钢管桩+贝雷片架空支架计算书

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

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满足要求

（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满足要求

（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满足要求

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

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。