危桥改建工程支架设计计算书

'目录1工程概况12设计依据23支架布置方案33.1主跨方案33.2边跨方案44计算模式64.1支架计算模式64.1.1主跨支架计算模式64.1.2边跨支架计算模式64.2主跨贝雷梁计算模式74.3主跨分配梁计算模式75主跨支架、方木及模板验算95.1钢管支架参数95.2区段Ⅵ支架计算95.2区段Ⅶ支架验算135.3区段Ⅷ支架计算166主跨贝雷计算216.1贝雷梁布置形式216.2荷载计算216.3荷载组合236.4受力验算237主跨8#墩钢管柱及分配梁验算267.1分配梁验算267.1.1分配梁几何特性267.1.2计算简图267.1.3计算荷载262 7.1.4受力验算287.2钢管柱验算298主跨钻孔灌注桩及分配梁计算318.1几何尺寸布置318.2钢梁模型受力验算及配筋318.2.1钢分配梁概况318.2.2K13+736钢梁验算结果328.2.3K13+749.5钢梁验算结果348.3桩受力计算荷载368.3.1上部结构传来荷载368.3.2水流冲刷荷载368.3.3风荷载368.3.4桩身自重368.4钻孔灌注桩最小入土深度计算369边跨支架、方木及模板验算399.1钢管桩支撑反力计算399.1.1钢管桩承受荷载计算399.1.2钢管桩反力汇总419.1.3钢管桩稳定性验算429.2I45a工字钢验算439.3I25a工字钢验算439.4150mm×150mm横向方木验算449.5100mm×100mm纵向方木验算4510计算主要结论462 2设计依据1、建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范（JGJ166-2008）2、建筑施工模板安全技术规范（JGJ162-2008）3、公路桥涵通用设计规范（JTGD60-2004）4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）5、公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）6、公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）7、钢结构设计规范（GB50017-2003）8、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）9、建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）10、装配式桥梁施工手册11、桥梁支架安全施工手册，浙江省交通运输厅，2011.612、路桥施工计算手册，周水兴等，2001.1046 3支架布置方案3.1主跨方案主跨支架全长27.5m，下至上分别为Φ1.5m的钻孔灌注桩（边支座Φ600×10钢管）、支座I56a拼焊钢梁、贝雷梁、10cm×10cm方木、碗扣式支架、纵向15cm×15cm方木、横向10cm×10cm方木、15mm厚竹胶板。钻孔灌注桩：主跨共布置钻孔灌注桩4根，2#支座（里程K13+736）及3#支座（里程K13+749.5）处各布置2根，K13+736处钻孔桩入土深度为30.85m，K13+749.5处钻孔桩的入土深度为23.85m；钢分配梁：钢分配梁采用拼焊I56a工字钢，其中里程K13+736及里程K13+749.5处分别用4片及3片I56a工字钢焊接，顶部标高为+4.35m；贝雷梁：贝雷梁采用321军用贝雷架，横向布置共25片，纵向布置共9片；详细布置见附图;碗扣式钢管支架：区段Ⅵ（里程K13+722.5至K13+729.1）布置同区段Ⅴ，区段Ⅶ~Ⅷ（里程K13+729.1至K13+750）支架布置同区段Ⅰ~Ⅳ。方木：贝雷梁上横向方木10cm×10cm与立杆纵向布置相同，区段Ⅶ~Ⅷ按600mm布置，区段Ⅵ按300mm间距布置；支架上部方木布置同边跨；箱梁模板采用15mm竹胶板，由横向方木支撑。图3-1边跨截面2-2横向支架布置图（单位：除标高外，mm）46 图3-2边跨截面5-5支架向布置图（单位：除标高外，mm）3.1边跨方案边跨采用钢管桩支架结合支撑现浇施工。钢管桩支撑体系由Φ600×8mm钢管桩、横向I45a工字钢、纵向I25a工字钢、横向15cm×15cm方木、纵向10cm×10cm方木组成。模板体系由侧模、底模、端模，对拉锚杆等组成。钢管桩：钢管桩横向间距1.5m，纵向间距3m，纵横向采用槽钢斜撑连接。横向I45a工字钢：I45a工字钢沿横向布置在钢管桩之上，长度为10m。纵向I25a工字钢：I25a工字钢沿纵向布置在I45a工字钢之上，单根长度采用9m及12m两种规格，横向布置12根。方木：15cm×15cm方木分配梁沿桥横向布置，铺设在I25a工字钢之上，10cm×10cm方木分配梁沿桥纵布置，铺设在横向方木上。箱梁模板采用15mm竹胶板，由横向方木支撑。边跨支撑系统标高汇总如表3-1所示：表3-1边跨支撑系统标高汇总表钢管桩编号桩号（K13+）桥面设计标高（m）箱梁底面标高（m）理论I25a工字钢顶面表高（m）理论I45a工字钢顶标高（m）钢管桩顶面标高（m）实际I25a工字钢顶标高（m）I25a工字钢顶面需垫高（m）1665.49312.0479.3529.0878.8378.3879.08702668.49312.1459.459.1858.9258.4759.1750.0146 3671.49312.249.5459.289.0138.5639.2630.0174674.49312.3329.6369.3719.1018.6519.3510.025677.49312.4219.7049.4399.1898.7399.43906680.49312.5089.7439.4789.1848.7349.4340.0447683.49312.5939.7539.4889.1798.7299.4290.0598686.49312.6749.7339.4689.1748.7249.4240.0449689.49312.7539.6849.4199.1698.7199.419010692.49312.839.6069.3419.0468.5969.2960.04511695.49312.9039.4979.2328.9238.4739.1730.05912698.49312.9759.369.0958.88.359.050.04513701.49313.0439.1928.9278.6778.2278.927014704.49313.1098.9968.7318.4518.0018.7010.0315707.49313.1728.778.5058.2257.7758.4750.0316710.49313.2328.5148.2497.9997.5498.249017713.49313.298.2297.9647.6687.2187.9180.04618716.49313.3457.9147.6497.3376.8877.5870.06219719.49313.3987.5717.3067.0066.5567.2560.0520721.99313.447.2456.986.736.286.98046 4计算模式4.1支架计算模式支架验算按照每根立杆上部受荷载面积计算，验算内容包括稳定性及承载力。4.1.1主跨支架计算模式根据上部结构截面形式及变截面曲线支架验算保守地近似分段直线区段简化：区段Ⅵ（6.60m）：里程K13+722.5至K13+729.1，支架立杆按照K13+722.5截面5-5计算；区段Ⅶ（13.90m）：里程K13+729.1至K13+743，支架立杆按照K13+729.1截面6-6计算；区段Ⅷ（7.0m）：里程K13+743.0至K13+750.0，支架立杆按照K13+743截面7-7计算；具体分段详图见附图。4.1.2边跨支架计算模式根据上部结构截面形式及变截面曲线支架验算保守地近似分段直线区段简化（如图4-1）：区段I（4.40m）：里程K13+722.5至K13+729.1，；区段II（30.10m）：里程K13+729.1至K13+743，；区段III（24.32m）：里程K13+729.1至K13+743；46 图4-1边跨支架计算简图（单位：cm）4.1主跨贝雷梁计算模式主跨贝雷梁计算按照两跨连续梁计算，上部荷载按照支架分段区段近似为均布荷载，计算如图4-2：图4-2主跨贝雷梁计算简图（单位：m）计算贝雷梁下桩基及钢管受力时取两跨连续及简支的最不利情况考虑。4.2主跨分配梁计算模式主跨分配梁均按照连续梁结构计算，计算如图4-3及图4-4：图4-3主跨1#支座分配梁计算图（单位：mm）46 图4-4主跨2#、3#支座分配梁计算图（单位：mm）46 5主跨支架、方木及模板验算5.1钢管支架参数WJ碗扣为Φ48×3.5mm钢管（Q235钢），其力学性能：钢管外径48mm，壁厚3.5mm；截面积；转动惯量；回转半径；截面模量；钢材弹性系数。5.2区段Ⅵ支架计算1、计算截面图5-1截面4-4支架布置2、荷载计算图示立杆所承受混凝土截面面积最大，为最不利立杆，其所承受单元截面面46 积为A1=1.81m2。（1）恒荷载①钢筋混凝土梁重：②模板重（竹胶板按24.99kN/m3计算）：③方木重量（方木按8.33kN/m3计算）：④支架重量：（2）可变荷载①人员及机器重（取1.2kN/m2）：②振捣混凝土（取2.0kN/m2）：（3）荷载组合立杆所受轴向荷载设计值：立杆所受轴向荷载组合值：3、立杆强度及稳定性验算。立杆强度验算：式中：钢管截面积钢管抗压强度立杆稳定性验算：46 横撑步距为0.6，立杆伸出底层水平杆的长度最大为则立杆计算长度。由《桥梁支架安全施工手册》查的，所以立杆满足强度及稳定性要求。4、模板验算模板跨度为横向方木间距，为15cm，取一米宽来验算，腹板最大高度为6.05m，强度验算：满足要求。刚度验算：满足条件。5、横向方木验算。支架中采用100横向方木，横向横木验算时，以竖杆为铰支座，采用简支梁模型，验算最不利单元。横向方木强度验算：46 强度满足要求。横向方木刚度验算：满足刚度要求。6、纵向方木验算纵向方木采用，纵向方木验算时以竖杆为支座，采用连续梁模型，梁跨度为0.6m。纵向方木强度验算：纵向方木刚度验算：纵向方木满足刚度要求。46 5.2区段Ⅶ支架验算1、计算截面图5-2截面5-5支架布置2、荷载计算图示立杆所承受混凝土截面面积最大，为最不利立杆，其所承受单元截面面积为A1=1.70m2。（1）恒荷载①钢筋混凝土梁重：②模板重（竹胶板按24.99kN/m3计算）：③方木重量（方木按8.33kN/m3计算）：④支架重量：（2）可变荷载46 ①人员及机器重（取1.2kN/m2）：②振捣混凝土（取2.0kN/m2）：（3）荷载组合立杆所受轴向荷载设计值：立杆所受轴向荷载组合值：3、立杆强度及稳定性验算。立杆强度验算：式中：钢管截面积钢管抗压强度立杆稳定性验算：横撑步距为0.6m，立杆伸出底层水平杆的长度最大为则立杆计算长度m。由《桥梁支架安全施工手册》查得，所以立杆满足强度及稳定性要求。4、模板验算模板跨度为横向方木间距，为15cm，取一米宽来验算，腹板最大高度为5.73m，强度验算：46 满足要求。刚度验算：满足要求。5、横向方木验算。支架中采用100横向方木，横向横木验算时，以竖杆为铰支座，采用简支梁模型，验算最不利单元。横向方木强度验算：强度满足要求。横向方木刚度验算：满足刚度要求。6、纵向方木验算纵向方木采用，纵向方木验算时以竖杆为支座，采用连续梁模型，梁跨度为0.6m。纵向方木强度验算：46 纵向方木刚度验算：纵向方木满足强度和刚度要求。5.3区段Ⅷ支架计算1、计算截面图5-3截面6-6支架布置2、荷载计算图示立杆所承受混凝土截面面积最大，为最不利立杆，其所承受单元截面面积为A1=1.514m2。（1）恒荷载46 ①钢筋混凝土梁重：②模板重（竹胶板按24.99kN/m3计算）：③方木重量（方木按8.33kN/m3计算）：④支架重量：（《路桥施工计算手册》说明1.2m立杆重量7.41kg、1.2m横杆重量5.12kg、0.9m横杆重量3.97kg及0.6m横杆重量2.82kg）（2）可变荷载由《路桥施工计算手册》知施工人员荷载取值如下：计算模板及直接支撑模板下的小棱取2.5kPa另加2.5kN集中力计算；计算直接支撑小棱的梁取1.5kPa；计算支架取取均布1.0kPa①人员及机器重（取1.2kN/m2）：②振捣混凝土（取2.0kN/m2）：（3）荷载组合立杆所受轴向荷载设计值：立杆所受轴向荷载组合值：3、立杆强度及稳定性验算46 立杆强度验算：式中：钢管截面积钢管抗压强度立杆稳定性验算：由《桥梁支架安全施工手册》知：立杆的计算长度l0按照下列表达式计算结果的最大值取值：式中：h——立杆步距；a——立杆伸出顶层横杆的长度；k——计算长度附加系数；μ——考虑支架整体稳定性的单杆计算长度系数；横撑步距为0.6m，立杆伸出底层水平杆的长度最大为则立杆计算长度。k=1.243，μ=1.845，则m。所以取计算长度l0=2.76m，。由《桥梁支架安全施工手册》查的，所以立杆满足强度及稳定性要求。4、模板验算模板采用15mm厚三层竹胶合板，其抗弯强度为37MPa，弹性模量E=10584MPa，其单位面积重为：，模板按简支梁来验算（JGJ162-2008建筑施工模板技术安全规范5.2.1），模板跨度为横向方木间距，为15cm，取一米宽来验算，一米宽度下所对应的最大面积为2.54m2，46 强度验算：刚度验算：满足条件。5、横向方木验算支架中采用100mm×100mm横向方木，横向横木验算时，以竖杆为铰支座，采用简支梁模型，验算最不利单元。横向方木强度验算：强度满足要求。横向方木刚度验算：满足刚度要求。6、纵向方木验算纵向方木采用，纵向方木验算时以竖杆为支座，采用连续梁模型，梁跨度为0.6m。46 纵向方木强度验算：纵向方木刚度验算：纵向方木满足刚度要求。46 6主跨贝雷计算6.1贝雷梁布置形式图6-1主跨支架布置图（单位：除注明外，cm）横向布置图中贝雷梁间距尺寸为（900+600+20×300+600+900）mm共25片贝雷梁，其中底板下19片翼缘6片；根据前面所述贝雷梁按照5跨连续梁计算，验算整体25片贝雷梁；6.2荷载计算1、混凝土自重中跨混凝土自重计算分成三个区段区段Ⅵ墩边向跨中方向5.0m按照截面Ⅴ-Ⅴ计算q1k=23.96×26kN/m=622.96kN/m区段Ⅷ从钢箱梁结合段向左墩方向5.0m范围按照设计图纸39#截面计算q3k=14.85×26kN/m=386.1kN/m46 区段Ⅶ其他部分按照设计图纸29#截面计算q2k=13.87×26kN/m=360.57kN/m2、上部活载计算施工人群荷载按照1.0kN/m2计算机械振捣荷载按照2.0kN/m2计算活载均布荷载整体全部q4k=3.0×9.5=28.5kN/m3、其他恒载贝雷梁自重：国产321型号贝雷架自重取1kN/mq5k=25×1=25kN/m钢管支架自重：立杆：3.0m钢管按照每根17.41kg计算横杆：1.2m钢管暗按照每根5.41kg计算立杆按照全部中间杆的最大的3.0计算共33根，同时考虑1.2的斜杆自重33×0.1741×1.2/0.6=11.49kN/m横杆按照38根1.2m的横杆计算38×0.0541/0.6=3.43kN/mq6k=11.49+3.43=14.92kN/m方木自重按照重度为6.0kN/m3计算顶托上方木：整体部分按照9.5m长的0.1m×0.1m的方木纵向间距0.3m布置计算：q7k=9.5×0.1×0.1×6.0/0.3=1.9kN/m纵木0.15m×0.15m共25根q8k=0.15×0.15×6.0×25=3.4kN/m底托下方木：整体部分按照9.5m长的0.15m×0.15m的方木纵向间距0.6m布置计算：q9k=9.5×0.15×0.15×6.0/0.6=2.14kN/m竹胶板：按照1.0kN/m计算46 6.3荷载组合表6-1荷载组合表区段设计组合（kN/m）标准组合（kN/m）分布长度（m）区段ⅥQ1845.484699.825.0区段ⅦQ2530.616437.4315.5区段ⅧQ3561.252462.965.0注：设计组合按1.2×恒载+1.4×活载，标准组合按照1.0×恒载+1.0×活载计算。6.4受力验算1、根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》中国产贝雷梁的允许内力值及几何特性如下表：表6-2321桁架容许内力表结构形式不加强桥加强桥单排单层SS双排单层DS单排单层SS双排单层DS单排单层SS双排单层DS单排单层SS双排单层DS单排单层SS双排单层DS桁架弯矩（kN·m）788.21576.42246.43265.44653.21687.53375.04809.46750.09618.8桁架剪力（kN）245.2490.5698.9490.5698.9245.2490.5698.9490.5698.9表6-3321型钢桥桁架几何特性表几何特性不加强桥单排单层SS双排单层DS三排单层TS双排双层DD三排双层TDJ（cm4)250497.2500994.4751491.621785888.83222883.2W（cm3)3578.57157.110735.614817.922226.8几何特性加强桥单排双层SSR双排单层DSR三排单层TSR双排双层DDR三排双层TDRJ（cm4)577434.41154868.81732303.24696255.26894382.8W（cm3)7699.115398.323097.430641.745962.62、计算简图46 图6-2主跨贝雷梁计算简图3、计算结果根据上面荷载分析，利用结构力学求解器计算结构内力如下图：图6-3纵向贝雷梁弯矩图（单位：kN∙m）图6-4纵向贝雷梁剪力图（单位：kN）由上面分析结果知：贝雷梁最大弯矩值最大剪力值根据相关规范知单片支架的最大承载力值：，贝雷梁验算：46 因此贝雷梁的强度满足要求。挠度验算近似按照公式：挠度验算满足要求。46 7主跨8#墩钢管柱及分配梁验算7.1分配梁验算7.1.1分配梁几何特性主跨8#墩处钢管柱上分配梁采用2I56a（Q235），则I56a钢的力学特性如下：截面惯性矩：Ix=65576cm4；截面抵抗矩：Wx=2342cm3；截面面积：A=135cm2；弹性模量：E=2.1×105MPa；半截面面积矩：Ix/Sx＝47.9cm3；腹板厚度：tw＝12.5mm。7.1.2计算简图由支架布置图形式可知，分配梁的计算见图如下：图7-1分配梁计算简图（单位：mm）7.1.3计算荷载根据贝雷架验算的荷载由贝雷边支座的反力按照简支、连续分别计算的情况如下：1、贝雷梁按照简支梁计算的荷载设计值反力结果值如下：46 图7-2贝雷简支计算反力设计值结果（单位：kN）2、贝雷梁按照两跨简支梁计算荷载标准值的反力值结果如下：图7-3贝雷简支计算反力标准值结果（单位：kN）3、贝雷梁按照两跨连续梁计算荷载设计值的反力值结果如下：图7-4贝雷连续计算反力设计值结果（单位：kN）4、贝雷梁按照两跨连续梁计算荷载标准值的反力值结果如下：图7-5贝雷连续计算反力标准值结果（单位：kN）由以上分析得：两跨贝雷梁的边支座反力设计值最不利情况为简支情况：设计值F=4430.12kN标准值FK=3663.21kN所以计算简图中的集中力F1=4430.12/25=177.2kNF1K=3663.21/25=146.53kN均布荷载g=78.5×2×0.0135=2.12kN/m设计值取1.2g46 7.1.4受力验算根据以上分析建模计算设计值分析钢梁应力结果及标准值计算分析位移变形结果如下：图7-6贝雷边支座下分配梁弯矩图（单位：kN∙m）图7-7贝雷边支座下分配梁正应力图（单位：MPa）图7-8贝雷边支座下分配梁剪力图（单位：kN)图7-9贝雷边支座下分配梁剪应力图（单位：MPa)由以上应力分析得下分配梁的应力：最大正应力：σmax=99.0MPa