汕湛高速揭博项目T11 标
盖梁支架计算书
四川路桥建设股份有限公司
2014年3月30日
目录
1、工程概况 (1)
2、总体施工方案 (1)
3、支承平台设置 (4)
4、计算依据 (5)
5、计算参数 (5)
6、计算结果 (9)
7、结论 (22)
& 抱箍试验 (23)
盖梁抱箍法施工方案
工程概况
本标段主线共设置大中桥7座(不含互通区和服务区),分别为白昌屋大桥(30米T梁),万年坑大桥(30米T梁),叶塘1号大桥(25米小箱梁),叶塘2号大桥(25米小箱梁),秋香江大桥(25米小箱梁),上赖水大桥(30米T梁),黎坑大桥(25米小箱梁);九和互通内共设置桥梁3座,其中主线桥2座,匝道1座,分别为三社坑大桥(25米小箱梁),围坪大桥(25米小箱梁),D匝道桥(20米现浇箱梁);紫金西互通内共设桥梁3座,其中主线桥2座,分别为玉竹坑中桥(25米小箱梁),围澳水大桥(25米小箱梁)和L线秋香江大桥(25米小箱梁);瓦溪服务区共设置主线桥1座,为四联大桥(30米T梁)。下部结构采用桩基础、地系梁、承台、柱式桥墩、肋板、台帽、盖梁和耳背墙。其中D匝道桥
桥墩采用花瓶墩。
二、总体施工方案
因本标段桥梁盖梁高度较高,采用满堂支架施工盖梁耗时长、占用大量钢管扣件等周转材料、不经济。拟采用在墩柱上安设抱箍支承平台施工。
盖梁统计表
考虑最不利情况(跨度及盖梁尺寸均最大),采用秋香江
1.8m*
2.4m*17.437m盖梁(两柱)、上濑水大桥2.1m*2.4m*15.3m盖梁(两柱)和四联大桥2.1m*2.4m*20.1m (三柱)盖梁作为计算模型。盖梁简图
分别如下:
T面
三、支承平台布置
盖梁施工支承平台采用在两墩柱(或三墩柱)上各穿一组抱箍(高
60cm或50cm),上面采用墩柱两侧各一组63a工字钢或单排单层不加强型贝雷片(做横向主梁),搭设施工平台的方式。主梁上面安放一排每根3m 长的双拼[10 槽钢,间距为40cm 作为分布梁。分布梁上铺设盖梁底模。传力途径为:盖梁底模——纵向分布梁(双10 槽钢)——横向主梁
(63a工字钢或贝雷片)一一抱箍。如下图:
四、计算依据
本计算书采用的规范如下:
1. 《公路桥涵施工技术规范》 (JTJF50-2011)
2. 《钢结构设计规范》( GB 50017-2003)
3. 《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2012)
4. 《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》 ( JGJ130-2011)
5. 其他现行相关规范、规程
计算参数
1. 主要材料
1)[10 槽钢
截面面积为:A=1270mm2
截面抵抗矩:W=39.7x103mm3
截面惯性矩:I=198x104mm4
弹性模量E=2.1 xiO5Mpa
钢材采用Q235钢,抗拉、抗压、抗弯强度设计值]“ =215Mpa。
2)63a工字钢
横向主梁采用2根63a工字钢,横向间距为200cm。
截面面积为:A=15500mm2,
X 轴惯性矩为:l x=93920x 104mm4,
X轴抗弯截面模量为:W x=2981 x 103mm3,
钢材采用Q235钢,抗拉、抗压、抗弯强度设计值]“ =215Mpa。
3)贝雷片长3m高1.5m,贝雷片每片重量270kg/片。该结构形式为单排单层不加强型贝雷梁,其结构形式性能参数为:
M容=788.2kN*m, Q容=245.2kN E=2.1*105Mpa IX = 250497.2cm4
2. 设计荷载
1)砼自重
秋香江大桥1.8m*2.4m*17.437m 盖梁(两柱):
砼方量:V=56.38m3 钢筋9272kg
砼按24KN/m3计算,
砼自重:G=56.38X 24=1353KN
总重=1353+9.272*10=1445 KN
盖梁长17.437m,均布每延米荷载:q i=82.86kN/m
上濑水大桥2.1m*2.4m*15.3m 盖梁(两柱):
砼方量:V=57.71m3 钢筋9331kg
砼按24KN/m3计算,
砼自重:G=57.71X 24=1385KN
总重=1385+9.331*10=1478 KN
盖梁长15.3m,均布每延米荷载:q i=96.62kN/m
四联大桥2.1m*2.4m*20.1m (三柱)盖梁:
砼方量:V=76.2m3 钢筋12074kg
砼按24KN/m3计算,
砼自重:G=76.2X 24=1829KN
总重=1829+12.074*10=1950 KN
盖梁长20.1m,均布每延米荷载:q1=97kN/m
2)组合钢模板及连接件0.95 kN/m2,侧模和底模每延米共计 5.2m2,
q2=4.94kN/m
3) 双[10 槽钢
3m长双[10槽钢间距0.4m,每延米5根共计15米,合计:q3=15
X 0.仁1.5 kN/m
4)63a 工字钢
共2根,单根长17.45米,共重:2X17.45X122kg=4258kg
q4=42.58KN/17.45m=2.44KN/m
5)贝雷片长3m,高1.5m,贝雷片每片重量270kg/片。该结构形式
为单排单层不加强型贝雷梁,其结构形式性能参数为:
M容=788.2kN*m, Q容=245.2kN E=2.1*105Mpa IX = 250497.2cm4 6)施工荷载
小型机具、堆放荷载:q5=2.5 KPa
振捣混凝土产生的荷载:q6=2 KPa
3. 荷载组合及施工阶段
盖梁自重及支架自重均按恒载考虑组合系数 1.2,施工荷载按活载考虑组合系数1.4。
3、受力模型
1)[10 槽钢分布梁计算模型:
[10 槽钢分布梁直接承受底模以上的自重,[10 槽钢分布在圆柱两侧的63a 工字钢(或贝雷片)上,两工字钢(或贝雷片)主梁紧贴圆柱,间距按圆柱最大直径180cm故[10a槽钢分布梁计算跨径为180cm悬臂有利跨
中受力,不计悬臂部分,按简支梁计算,实际偏安全,如下图
1
2)工字钢主梁计算模型:
工字钢(或贝雷片)主梁承受由每根槽钢分布梁传来的重力,按均布荷载考虑,两根工字钢(或贝雷片)各承受一半的力,工字钢(或贝雷片)搭在抱箍上,故工字钢计算跨径为圆柱中心的间距,按两端外伸悬臂计算。如下图
3)抱箍计算模型
抱箍采用两块半圆弧型钢板(板厚t=12mm)制成,M27的高强螺栓连接,抱箍高60cm,采用16根(18根)高强螺栓连接。抱箍紧箍在墩
柱上产生摩擦力提供上部结构的支承反力,是主要的支承受力结构。为
了提高墩柱与抱箍间的摩擦力,同时对墩柱砼面保护,拟在墩柱与抱箍之间设一层无纺布,纵梁与抱箍之间采用U 型螺栓连接。
六、计算结果
6.1 两柱盖梁:秋香江1.8m*2.4m*1
7.437m 盖梁
1.[10 槽钢分布梁计算
荷载q=1.2x (q1+q2+q3)+1.4 x (q5+q6)
= 1.2 x (82.86+4.94+1.5)+1.4 x (2.5+2)=113.5KN/m
双[10a槽钢分布梁布设间距0.4m,单根承受0.4 x 113.5/2=22.7KN , 盖梁底宽1.8m
则单根槽钢均布荷载q=22.7/1.8=12.6KN/M
计算跨径1.8m
跨中弯矩:M=1/8ql2=0.125x 12.6x 1.8 2=5.1KN.M
(T =M/W=5.1/39.7 X 03mm3=128MPav【215MPa】
挠度:
f=5ql4/384EI=5 x12.6 x1.84/(384 x2.1 x198)=0.0041m<[f]=l
0/400=1.8/400=
0.0045m (满足要求)
2.63a 工字主横梁计算
荷载:q=1.2x (q1+q2+q3+q4)+1.4 x (q5+q6)=
1.2x (8
2.86+4.94+1.5+2.44)+1.4 x (2.5+2)=116.4KN/m
63a工字钢设两根,单根承受q=0.5 x 116.4=58.2KN/M
计算跨径10.277m
跨中弯矩:M=1/2qlx[(1-a/x)(1+2a/l)-x/l]
= 1/2 X 58.2 X 10.277 X 8.72 X [(1-3.58/8.75) X (1+2 X
3.58/10.277)-8.75/10.277]=394KN.M
(T 二M/W=3942981X103mm3=132MPav【215MPa】,满足要求。跨中挠
度:f=ql4(5-24a2/l2)/384EI
=58.2X 10.2774X (5-24 X 3.582/10.2772)/(384X 2.1X 93920)= 0.017m=17mm<[f]=l/400=10.277/400=25.7mm,满足要求。悬臂端点挠度:f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI
=58.2X 3.58 X 10.2773X (6 X 3.582/10.277 2+3X 3.583/10.277 3-1)/(24 X 2.1 X 93920)=-0.0069m<[f]=l/400=3.58/400=0.009mm,满足要求。
最大剪力Qmax =297KN
最大剪应力。=297KN/15500mm2=19.16Mpa< [J =215Mpa (容许),满足要求。
3 、抱箍计算
1 )、荷载计算
抱箍体所承受的压力N 为纵梁及其以上所有荷载产生的合力。抱箍
桶壁与墩柱之间产生的摩擦力f抵抗压力N,由f=卩N知,f由作用在抱箍桶上的垂直压力产生,采用抱箍桶之间的高强螺栓的拉力T 对抱箍桶施工压力。
盖梁恒载G1=1445kN
钢模自重G2=4.94*17.437=86.14kN
施工人员、机具等其他荷载G3=(2.5+2)*10=50kN
横梁自重G4=1.5*17.437=26.15 kN
纵梁自重G5=2.44*17.437=42.54 kN
则两个抱箍承受的总荷载G= G1+ G2+ G3+ G4+ G5
=1445+86.14+50+26.15=1607.3 kN
一个抱箍体承受的竖向力 N=G/2=803.65 kN ,该值即为抱箍体需产生的摩 擦力。
2)、抱箍受力计算
(1)螺栓数目计算 抱箍体需承受的竖向压力 N=803.65kN 抱箍所受的竖向压力由 M27 的高强螺栓的抗剪力产生,查《路桥施工计 算手册》, M27 螺栓的允许承载力:
[NL]=P 卩 n/K
式中: P---高强螺栓的预拉力,取 290kN;
叶摩擦系数,取0.3;
n---传力接触面数目,取 1;
K---安全系数,取 1.7。
则:[NL]= 290 >0.3 X/1.7=51.18kN 螺栓数目 m 计m=N /[NL]= 803.65/51.18=15.7^6 个,取计算截面 的螺栓数目 m=16 个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力:
2)螺栓轴向受拉计算
砼与钢之间设一层橡胶或土工布,按橡胶与钢之间的摩擦系数取
卩=0.3 计算。抱箍产生的压力 Pb= N/ u=03.65kN/0.3=2679kN 由高强螺栓承担。 则: N '=Pb=2679kN
抱箍的压力由 16 条 M27 的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为 N1=Pb/16=2679kN /16=167.4kNv[S]=290kN 故高强螺栓满足强度要求
,故能承担所要求的荷载
(3)求螺栓需要的力矩M
1)由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1L1
u1=0.15 钢与钢之间的摩擦系数
L1=0.015 力臂
M仁0.15X167.4 &015=0.376KN.m
2)M2 为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°
M2二卩1 X N cos10 ° X L2+N' sin[0式中LL2=0.011 (L2 为力臂)] =0.15 X67.4 C0s10°X3.011 + 167.4 SXi10 X).011=0.591KN m
M=M1+M2=0.376+0.591=0.967KN - m =96.7kg m
所以要求螺栓的扭紧力矩M>96.7kg m
(二)抱箍体的应力计算
1 、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=8N=8X 167.4=1339KN
抱箍壁采用面板S 2mm的钢板,抱箍高度为0.6m。
则抱箍壁的纵向截面积:S1=0.014X0.6=0.0072m2
(T 二P1/S1=339/0.0072=185.9MPa< [ ° ]=210MP, 满足设计要求。2、抱箍体剪应力
T=( 1/2 X03.65) /0.0072 =55.8MPa<[T ]=125MPa
根据第四强度理论
° W=( ° 2+3 T 21/2二(185.9+3 55.8) 1/2 =176.6MPa<[°
W]=210MPa , 满足强度要求。
墩柱实际会承担一部分荷载,但计算中未考虑,故更安全。
6.2 两柱盖梁:上濑水大桥2.1m*2.4m*15.3m 盖梁
1、[10 槽钢分布梁计算
荷载q=1.2x (q1+q2+q3)+1.4 x (q5+q6)
= 1.2 x (96.62+4.94+1.5)+1.4 x (2.5+2)=129.9KN/m
双[10a槽钢分布梁布设间距0.4m,单根承受0.4 x 129.9/2=25.98KN , 盖梁底宽2.1m
则单根槽钢均布荷载q=25.98/2.1=12.37KN/M
计算跨径1.8m
跨中弯矩:M=1/8ql2=0.125x12.37x1.82=5KN.M
(T =M/W=539.7 X03mm3=126MPav【215MPa】
挠度:
f=5ql4/384EI=5 x12.6 x1.84/(384 x2.1 x1 98)=0.0040m<[f]=l
0/400=1 .8/400=
0.0045m (满足要求)
2、贝雷片主横梁计算
荷载:q=1.2x (q1+q2+q3+q4)+1.4 x (q5+q6)=
1.2x(96.62+4.94+1.5+1.8)+1.4 x(
2.5+2)=132KN/m
单组承受q=0.5x 132=66KN/m
计算跨径9m
跨中弯矩:M=1/2qlx[(1-a/x)(1+2a/l)-x/l]
=1/2 x 66 x 9 x 7.65 x [(1-3.15/7.65) x (1+2 x
3.15/9)-7.65/9]=340.8KN.M<788.2KN, 满足要求。跨中挠度:
f=ql4(5-24a2/l2)/384EI
=66 x 94 x (5-24 x 3.152/92)/(384 x 2.1 x 250497.2)=
0.0044m=4.4mm<[f]=l/400=9/400=22.5mm,满足要求。
悬臂端点挠度:f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI
=66 x 3.15 x 93 x (6 x 3.152/92+3 x 3.153/93-1)/(24 x 2.1 x 250497.2)=-0.0016m< [f]=l/400=3.15/400=0.0078mm,满足要求。
最大剪力Qmax =297KN>245.2KN(容许), 不满足要求。为了加强贝雷片
的抗剪能力,在贝雷梁支点附近加一斜撑(12 号槽钢),即可满足抗剪要求。
3 、抱箍计算
1)、荷载计算
抱箍体所承受的压力N 为纵梁及其以上所有荷载产生的合力。抱箍
桶壁与墩柱之间产生的摩擦力f抵抗压力N,由f=卩N知,f由作用在抱箍桶上的垂直压力产生,采用抱箍桶之间的高强螺栓的拉力T 对抱箍桶施工压
力。
盖梁恒载G1=1478kN
钢模自重G2=4.94*15.3=75.58kN 施工人员、机具等其他荷载G3=(2.5+2)*10=50kN
横梁自重G4=1.5*15.3=22.95 kN
纵梁自重G5=1.8*15.3=27.54 kN
则两个抱箍承受的总荷载G= G1+ G2+ G3+ G4+ G5
=1478+75.58+50+22.95+27.54=1654kN 。
一个抱箍体承受的竖向力N二G/2=827 kN,该值即为抱箍体需产生的摩擦力。
2)、抱箍受力计算
(1)螺栓数目计算
抱箍体需承受的竖向压力N=827kN 抱箍所受的竖向压力由M27 的高强螺栓的抗剪力产生,查《路桥施工计算手册》,M27 螺栓的允许承载力:
[NL]=P 卩 n/K
式中: P---高强螺栓的预拉力,取 290kN;
叶摩擦系数,取0.3;
n---传力接触面数目,取 1;
K---安全系数,取 1.7。
则:[NL]= 290 >0.3 X/1.7=51.18kN
螺栓数目m 计算:m 二N /[NL]=827/51.18=16.15^6个,取计算截面上的 螺栓数目 m=18 个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力:
2)螺栓轴向受拉计算
砼与钢之间设一层橡胶或土工布,按橡胶与钢之间的摩擦系数取
卩=0.3 计算。抱箍产生的压力 Pb= N/尸827kN/0.3=2757kN 由高强螺栓承担。 则: N '=Pb=2757kN
抱箍的压力由 18 条 M27 的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为 N1=Pb/16=2757kN /18=153kNv [S]=290kN 故高强螺栓满足强度要求 (3)求螺栓需要的力矩 M
1)由螺帽压力产生的反力矩 M1=u1N1L1
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数
L1=0.015 力臂
M1=0.15>153>0.015=0.344KN.m
2)M2 为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为 10°
M2二卩 1 x N cos10 ° x L2+N' sin[0式中 LL2=0.011 (L2 为力臂)]
,故能承担所要求的荷载
=0.15 X53X)os10°.011 + 153 &n10 °).011=0.541KN m
M=M1+M2=0.344+0.54仁0.885KN,m =88.5kg m
所以要求螺栓的扭紧力矩M>88.5kg m
(二)抱箍体的应力计算
1 、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=9N=% 153=1377KN
抱箍壁采用面板S 2mm的钢板,抱箍高度为0.6m。
则抱箍壁的纵向截面积:S1=0.012 >0.6=0.0072m2
(T =P1/S1=377/0.0072=191.2MPa< [(T ]=210MP, 满足设计要求。
2、抱箍体剪应力
T=( 1/2 827) /0.0072 =57.43MPa<[T ]=125MPa
根据第四强度理论
(T W=( c 2+3 T 21/2= ( 191.2+3 57.43) 1/2 =181.75MPa<[c
W]=210MPa , 满足强度要求。
墩柱实际会承担一部分荷载,但计算中未考虑,故更安全。
1 、[10 槽钢分布梁计算
荷载q=1.28 (q1+q2+q3)+1.4 8 (q5+q6)
= 1.2 8 (97+4.94+1.5)+1.4 8 (2.5+2)=130.4KN/m
双[10a槽钢分布梁布设间距0.4m,单根承受0.4 8 130.4/2=26KN, 盖梁底宽2.1m
则单根槽钢均布荷载q=26/2.1=12.4KN/M
计算跨径1.8m
跨中弯矩:M=1/8ql2=0.1258 12.4 8 1.82=5.0KN.M
(T =M/W=5.0/39.7 X03mm3=126MPa<[215MPa】