城际铁路上跨天门山东路立交支架计算书

'新建南京至安庆铁路第五合同段第一项目分部天门山东路立交（5+12.5+3.84+12.5+5）m框架桥施工支架计算书二0一二年八月 新建南京至安庆铁路第五合同段第一项目分部天门山东路立交（5+12.5+3.84+12.5+5）m框架桥施工支架计算书院长：项目负责人：总工程师：专业负责人：主审副总工程师：勘测设计单位：证书等级：证书编号：发证部门： 新建南京至安庆铁路第五合同段第一项目分部天门山东路立交（5+12.5+3.84+12.5+5）m框架桥施工支架计算书编制：复核：审核： 目录1.工程概况11.1.既有桥简介11.2.新建桥简介11.3.支架布置方案22.主要设计计算依据33.结构计算说明33.1材料参数33.2计算荷载43.2.1梁体恒载43.2.2施工活载44.支架计算54.1竹胶板底模54.1.1底模板设置54.1.2受力计算54.2方木（模板背楞）受力计算64.2.1梁中部横向方木64.2.2梁根部横向方木74.2.3中部纵向方木74.2.4根部纵向方木94.3侧模计算114.4支架受力计算144.5地基承载力计算155.结论166.资质证书及营业执照17 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书1.工程概况天门山东路是芜湖市东西向下穿宁芜铁路的一条主要交通干道，天门山东路立交桥是该道路下穿宁芜铁路的一座地道桥，该桥位于芜湖西编组站北端，与宁芜铁路交叉里程为K108+633.5，横穿车站15股道，道路全宽21.6m。1.1.既有桥简介既有桥布置为(5+12.5+5)m框架桥，中孔为机动车道，净空高度5.0m，边孔为非机动车道和人行道，净空高度3.5m，既有桥洞顺道路方向长度65.16～75.97m（南京侧长度为65.16m；芜湖侧长度为75.97m），始建于1987年，站线股道间分为多节段留有空档，穿宁芜正线部分采用顶进法施工，其余为现浇法施工，目前，该立交桥使用状况良好。为了扩大天门东路的交通能力，市政府要求扩建天门山东路，在原孔南侧（即既有天门上立交桥大里程安庆方向）增加(12.5+5)m刚构桥，12.5m桥孔作为机动车道，5m桥孔作为非机动车道和人行道，原南侧5m孔改为管线孔，扩建后天门山东路立交桥布置为(5+12.5+3.84+12.5+5)m框架桥。1.2.新建桥简介孔跨布置与扩建后的既有桥孔对孔采用（5.0+12.5）刚构（3.84+12.5+5.0）m框架桥，中间12.5m桥孔为机动车道，要求净高5m。两侧各5.0m桥孔为非机动车道和人行道，要求净高3.5m。位置项目梁高（m）壁高（m）壁厚（m）底板厚（m）根部中部刚构桥1.30.87.50.75—框架桥3.84m跨0.80.58.50.570.512.5m跨1.50.98.51.031.05.0m跨0.80.58.10.5680.5桥型立面布置见图1.1示，左侧两孔为新建刚构桥，右侧三孔为框架桥，框架桥的左边孔由5m改为3.84m管线孔。16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书图1.1天门山东路桥型立面布置图（尺寸单位：m）1.1.支架布置方案全桥除宁芜线下方采用顶进法施工外，其余部分全部采用支架现浇的方式。全部采用碗扣式支架施工，横向距离为60cm，纵向间距在梁根部为60cm，梁中部为90cm，间距120cm，支架沿桥纵向每隔四排设置一道剪刀撑。支架上方铺设10cm×12cm的纵向方木作为支撑，纵向方木的中心距为60cm，其上密铺10cm×8cm的横向方木作为模板的背楞，横向方木的中心距为20cm，支架下端设置10cm×10cm调整底托，刚构桥下的地面进行地基处理，在经过压实的原地面上浇筑10cm厚的C15素混凝土垫层，以确保整个支架的连续性和稳定性。支架的布置如图1.2~图1.3示。图1.2刚构桥（5+12.5）m支架纵向布置立面图16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书图1.3框架桥（3.84+12.5+5）m支架纵向布置立面图由布置的示意图可知，在框架桥12.5m跨的靠近刚壁墩位置的梁体厚度最大，支架布置最不利，检算此处的跨中和梁根位置的支架。1.主要设计计算依据1)《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）2)《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）3)《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）4)《钢结构设计规范》（GB50017-2003）5)《木结构设计规范》（GB50005-2003）6)《竹胶合板模板》（JG/T156-2004）7)其它有关技术规范、规程及技术文件2.结构计算说明本节确定所用的主要材料参数和设计计算的均布荷载值，所有计算均采用简化模型手算，简化模型计算结果较实际情况下的计算结果偏保守。1.2.2.1.材料参数(1)方木（红松）：弹性模量E=9×103N/mm2，抗弯强度设计值，顺纹抗剪强度设计值；16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书(1)竹胶板：板厚δ=1.5cm，弹性模量，抗弯强度设计值；(2)碗扣式支架：直径Φ=48mm，壁厚δ=3.5mm，截面面积A=489mm2，回转半径i=15.78mm；抗拉强度设计值。1.1.计算荷载本小节主要计算梁体和施工的荷载组合值，梁体荷载取全梁最大截面计算，施工荷载为人员、机具、堆积材料的荷载。并取两种荷载的基本组合一为设计计算荷载。1233.13.21.2.3.3.1.3.2.3.2.1.梁体恒载混凝土容重，新建桥沿走向长度16m，横截面为矩形，可取单位宽度b=1m计算梁体的荷载。框架桥的梁根部厚为，梁跨中位置厚为，在梁根部位置支架所受梁体均布荷载值，此处支架布置为0.6m×0.6m在梁体跨中位置支架所受均布荷载值此处支架的平面布置为0.6m×0.9m。图3.1横截面图（尺寸单位：m）3.2.2.施工活载施工荷载，振捣荷载，人员、机具和其他堆料的荷载共同取，施工时的活荷载值。荷载采用基本组合一设计荷载，荷载分项系数，，得跨中荷载设计值，根部荷载设计值16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书（梁体下的模板及方木等重量可忽略不计）。1.支架计算本计算书中支架所用的材料主要为：所用底模板采用1.5cm厚竹胶合模板，所有上层方木（横楞）均采用截面为10cm×8cm的普通方木，所有下层方木（纵楞）均采用12cm×10cm的普通方木。支架主体采用碗扣式支架，立杆上下方分别设置上托和下托，基础处理统一用压实灰土上浇筑10cm厚的C15混凝土。1.1.1.竹胶板底模底模板采用1.5cm厚竹胶合模板，利用铁钉固定在模板下方的横向方木上，计算时将底模板简化为单位宽度（1mm）的简支梁计算，较实际情况偏安全。1.1.1.1.1.1.底模板设置支架的底模板采用1.5cm厚的竹胶板，平铺于截面10cm×8cm的横向方木上，方木的布置的中心距均为0.2m，故模板计算跨度均为l=0.1m，取梁根部的底模板计算。1.1.2.受力计算取宽度b=1mm宽度的模板条进行计算，模板上计算线荷载值，模板条截面模量，截面惯性矩，模板的受力计算公式参见《路桥施工计算手册》P433。考虑模板的连续性，弯矩计算：，截面最大正应力：，挠度计算：。16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书结合已给出的竹胶板材料的力学性能，可知模板的强度值、刚度值满足要求。1.1.方木（模板背楞）受力计算模板下横向方木采用10cm×8cm截面方木，主要对框架桥的横向与纵向方木进行检算，方木均按简支梁计算。11.11.21.31.1.1.1.1.梁中部横向方木横向方木上可认为承受连续的均布线荷载，已知框架桥的跨中荷载设计值，荷载计算宽度为0.2m，计算跨度为，均布线荷载计算值，最大弯矩，最大剪力。横向方木使用截面为10cm×8cm的红松木，纵向中心距为20cm，横向跨度为60cm，横向方木的截面模量，截面惯性矩，横向方木计算图见图4.1。图4.1底板横向方木计算图（单位：cm）最大截面正应力：；（满足要求）最大截面剪应力：16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书；（满足要求）最大挠度：；（满足要求）所以框架桥的中部的横向方木满足强度和变形要求。1.1.1.梁根部横向方木支架的纵向间距取为0.6m，横向间距为0.6m，根部承受均布荷载设计值，荷载计算宽度为0.2m，计算跨度为，荷载计算值，最大弯矩，最大剪力。梁根部的横向方木计算参照上一节横向方木的截面特性，则有：横向方木最大截面正应力：；（满足要求）横向方木最大截面剪应力：；（满足要求）横向方木最大挠度：；（满足要求）。因此框架桥根部的横向方木强度和变形满足要求。1.1.2.中部纵向方木由支架的立面图可知，在刚构桥的12.5m跨梁中部下方，纵木的跨度为0.9m，横向间距为0.6m，因此取纵向方木的计算跨度l=0.9m，纵向方木承受等间距布置的集中力，纵木所受集中力F为上方横向木方对其竖向力的两倍，即，取最不利的情况计算，其布置图如图4.2示。16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书纵向方木使用截面为10cm×12cm的红松木，跨度为90cm，纵向方木的截面模量，截面惯性矩，图4.2纵向方木布置图（单位：cm）建立结构力学模型并求解得结果如图4.3(a)~(d)所示：图4.3(a)纵向方木计算（单位：cm）2331.27图4.3(b)纵向方木弯矩图（单位：N·m）-11100.0011100.00图4.3(c)纵向方木剪力图（单位：N）16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书图4.3(d)纵向方木位移图（单位：m）根据求解结果，可知梁中部的纵向方木的最大弯矩值，最大剪力值最大截面正应力：；（满足要求）最大截面剪应力：；（满足要求）最大挠度：。（满足要求）由以上计算结果可得：纵向方木的强度、刚度满足规范要求。1.1.1.根部纵向方木根部荷载计算宽度为0.2m，计算跨度为，荷载计算值：，纵向方木承受等间距布置的集中力，纵木所受集中力为上方横向木方对其竖向力的两倍，即，取最不利的情况计算，其布置图如图4.4示。16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书图4.4纵向方木布置图（单位：cm）建立结构力学模型并求解得结果如图4.5(a)~(d)所示：FFF10201020图4.5(a)纵向方木计算（单位：cm）2499.50图4.5(b)纵向方木弯矩图（单位：N·m）9990.00-9990.00图4.5(c)纵向方木剪力图（单位：N）16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书图4.5(d)纵向方木位移图（单位：m）最大截面正应力：；（满足要求）最大截面剪应力：；（满足要求）最大挠度：。（满足要求）由以上计算结果可得，纵向方木强度、刚度满足规范要求纵向方木的截面和材料特性均相同，故比较梁中部横向方木的计算结果可知，根部方木的内力值更小，因而偏安全，所以框架桥的根部的横向方木满足强度和变形要求。1.1.侧模计算墙身侧模面板采用15mm厚竹胶板，竖向骨架采用10×8cm方木，方木间距为200mm，方木背后高度方向每隔0.6m设水平架子管2根。1道对拉杆，对拉杆采用直径Ф14的圆钢制作，对拉杆穿越横向钢管、竖向方木、竹胶板、和竹胶板、竖向方木架子管，在架子管背后套上燕尾卡，燕尾卡至少2个，在燕尾卡外部对拉杆螺丝上旋上螺母2个，增加侧向受力，对拉杆的设置间距为0.6m×16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书0.8m。4.4.2.4.3.4.3.1.混凝土侧压力计算侧模高度采用H=6.3m为设计数据。一般采用内部振动器，混凝土灌筑速度取0.8m/h（按照拌和产量为60m3/h），砼入模温度取为20℃。新浇筑混凝土作用于模板的最大侧压力，可按下列公式计算，并取值作计算依据。式中：F——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）；——混凝土的重力密度（KN/m3）；——新浇筑混凝土的初凝时间（h），按8小时计算；——混凝土的浇筑速度（m/h）；H——混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m）；——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于100mm时，取1.10；不小于100mm时，取1.15。混凝土侧压力的分布如图3.11所示：图3.11混凝土侧压力计算图其中，按有效压头高度，；取，计算：；16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书二者取最小值，新浇筑混凝土对模板的最大侧压力为p=56.48KN/m2，考虑振动荷载4KN/m2，则总侧压力为：/m2。1.1.1.面板检算面板采用桥梁专用竹胶板，即弹性模量，抗弯强度设计值。取1mm宽板条作为计算单元，竹合板δ=15mm，则I＝281mm4，W＝37.5mm3。竹胶板的分配梁计算跨度l=0.1m(净间距)，分配梁上等效均布荷载(满足要求)；(满足要求)。1.1.2.方木计算竹胶板背面敷设选用10cm×8cm立方木，跨度按l=0.6m计算。其截面参数为，，抗弯强度设计值fm=12N/mm2，弹性模量E=9×103N/mm2。间距为20cm(中心间距)，方木上所受的均布荷载。；1.1.3.架子管检算方木背后高度方向每隔0.6m设水平架子管2根，架子管的设计跨度l=60cm，背楞选用2φ48×3.5mm钢管。则：I＝12.15cm4，W＝5.08cm3，采用等效的均布荷载计算可知：16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书（满足要求）。1.1.1.拉杆检算由于拉杆是按照60cm的间距设置对拉，拉杆拉力P=60.5×0.6×0.8=29.04KN。对拉杆采用φ14的拉杆（φ14的强度设计值ft=215MPa）。拉杆所受应力。1.1.支架受力计算支架主要采用碗扣式支架，支架横杆步距为L=1.2m。在梁根部支架按60cm×60cm布置，，在梁中部支架按60cm×90cm布置，，图中阴影部分为单根支架的立杆所承受的等效荷载面，a，b分别为立杆的纵横间距。图4.6单根立杆承受荷载图单根立杆受到的轴向力在框架桥跨中取较大的值，已知框架桥的跨中荷载设计值，则换算长细比：，立杆截面面积：A=489mm2，16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书轴心受力稳定系数：φ=0.801，查《钢结构设计规范》P44公式5.1.2-1则轴向应力：（满足要求）所以，立杆的承载力满足要求。1.1.地基承载力计算支架的底部铺设规格为10cm×10cm的下托，地基处理使用10cm厚C15处理的素混凝土垫层，混凝土垫层下方为经过压实的灰土，取素混凝土的扩散角45°，故每根立杆的下的混凝土承受压力的面积为10cm×10cm，下层的填土受压面积为30cm×30cm。按照上节的计算结果计算，单根立杆的最大压力为19.98KN，又查询可知C15混凝土的抗压强度设计值，抗拉强度设计值，灰土的承载力特征值一般为fa=200~250KPa，取灰土的承载能力特征值则支架下混凝土表面压应力：（满足要求）混凝土剪切应力（满足要求）混凝土下表面土的压应力：图4.7地基计算图示(单位：cm)16 新建南京至安庆铁路工程NASZ-5标天门山东路立交桥施工支架计算书1.结论通过对天门山立交桥施工支架的计算，得出的主要结论和建议如下：①模板及纵、横向方木的强度值、刚度值均满足《铁路桥涵施工规范》及相关规范的要求。②碗扣式支架的立杆满足强度和稳定性要求。③碗扣式支架横杆，立杆和斜撑的设置均满足施工规范的构造要求。④地基承载力满足设计要求。⑤支架搭设前需要进行地基基础的加固处理，处理方式为对支架下的碎石土压实，并采取标贯实验确定其承载力特征值不小于225KPa，然后再压实填土上方浇筑10cm厚的C15素混凝土垫层。⑥施工时请严格遵守地基处理及支架预压的相关施工技术规范。6.资质证书及营业执照16'