥向为6.25m。排架设Φ426×6平联和[]25a剪刀撑。在立柱顶部横桥向布设双拼HM588×300型钢作为主承重梁，跨距6.25 m，在主承重梁上顺桥向搭设1.5×3m 的贝雷片，最大跨度为9 m，贝雷片上铺横向分配梁I25@75，顶部铺设标准组合刚面层，面层上部按M60支架间距铺设横向垫梁I10，立杆采用Φ60×3.2mm，顺桥向间距0.9m（横隔板位置加密至0.6m），横桥向间距0.6m（腹板）、0.9m（空腔）、1.2m（翼缘板）三种，并在横向隔板处局部加密，步距1.5m，顶托上方设置横向分配梁I10(桁架下方分配梁顺桥向布置)，分配梁上纵桥向设置10×10cm 方木，间距0.15m（腹板、隔板）和0.2m（空腔），方木上铺设15mm竹胶板作为箱梁底模。I10工字钢分配梁与木方采用铁丝绑扎固定，竹胶板与木方通过铁钉锚固固定。

支架布置型式如下图：

A）几何参数：

箱梁为单箱七室混凝土结构，最大浇筑高度为400cm。

B）材料物理力学特性参数：

表3-1 主要材料的主要物理力学特性

C）刚度设计要求：

根据《钢结构设计规范》及《建筑结构荷载规范》中规定要求，计算支架及

梁的刚度按照荷载标准组合进行计算，其刚度容许值如下表所示：

D ）其它参数：

1. 重力加速度：9.82/m s ；

2. 钢筋混凝土容重：263/kN m ；

3. 钢材容重：78.53/kN m 。

4、荷载与工况

4.1荷载分析

4.1.1恒载计算

（1）支架自重

支架本身重力荷载由有限元软件自行处理，Ansys 程序运行时：2/8.9s m g ，重力荷载比例系数设定为-1。

（2）混凝土自重

箱梁混凝土容重按263kN/m 考虑，

箱梁断面简化成如下形式，经计算得箱梁单位面积的恒载如下图所示：如下图所示：

图4-1 箱梁空腔处恒载示意图（荷载单位:kN/m ²）

图4-2 箱梁隔板处恒载示意图（荷载单位:kN/m ²）

（3）模板荷载

模板荷载按2.52/kN m 考虑。

4.1.2活载计算

（1）施工荷载

作用在模板支架上的施工人员及设备荷载标准值可按实际情况计算，一般情况下可取23.0kN/m ；

（2）梁系风荷载

依照《公路桥涵设计通用规范》，风荷载标准值计算式如下：

⎪⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=====-Z d d

d WH d wh

e V k k V g V W g V W A W k k k F 0001.0105221002310012017.022γγγ 式中 -WH F 横桥向风荷载标准值(kN )；

-0W 基本风压；

-d W 设计基准风压 (2/m kN )；

-WH A 横向迎风面积(2m )；

-10V 设计基本风速；

-d V 高度Z 处的设计基准风速(s m /)；

-Z 距地面或水面的高度(m )；

-γ空气重力密度(3/m kN )；

-0k 设计风速重现期换算系数，对临时结构取0.75；

-3k 地形地理条件系数，对一般地区取1.00；

-5k 阵风风速系数，B 类地区取1.38；

-2k 地面粗糙度类别和梯度风速高度修正系数，取1.0；

-1k 风载阻力系数，计算圆形截面构件侧向风载时取1.0，计算矩形截面构件侧向风载时取1.3；

-g 重力加速度，2/81.9s m g =。

A ：设计风速取：1028.8/V m s =

2510 1.0 1.3828.839.7/d V k k V m s ==⨯⨯=

2

2

0.01239.70.96229.81

d d V W kPa g γ⨯===⨯ 2013/0.75 1.3 1.00.960.94wh d F A k k k W kPa ==⨯⨯⨯=（非管型构件）

2013/0.75 1.0 1.00.960.72wh d F A k k k W kPa ==⨯⨯⨯=（管型构件） B ：工作风速6级风速，取1013.8/V m s =

2510 1.0 1.3813.819.0/d V k k V m s ==⨯⨯=

2

2

0.01219.00.22229.81

d d V W kPa g γ⨯===⨯ 2013/0.75 1.3 1.00.220.21wh d F A k k k W kPa ==⨯⨯⨯=（非管型构件）

2013/0.75 1.0 1.00.220.17wh d F A k k k W kPa ==⨯⨯⨯=（管型构件） （3）水流力

a 、钢管桩水流力

设计高潮位+4.77m ，桩顶标高+4.322m ，流速1.75m/s 。

根据《港口工程荷载规范》计算：

22w w

F C v A ρ= 式中w F ——水流力标准值(kN)；

v ——设计流速(m/s)， 1.75/v m s =；

w C ——水流阻力系数，取0.73；

ρ ——水的密度(t/m3)，取1.0；

A ——计算构件在与流向垂直平面上的投影面积(m2)；

后排桩遮流影响系数0.81。

φ820×8钢管桩水流力：

考虑3m 泥面冲刷后，泥面标高-6.06m ，

φ820×8前排桩 20.73 1.0/2 1.750.8210.3829.52w F kN =⨯⨯⨯⨯=

φ820×8后排桩0.819.527.71w F kN =⨯=

作用点标高：0.872m 。

b 、平联及横梁水流力

根据《港口工程荷载规范》计算：

22w w

F C v A ρ= 22w w

q C v h ρ= 式中w F ——水流力标准值(kN)；

v ——设计流速(m/s)， 1.75/v m s =；

w C ——水流阻力系数，取0.73；

ρ ——水的密度(t/m3)，取1.0；

A ——计算构件在与流向垂直平面上的投影面积(m2)；

平联φ426水流力：20.73 1.0/2 1.750.4260.476w F kN =⨯⨯⨯=

横梁HM588水流力：20.73 1.0/2 1.750.5880.657w F kN =⨯⨯⨯=

4.2工况分析

工况一：支架及模板搭设完成，箱梁尚未浇筑，设计风速横桥向作用，采用基本组合计算；

工况二：箱梁按一次浇筑考虑，工作风速横桥向作用，采用基本组合计算支架的强度；

工况三：箱梁按一次浇筑考虑，工作风速横桥向作用，采用标准组合验算支架的刚度；

4.3荷载组合

考虑两种荷载组合形式，即标准组合和基本组合。

本计算除施工荷载、风荷载和其它荷载视为活载以外，其余荷载如支架自重、钢筋混凝土重力荷载、模板荷载等均视为恒载。荷载组合形式如下： ∑∑+=活载恒载标准组合

∑∑+=活载恒载基本组合4.12.1

以上组合中，标准组合用来评价结构刚度指标，基本组合用来评价结构强度指标。

5、嵌固点计算

φ820×8钢管桩嵌固点计算：

2.11T m ===， 4.22m Z m = 最不利处，考虑3m 冲刷后，泥面标高-6.06m ，

嵌固点标高-6.06-4.22=-10.28m ，取-10.5m 。

钢管桩入土深度L >48.44T m =，按弹性长桩考虑。

6、模型及整体计算

根据设计图纸，取5A-5H 至9A-9H 段，在ANSYS 软件中建立支架整体模型，如下图所示：

图6-1 支架整体模型图

模型说明：采用ANSYS12.0中的Beam188单元，进行计算与分析，将支架结构整体建模计算，其结果精度满足计算的要求。

钢立柱柱脚的连接为固接，柱顶与横梁之间的连接为固接，横梁与贝雷下弦杆之间的连接为铰接, 横梁与墩身牛腿之间的连接为铰接。按4.1节分析的荷载值进行加载，对各工况进行模拟计算。

6.1 工况一

支架及模板搭设完成，箱梁尚未浇筑，按照设计风速（10年一遇最大风速28.8m/s）横桥向作用与支架，荷载采用基本组合，模型计算结果如下图所示：

图6-2 工况一支架应力云图（单位：Mpa）

图6-3 工况一支架横向变形云图（单位：mm ）

工况一计算结果表明：

构件最大组合应力为max 38.3205MPa MPa σ=< 最大横桥向变形1200016.230400400

h f mm mm ∆=<== 因此，支架整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。

6.2 工况二

箱梁按一次浇筑考虑，6级风（13.8m/s ）横桥向作用，采用荷载基本组合计算支架的强度，模型计算结果如下图所示：

图6-4 工况二支架应力云图（单位：Mpa ）

图6-5 贝雷弯矩图（单位：Nmm ） 图6-6 贝雷剪力图（单位：N ）

支架及贝雷梁主要构件计算结果如下表所示：

工况二计算结果表明： 贝雷梁（16Mn ）：

最大弯矩357788kNm kNm <，最大剪力216245kN kN < 其它构件（Q235B ）：

最大组合应力为max 179205MPa MPa σ=<

因此，支架整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。 6.3 工况三

箱梁按一次浇筑考虑，6级风（13.8m/s ）横桥向作用，采用标准组合验算支架的刚度，模型计算结果如下图所示：

工况三计算结果表明：

贝雷梁的最大竖向位移为

9000

16.022.5

400400

l

f mm mm ∆=<==

钢立柱的最大竖向位移为

12000

7.230

400400

h

f mm mm ∆=<==，

因此，支架的刚度能够满足设计及规范要求。

6.4 基础反力

由于工况二应力较大，下面列出该工况时约束点的反力。

钢管桩桩端反力：

7、钢管桩入土深度计算

经计算，φ820×8桩端最大压力设计值2327kN 。

泥面标高参考《沙洲岛特大桥工程地质勘察报告》，考虑3m 冲刷。 1A-1H,2A-2H 按QSZK54钻孔地质条件：

基础底进入砾砂层，桩底标高-19.0m 。

1

()27112327d fi i R R

Q u q l q A kN kN γ=

+=>∑，满足要求。

3A-3H 至9A-9H 按QSZK55钻孔地质条件：

基础底进入圆砾层，桩底标高-21m 。

1

()29812327d fi i R R

Q u q l q A kN kN γ=

+=>∑，满足要求。

8、压杆稳定计算

钢管桩φ820×8

0.286i m =

== 计算长度为，l0=μl=11.0m

0/11.0/0.28638.5x l i λ=== 按b 类截面进行计算 查表得： φ=0.906

62320000122101562050.906204074102761

N M MPa f MPa A W φ⨯+=+=<=⨯，

稳定性满足要求。

9、主横梁验算

主横梁2HM588×300组合型钢，由工况二计算得最大剪力V=1380kN

则剪应力34w VS 13801022244551

109125It 211800010212Mpa Mpa τ⨯⨯⨯===<⨯⨯⨯⨯

满足要求。

10、支栈桥相关计算

10.1 支栈桥结构计算

建立支栈桥模型，模拟9m+12m+12m+9m 四跨，对其施加对应上部的箱梁自重荷载及施工荷载。模型及计算结果如下：

图10-1支栈桥整体模型图

图10-2 贝雷弯矩图（单位：Nmm ） 图10-3 贝雷剪力图（单位：N ）

图10-4 横梁剪力图（单位：N ） 图10-5 立柱反力图（单位：N ）

贝雷梁（16Mn ）：

最大弯矩256788kNm kNm <，最大剪力208245kN kN < 立柱最大反力16502000()kN kN <原支栈桥管桩承载力 则栈桥结构满足施工要求。 10.2 焊缝计算

经计算，原支栈桥横梁及牛腿承受的竖向荷载为P=1220kN 牛腿腹板采用双面角焊缝，取焊脚尺寸10mm 。

312201057.41600.710(44805582)

f e w V MPa MPa h l τ⨯===≤⨯⨯⨯+⨯ ，满足要求。

11、M60满堂支架计算

11.1 单肢立杆轴向力计算

单肢立杆轴向力计算按《建筑施工承插型盘扣件钢管支架安全技术规程》进行计算：

2

a ）竖杆（Lx=600mm ，Ly=900mm ，Lz=1500mm ）： 支架结构自重：1 1.2Q kN =

按最不利原则，新浇钢筋混凝土作用荷载（腹板位置阴影部分60cm 范围由单根立杆承重）：

阴影部分面积为2.153㎡，顺桥向计算长度为0.9m ，计算混凝土体积为 1.938m ³，则单根立杆承受钢筋混凝土荷载：Q2=26×1.938=50.4kN 模板系作用荷载： Q3=0.5×0.6×0.9=0.27kN 施工人员及设备荷载： Q4=3×0.6×0.9=1.62kN 风荷载：

Q5=0.96×1.5×0.9×11.8×0.01/0.6=0.254kN 不组合风荷载时单肢立杆轴向力： N=1.2×(Q1+Q2+Q3)+1.4×Q4=.5kN 组合风荷载时单肢立杆轴向力：

N=1.2×(Q1+Q2+Q3)+0.9×1.4×（Q4+Q5）=.9N 11.2 立杆稳定性计算

根据计算可知，立杆的最大轴向力设计值为N=.9kN ，立杆稳定性应满足：

W

M N f A W ϕ+≤ 式中：

ϕ-轴心受压杆件稳定系数，按长细比查规范附录D 采用；其中，计算长度

漳州厦漳同城大道第三标段 西溪主桥边跨现浇箱梁支架设计计算书

- 17 - 为0 1.4 1.5 2.1l h m η==⨯=， 2.01i cm =，02101052.01l i λ===；查表可知该系数取为0.438。

A -横截面积，面积为5.71cm2。

f -Q345A 钢材拉、压、弯强度设计值，取为300Mpa

W -立杆截面模量（cm3）取7.7 cm3

w M —计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩（KN.m ）

Mw=0.9x1.4Mwk=1.26x 0.96x0.01x0.6x1.52/10= 0.0046kN ·m

W M N f A W ϕ+≤

即：259.4+1.99=261.5MPa 〈300MPa

立杆稳定性满足设计及规范要求。