引桥及立交施工盖梁支架设计设计计算书

引桥及立交施工盖梁支架设计

计算书

编    制：                   

校    核：                   

审    核：                     

重庆XXXXXX（集团）有限责任公司

XXXXXXXXXXXXXXXX复线桥及立交工程项目经理部

二O一四年十二月

一、工程概况

引桥、加宽段、立交（部分）工程均设有盖梁结构，盖梁离地高度为5m～42m，其施工方法为离地高度14m以下采用碗扣支架落地式进行现浇，离地高度14m以上采取埋设托架方式进行现浇。

（一）、埋设托架式盖梁支架

盖梁离地高度14m以上采用埋设托架式施工方法。其施工方法为在墩柱上埋设预埋件，在预埋件上采用钢板焊接钢牛腿，然后采用吊车将2I45b主纵梁吊至钢牛腿上进行安装，在主纵梁上安装I25b横向分配梁，分配梁间距60cm，然后在横向分配梁上安装5×10木枋为纵向小分配梁，间距20cm，最后安装1.5cm厚木工板作为底模，底模布设完成后即可绑扎钢筋、安装侧模，最后进入砼浇筑工序。本工程离地高度14m以上盖梁最大跨度为引桥6号墩，跨度为8m，本计算书以引桥6号墩为例进行计算。

（二）、碗扣钢管落地式盖梁支架

盖梁离地高度14m以下采用搭设碗扣落地支架进行施工。搭设支架前先进行基础的封水及硬化处理。首先将原地面土石用强力式打夯机夯实，                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 再用不低于C20的砼将搭设支架处的地面浇筑一层10cm厚砼，作为封水及地面硬化处理，以确保支架基础承载要求，经计算其土基础承载力应不低于3Mpa。在经过处理的地基上搭设碗扣支架，支架纵横向距离为0.6m，步距为1.8m，支架上部底模系统从下至上分别10×12cm木枋，间距60cm，5×10cm木枋，间距20cm，1.5cm厚胶合板。盖梁侧模系统为1.5厚的胶合板为模板，竖向5×10cm木枋，间距20cm，横向背楞为2[10槽钢，间距60cm，拉杆系统为M22拉杆，竖向间距60cm，横向间距1m。

二、计算依据

（1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

（2）《路桥施工计算手册》

（3）《公路桥梁抗风设计规范》（JTGT D60-01-2004）

（4）《公路桥涵设计通用规范》（JTGT D60-01-2004）

（5）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

三、埋设托架式盖梁支架计算

（一）、主要荷载及参数

1、恒载重量

按实际结构自重计算乘以1.05倍系数。

2、砼荷载

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)，砼荷载取26KN/m3，扣除墩身承受砼荷载部分，实际砼重量乘以1.0放大系数为支架设计计算砼荷载。

3、施工荷载

施工荷载按每平方米100kg计算；乘以1.0倍系数。

4、模板荷载

模板荷载按每平方米80kg计算；乘以1.0倍系数。

（二）、计算假设及参数

1、计算假设

墩柱、系梁模拟混凝土梁，按一般梁单元建模，盖梁支架按一般梁单元进行计算。

2、计算参数

分配梁材料均采用Q235,容许应力145Mpa,弹模2.1×10-5Mpa；分配梁变形按外露模板小于L/400控制。

（三）、计算工况

计算工况为一次浇注成型工况。

（四）、荷载及边界条件添加方式：

1、荷载添加方式

、恒载重量：添加自重荷载。

、砼荷载：添加梁单元荷载，混凝土荷载共加载272t。

、施工荷载：添加梁单元荷载，施工荷载共加载5.6t。

、模板荷载：添加梁单元荷载，模板荷载共加载4.5t。

2、边界条件添加方式

墩柱底部采用一般约束，约束Dx，Dy,Dz,Rx,Ry,Rz，牛腿处采取将盖梁支架与墩柱刚性连接。

（五）、计算模型

本盖梁支架结构简单，所以运用迈达斯软件进行整体建立空间模型分析，结构模型如下：

（六）、计算结果

1、牛腿处支反力（t）

盖梁支架牛腿处最大竖向支反力为44t。

2、盖梁支架各部分强度计算

2I45b分配梁最大应力146Mpa小于145×1.3=188.5Mpa（1.3为临时结构增大系数），满足规范要求。

工25b分配梁最大应力61Mpa小于145Mpa，满足规范要求。

3、盖支架各部分刚度计算

2I45b分配梁最大变形为7.8mm4、牛腿局部受力分析

（1）、牛腿采用1.6cm厚钢板为预埋板，预埋板上穿孔焊接9根φ28mm钢筋为钢筋，在预埋板上焊接2cm厚钢板为顶板，顶板下竖向焊接2块2cm厚钢板作为肋板，顶板长25cm，宽35cm，肋板长42cm，宽35cm。

采用Midas软件进行局部受力分析，牛腿采用板单元进行建模，牛腿预埋锚脚处采取全方向约束，其模型如下：

（2）、牛腿受最大压力为44t，采取加载均布压力荷载于牛腿顶板上，其均布压力荷载值为：44t/0.25m×0.35m=503t/m2

经Midas软件计算，牛腿最大应力位于顶板中部，其最大应力为155Mpa＜145×1.3=188.5Mpa，满足施工要求。

（3）、牛腿锚脚处拉力

经计算，牛腿锚脚处最大拉力为9.5t。

该牛腿采用9根φ28mm三级钢筋作为预埋件锚脚，预埋钢筋长70cm。

锚脚钢筋最大拉应力为：9.5t/3.14×1.42cm2=154Mpa小于三级钢筋允许拉应力400Mpa，锚脚钢筋受拉满足要求。

（4）、牛腿锚脚处剪力

经计算，牛腿锚脚处最大剪力为7.6t。

牛腿锚脚采用φ28mm三级钢筋与锚板进行穿孔塞焊接，同时对锚筋与锚板处进行贴角焊接，焊缝高度为1cm。

锚脚钢筋抗剪验算

锚脚钢筋所受剪力为：7.6t/6.15m2=123Mpa小于140Mpa，锚脚钢筋抗剪满足要求。

锚脚焊缝抗剪验算

单根锚脚焊缝允许剪力为：3.14×2.8×1×1t=8.8t大于锚脚处最大剪力7.6t，锚脚焊缝抗剪满足要求。

四、碗扣钢管落地式盖梁支架受力计算

（一）、碗扣立杆计算

1、荷载情况

盖梁混凝土荷载：1×1×2×2.6=5.2t/m2

模板系统荷载：100kg/m2=0.1t/m2

施工荷载：100kg/m2=0.1t/m2

碗扣脚手架及分配梁荷载：取0.5t/m2

则：在跨中位置处最大分布荷载：q=5.2+0.1+0.1+0.5=5.9t/m2

2、立杆受力计算

碗扣钢管立柱纵、横向间距为0.6m×0.6m，立杆步距1.8m

则，单根立柱受力为：5.9×0.6×0.6=2.1t＜[N]=2.5t

经以上计算，立杆满足受力要求。

3、立杆稳定性计算

碗扣式满堂支架是组装构件，一般单根碗扣在承载允许范围内就不会失稳，为此以轴心受压的单根立杆进行验算：

公式：N≤[N]= ΦA[ó]

碗扣件采用外径48mm，壁厚3 .5mm，A＝4mm2,A3钢，I＝10.78*104mm4则，回转半径λ=1.58cm，步距h=180cm。

跨中底板细比λ＝L/λ=180/1.58=113.9<[λ]=150取λ＝114；

此类钢管为b类，轴心受压杆件，查表

    Φ＝0.475

[ó]=205MPa

[N]=0.475×4×205=47616N=47.6KN

最大荷载的立杆N＝21KN≤[N]=47.6KN；

结论：支架立杆的稳定承载力满足稳定要求。

4、地基承载力验算

每根立杆所受最大力21KN，立杆与地基接触面积为0.01m2，则立杆下地基所受压力为：21KN/0.01m2=2.1Mpa，所以经计算地基承载力应大于2.1Mpa，考虑安全系数，本工程要求地基承载力应不小于3Mpa。

（二）、底模板结构验算

支架处盖梁最高高度为2.2米，采用C30砼浇筑。

盖梁底板部分模板采用木模15mm厚桥梁胶合板、横向由5*10cm木枋铺设，纵向分配梁为10*12cm木枋。

1、竹胶板验算

（1）标准荷载值

a) 模板及附件重统一取q模=1.4KN/m2

 b) 箱梁钢筋混凝土自重（考虑取安全系数=1.2，梁高2.2m）：

 q=1.2×2.2×26=68.KN/m2

 c) 施工荷载及施工人员、材料、机具等行走运输或堆放的荷载：

活荷载：q=2.0KN/m2 

d) 振捣混凝土时产生的荷载；2KN/m2

e) 其他可能产生的荷载，如雪荷载、冬季保温设施荷载等本计算不考虑。

盖梁底模采用桥梁胶合板，板厚度1.5cm，模板抗弯强度设计值[f]=15N/mm2，底模木枋间距0.2m，所以验算模板强度采用宽b=1m平面竹胶板。

a) 弹性模量E=1×104MPa=1×107KN/m2

b) 截面惯性矩Ix=bh3/12=100×1.53/12=28.125cm4=28.125×10-8m4

c) 截面抵抗矩Wx=bh2/6=100×1.52/6=37.5cm3=37.5×10-6m3

d) [σw]=15MPa；

1)、强度验算

a) 底模板均布荷载：

q=(1.4+68.+2+2)×1=74.04KN/m

最大弯矩MB=ql2/8=74.04×0.22/8=0.37KN·m

弯拉应力σ=MB/Wx=0.37×106/(37.5×103)=9.9MPa<[σw]=15MPa（满足）

2)、最大挠度验算

从胶合板下分配梁布置可知，竹胶板可看作为多跨等跨连续梁，按三跨等跨连续梁计算（《路桥施工计算手册》P765），跨中最大挠度：

根据《建筑施工计算手册》，计算公式为：

   --挠度值；

   --连续梁上均布荷载；

   --跨度；

   --弹性模量；

--截面惯性矩；

--挠度系数，三等跨均布荷载作用连续梁按照活载最大，取值0.677。

挠度计算： 

fmax=0.677qL4/100EIx

=0.677×74.04×0.24/(100×1×107×28.125×10-8)=0.285mm＜L/400=0.5mm（满足）

2、纵向分配梁强度及刚度验算

纵向由5×10木枋铺设,抗弯强度设计值［σw］=15MPa,中对中间距为0.2m，木枋底I25b分配梁间距为0.6m。

a) 纵梁截面特性：

截面抵抗矩：W==0.05×0.12/6=8.33×10-5m3

截面惯性矩：I= =0.05×0.13/12=4.17×10-6m4

弹性模量E=1.1×104Mpa=1.1×107KN/m2

作用在木枋上的均布荷载为：

q=74.04×0.2=14.808KN/m

1）、强度（《路桥施工计算手册》P762）

a)最大弯矩：

Mmax=ql2/8=14.808×0.62/8=0.67KN·m

b)木方弯拉应力：

σ=M/Wx=0.67×106/(8.33×104)=8.0MPa＜［σw］=15MPa（满足）

2）、纵梁最大挠度验算（按两跨等跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762）

 fmax=0.52ql4/100EIx=0.024mm＜L/400=1.5mm（满足）

3、横向分配梁强度及刚度验算

横梁由10×12木枋铺设,抗弯强度设计值［σw］=15MPa,中对中间距为0.6m，木枋底部为碗扣立柱支撑点，碗扣立柱间距0.6m。

1）、强度（《路桥施工计算手册》P763~7）

a) 横梁截面特性：

截面抵抗矩：W==0.1×0.122/6=2.4×10-4m3

截面惯性矩：I= =0.1×0.123/12=1.44×10-5m4

弹性模量E=1.1×104Mpa=1.1×107KN/m2

作用在木枋上的均布荷载为：

q=74.04×0.6=44.424KN/m

1）、强度（《路桥施工计算手册》P762）

a)最大弯矩：

Mmax=ql2/8=44.424×0.62/8=1.999KN·m

b)木方弯拉应力：

σ=M/Wx=1.999×106/(2.4×105)=8.3MPa＜［σw］=15MPa（满足）

2）、纵梁最大挠度验算（按两跨等跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762）

 fmax=0.52ql4/100EIx=0.194mm＜L/400=1.5mm（满足）

（三）、侧模板结构验算

（1）侧压力计算

混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即位新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：

F=0.22γct0β1β2V1/2 

F=γcH

式中  F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）

      γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取25kN/m3 

      t0------新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定。当缺乏实验资料时，可采用t0=200/(T+15)计算；t=200/(25+15)=5

T------混凝土的温度（°）取25°

V------混凝土的浇灌速度（m/h）;取1m/h

H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）;取2.2m

β1------外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1，掺外加剂时取1.2； 

β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50—90mm时，取1；大于110mm时，取1.15。

F=0.22γct0β1β2V1/2

 =0.22x25x5x1.2x1.15x11/2

 =38.9kN/m2

F=γcH

 =25x2.2=55kN/m2

取二者中的较小值，F=38.9kN/m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值4kN/m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：

q=38.9x1.2+4x1.4=52.3kN/m2

（2）面板验算

将面板视为两边支撑在木方上的多跨连续板计算，面板长度取标准板板长1000mm，板宽度b=1000mm，面板为15mm厚胶合板,木方间距为l=200mm。

1)、强度验算

a) 模板均布荷载：

q=52.3KN/m

最大弯矩MB=ql2/8=52.3×0.22/8=0.262KN·m

弯拉应力σ=MB/Wx=0.262×10-3/(37.5×10-6)=7.0MPa<[σw]=15MPa（满足）

2)、最大挠度验算

从胶合板下钢管布置可知，竹胶板可看作为多跨等跨连续梁，按三跨等跨连续梁计算（《路桥施工计算手册》P765），跨中最大挠度：

根据《建筑施工计算手册》，计算公式为：

   --挠度值；

   --连续梁上均布荷载；

   --跨度；

   --弹性模量；

--截面惯性矩；

--挠度系数，三等跨均布荷载作用连续梁按照活载最大，取值0.677。

挠度计算： 

fmax=0.677qL4/100EIx

=0.677×52.3×0.24/(100×1×107×28.125×10-8)=0.02mm＜L/400=0.5mm（满足）

3)、综上验算，胶合板强度及挠度受力满足要求。

（3）木方验算：

5*10cm木方作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背肋上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为L=700mm。

1）、强度（《路桥施工计算手册》P763~7）

a) 木方截面特性：

截面惯性矩Ix=bh3/12=5×103/12=416.7cm4=416.7×10-8m4

截面抵抗矩Wx=bh2/6=5×102/6=83.3cm3=83.3×10-6m3

[σw]=15 MPa；

弹性模量E=1.1×104Mpa=1.1×107KN/m2

b) 作用在木方上的均布荷载为：q=52.3×0.2=10.46KN/m

e) 跨中最大弯矩：Mmax=ql2/8=0.KN·m

f) 木方弯拉应力：σ=M/W=0.×106/(83.3×103)=7.68MPa＜［σw］=15 MPa（满足）

2）、木方最大挠度验算（按两跨等跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762）

fmax=0.52ql4/100EIx=0.52×10.46×0.74/(100×1×107×416.7×10-8)=0.31mm＜L/400=1.5m m（满足）

（4）背肋验算

横向背肋采用10#双肢槽钢按照700mm竖向间距作用在木方上，背肋计算跨度根据拉杆最大横向间距1m进行计算。

1）、强度（《路桥施工计算手册》P763~7）

a) 背肋截面特性：

14#双肢槽钢截面抵抗矩：W=7.94×10-5m3

截面惯性矩：I=3.96×10-6m4

b) 作用在背肋上的均布荷载为：q=52.3×0.7=36.61KN/m

e) 跨中最大弯矩：Mmax=ql2/8=4.58KN·m

f) 背肋弯拉应力：σ=M/W=4.58×10-3/(7.94×10-5)=57.7MPa＜［σw］=145MPa（满足）

2）、背肋最大挠度验算（按两跨等跨连续梁计算《路桥施工计算手册》P762）

fmax=0.52ql4/100EIx=0.23mm＜L/400=2.5mm （满足）

（四）、模板拉杆计算

钢筋屈服强度σ＝235N/mm2

拉杆受拉力计算公式：

p＝F×A

式中p——拉杆承受拉力

F——砼最大侧压力；

A——拉杆受荷面积，A＝a×b；

a——拉杆水平最大间距；

b——拉杆竖直最大间距；

设a=1m ,b=0.6m

p＝52.3×1×0.6=31380 N

由此可知：

[p]＝aσ

A＝[p]/σ=31380/145=216mm2

拉杆截面积应大于216mm2

通过上述计算，模板采用M18的拉杆满足施工要求。为了增加拉杆的稳定性，拉杆配双螺母。

五、主要结论

综上所述，本盖梁支架其结构刚度、强度、稳定性均满足施工需要，并有一定安全贮备，支架在焊接拼装过程中严格控制施工质量，符合相关规定。