1、支架结构
1.1、满堂式支架形式
满堂式钢管支架钢管外径4.8cm,壁厚0.35cm。支架顺桥向纵向间距0.8m,横桥向横向间距腹板底为0.4m,中部空心位置为0.975m,其余为0.8m,纵横水平杆竖向间距1.2m。无盖梁的桥墩部分需加密钢管支架。在顶托上沿线路方向安放2根D48壁厚3.5mm的钢管,在钢管上横向间距30cm安放10×10cm的方木横梁。
1.2、钢管高支架形式
现浇箱梁高支架由Ф630mm,壁厚10mm钢管桩,I56a工字钢横梁及贝雷片纵梁组成。每一跨单幅布置24根钢管桩,墩身完工后进行Ф630mm钢管桩施打,钢管桩与钢管桩之间用[16a槽钢焊接连接系,用I56a工字钢作横梁、贝雷片作纵梁,在贝雷片纵梁上铺设间距为50cm的I10工字钢横梁,然后再纵向铺设间距为30cm的10×10mm木枋。
2、计算依据
1、《路桥施工计算手册》;
2、《钢结构设计规范》;
3、《公路桥涵施工规范》;
4、《金九大桥施工组织设计》;
5、国家部委制定的其它规定、规程、规范。
3、支架受力计算
工况一、选取2m高箱梁进行验算(满堂支架)
箱梁腹板为箱梁最大集中荷载处,以此作为自重验算。如下图。
竖向荷载
永久荷载(分项系数取1.2):
①模板及连接件的自重力 800N/ m2
②可变荷载(分项系数取1.4):
③施工荷载 1000N/ m2
④混凝土倾倒荷载 2000N/ m2
⑤振捣荷载 2000N/ m2
合计 5800N/ m2
箱梁各部位荷载简化表
序号 | 部位 | 部位 | 起点 | 终点 | ||||
起点砼厚度(cm) | 荷载大小 (KN/m2) | 累加其它荷载(KN/m2) | 终点砼厚度(cm) | 荷载大小 (KN/m2) | 累加其它荷载(KN/m2) | |||
1 | B区 | 腹板位置 | 200 | 53 | 58.8 | 200 | 53 | 58.8 |
2 | A区 | 翼板位置 | 200 | 45 | 50.8 | 200 | 45 | 50.8 |
3 | C区 | 空心位置 | 28 | 8.3 | 14.1 | 28 | 8.3 | 14.1 |
根据上表利用空间有限元软件MIDAS CIVIL2006 根据实际现浇支架搭设建立现浇梁段的模形,模形取梁段端最重位置进行模拟。
建模效果图如下:
按最梁端最大荷载支架的受力加载。
腹板处:
每区格面积为 0.4×0.8=0.32m2
每根立杆承受的荷载为 0.32m×58.8KPa=18.8KN
梁体空心处:
每区格面积为 0.8×0.975=0.78m2
每根立杆承受的荷载为 0.78m2×14.1KPa=11KN
立杆承受荷载取最大值即:18.8KN
用midas civil 2006有限元软件计算得最大支反力为19.4KN,与计算结果相近
用φ48×3.5mm钢管,A=4mm2
钢管的回转半径为:
i =/4=/4=15.8mm
(1)、立杆计算
强度计算:
立柱的受压应力为:σ=N/A=18.8KN/4=38.5N/mm2 <[σ]=205N/mm2
按稳定性计算支柱的受压应力:
计算杆件为竖杆,计算长度1.2米,按两端铰接考虑,杆件的长度系数取μ=1
长细比 λ=μL/i =1200/15.8=75.95
查表得:折减系数φ=0.754
σ=F/A=18.8KN/4mm2=38.5N/mm2<φ[σ]=0.754×205=152.7N/mm2
受力满足要求
计算钢管最大应力值为39.6MPa,小于钢材的设计应力值170Mpa,满足要求。
钢管支架产生的弹性变型最大值为1.96mm,满足施工要求。
(2)、面板计算
1)、计算简图
底模面板取12mm厚度(材料种类取A-3类),木枋间距0.3m,面板按四跨连续梁计算,如图所示,取1.2m宽面板验算,混凝土的压力
q=F/l=58.8KN/1.2=49000N/m
2)、强度验算
跨度/板厚=300/12=25<100,属小挠度连续板,查“荷载与结构静力计算表”,得弯矩系数Km=-0.071。
M==0.071×49000×0.32=313N·.m
取1.2m宽板带计算,截面抵抗矩
W=/6=1.2×0.0122/6=2.9×10-5m3
面板的最大应力为:σ=M/W=10.8×106N/m2<σw=12×106N/ m2(A-3类木材)
满足要求
3)、挠度验算
松木的弹性模量E=9×109N/m2,I=1×0.0123/12=2.07×10-5
查“荷载与结构静力计算表”,得挠度系数Kf=0.632。
f=Kf(ql4/100EI)=0.632×(49000×0.34)/[100×9×109×(4.86×10-7)]=0.15mm (3)、横向顶木枋计算 1)、计算简图 横向顶木枋是面板的支撑,间距0.3m,取0.3米宽度受力为一根顶木枋的受力,按三跨连续梁计算,其计算简图如图所示,荷载为: q=58800×0.3= 170N/m 查“荷载与结构静力计算表”,得弯矩系数Km= -0.1。 所以弯矩为 M=Kmql2=0.1×170×0.42=282.2N·m W=(bh2)/6=(0.1×0.12)/6=1.67×10-4m3 I=(bh3)/12=(0.1×0.13)/12=8.33×10-6m4 纵向木枋最大弯曲内力: σ=M/W=282.2/(1.67×10-4)=1.69×106N/m2<σw=12×106N/ m2(许可弯曲应力) 满足要求 2)、挠度验算 查“荷载与结构静力计算表”,得跨中最大挠度系数Kf=0.677。 f= Kf(ql4/100EI)=0.677×(170×0.44)/(100×9×109×8.33×10-6)=0.05mm (4)纵向底钢管计算 1)、计算简图 纵向底梁是采用双D48㎜厚3.5㎜厚钢管,横向木枋间距0.3米,跨度0.4米,横向木枋间距较小传递下来的力可简化为均部荷载,纵向底钢管按三跨连续梁计算,其计算简图如图所示,荷载为: q=58800×0.4/2=11760N/m 2)、强度验算 查“荷载与结构静力计算表”,得弯矩系数Km= -0.1。 所以弯矩为 M=Kmql2=0.1×11760×0.82=752.6N•m W==5079mm3 I==1.21×105mm4 横向钢管最大弯曲内力: σ=M/W=752.6/5079 =148×106N/m2<σw=170×106N/m2 满足要求 3)、挠度验算 查“荷载与结构静力计算表”,得跨中最大挠度系数Kf=0.677。 f= Kf(ql4/100EI)=0.677×(11760×0.84)/(100×2.06×108kN/㎡×1.21×105mm4)=1.5mm 工况二、现浇箱梁标准段高支架验算(右幅6#墩~10#墩)4x21为例进行计算 现浇箱梁横断面 钢管高支架箱梁各部位荷载简化表 (KN/m2) (KN/m2) 受力图如下: 贝雷片具体参数如下:材料:16Mn,弦杆2[10a槽钢(C100×48×5.3/8.5,间距8cm),腹杆I8(h=80mm,b=50mm,tf=4.5mm,tw=6.5mm),贝雷片的连接为销接 方木选用A3型。 采用Civil2006计算程序计算。 1、方木、受力验算: 方木内力图 计算得方木内力为9.39Mpa<12 Mpa,满足要求。 贝雷片内力图 由受力分析得出贝雷片最大应力为:M=-173MPa。 2、56a工字钢受力计算 I56a弯矩图 其中中跨位置的I56a工字钢受力最大 由受力分析得出I56a工字钢最大弯矩为:M=-178kN·m,位于第3个支点。 σ=M/W=17800/2340×10-6=76Mpa <σw =170Mpa 采用Civil2006计算程序计算如下图: I56a应力图 由图得σ=78.9 Mpa 强度满足要求 支架变型图 由图得支架最大变形为11.3mm,满足要求。 3、钢管桩受力计算 钢管桩受竖向荷载图 计算得出钢管桩最大受力为723.7kN。 根据现场施工要求,桩的最大自由长度为10m,为加强支架的整体稳定性,桩与桩之间设置两道[16a槽钢斜撑。 钢管桩斜撑应力图 计算得斜撑最大应力为43.7Mpa <[σ] =170Mpa,满足要求。 钢管桩拟打入土深度10m左右,以确保入岩深度。根据地质资料,穿过的土层如下图。 (1)、单桩轴向受压容许承载力: 用90KW振动锤施打管桩,按入土深度10m计算。 开口钢管桩的极限承载力为: 为桩周长3.14×0.63=1.98m 、分别为桩的极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力标准值 为桩端土塞效应系数,对于敞口钢管桩,当时,;当时, 为桩端进入持力层深度 为钢管桩外径 为桩底有效面积=3.14×0.63×0.01=0.0198 根据地质资料得分别为30 kPa、45kPa;忽略 代入公式 =1.98×(4×30+6×45)=772.2KN>723.7kN (2)、按强度计算: 综上所述。钢管桩承载力满足要求。
根据荷载其受力如下图所示序号 部位 部位 起点 终点 起点砼厚度(cm) 荷载大小 累加其它荷载(KN/m2) 终点砼厚度(cm) 荷载大小 累加其它荷载(KN/m2) 1 B区 腹板位置 200 53 58.8 200 53 58.8 2 A区 翼板位置 200 45 50.8 200 45 50.8 3 C区 空心位置 28 8.3 14.1 28 8.3 14.1