一、计算依据
1、如东县珠江路西延洋口运河桥施工图 2、路桥施工计算手册 3、建筑结构静力学计算手册 4、结构力学 5、桥梁荷载规范 6、建筑施工计算手册
7、建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范 二、计算说明
按照设计施工图,主桥主跨施工顺序为:先浇筑施工节段A,待节段A张拉后浇筑施工节段B2。模型如下:
中心线
浇筑节段A时支架承受其自重及施工荷载,节段A张拉后自重即无需支架承担,则在浇筑节段B2时支架只承受节段B2的重量及施工荷载。节段B2重量远小于节段A,支架受力远小于浇筑节段A时的受力。因此,本方案在计算时仅计算浇筑节段A时支架受力情况。 三、结构说明
1、结构示意图
结构示意图如下图所示,图中仅画出主跨半幅支架,沿主跨中心
线对称。
2、结构模型图
由结构示意图可以看出,承台顶端荷载垂直作用于承台上贝雷片,其重量由承台上贝雷片承担,离开承台位置的荷载由承台边支点及水中钢管桩基支点承载。则纵向贝雷片在承台边缘处视为固定端,纵向贝雷片承载计算段为:承台边缘处至第3排钢管桩,各支点均固定不动,视为固定端。建模如下:
3、传力体系
新浇筑混凝土、模板及施工荷载大木枋支架
贝雷架钢管桩。 四、荷载计算
箱梁重量计算:
根据设计图纸提供箱梁截面变化曲线可算得3.2m高箱梁截面积为17.58 m2。,A端箱梁截面积为15.84m2,端点C右侧3.5m处箱梁截面积为10.91 m2,断面如下:
混凝土比重为2.5t/m3,可得箱梁自重从断面A处39.6 t/m变化至断面C右侧3.5m处27.3 t/m。视为线性变化,呈梯形变化。
贝雷片自重:贝雷片每片自重为0.1t/m,纵向贝雷片总共16片,则纵向贝雷片自重为1.6 t/m。
模板自重(含木楞)为0.1 t/m2。 钢管支架自重取值0.2 t/m2。 倾倒混凝土荷载为0.2 t/m2。
振捣荷载为0.2 t/m2。 人员料具荷载为0.1 t/m2。 荷载分项系数:恒载1.2,活载1.4 五、结构计算 1、模板侧压力计算
查建筑施工计算手册,新浇混凝土对模板的最大侧压力按下列二式计算,取二式较小值:
F=0.22γct0β1β2V0.5 F=γcH
式中 F—新浇筑混凝土对模板最大侧压力(KN/m2) γc—混凝土的重力密度(KN/m3) t0—混凝土初凝时间(h) V—混凝土浇筑速度(m/h)
β1—外加剂影响修正系数(掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2)
β2—混凝土坍落度修正系数(坍落度50-90mm时,取1.0,坍落度110-1150mm时,取1.15)
H—混凝土侧压力计算处到新浇筑混凝土顶面的总高度 腹板一次最大浇筑高度为2.6m,计算侧压力得: F=0.22γct0β1β2V0.5=0.22*25*4*1.2*1.15*10.5=30.36KN/m2 F=γcH=25*2.6=65 KN/m2
取小值,可知,最大侧压力为30.36 KN/m2,查建筑施工计算手
册得:竹胶板静屈服强度为14.84N/mm2,30.36 KN/m2=30.36*10-3 N/mm2
2、大木枋
大木枋截面尺寸为10cm*12cm,木质为杉木,查建筑施工计算手册得:杉木抗剪强度为6.4Mpa,抗弯强度为82.9 Mpa。截面弯曲系数Wz=bh2/6=0.1*0.122/6=2.4*10-4m3。
在浇筑混凝土时,大木枋在腹板处受集中力作用,荷载最大。大木枋所受集中力大小为所在立杆前后两跨腹板重量的一半,支架设计方案中立杆间距分为60cm与1m。在本次计算中按最不利情况计算,即腹板一次浇筑高度2.6m,长度1m,查设计图纸得腹板最宽处为70cm,混凝土比重为2.5t/m3,则所产生集中力为2.6*1*0.7*2.5=4.55t,分项系数1.2,则计算荷载为4.55*1.2=5.46t。
大木枋放置在支架顶托上,横向支点间距等同支架间距,横向单跨程度1.14m。
计算剪应力为:
5.46/(0.12*0.1)=455t/ m2=4.55 Mpa
б=M/ Wz,式中б为抗弯强度,M为弯矩,Wz为截面弯曲系数。 M=5.46*0.57*0.57/1.14=1.56t·m
则:б=M/ Wz=1.56/2.4*10-4=6500t/m2=65 Mpa
每排立杆承担前后两跨范围内荷载的一半,支架设计方案中立杆
间距分为60cm与1m。按最不利情况,一排立杆承担1m长的3.2m高箱梁重量及施工荷载,3.2m高箱梁截面积17.58㎡。荷载值为,箱梁重量17.58*2.5=43.95t,模板重量0.1*16*1=1.6t,支架自重0.2*16*1=3.2t,倾倒混凝土荷载0.2 t/m2,振捣荷载为0.2 t/m2,人员料具荷载为0.1 t/m2。
箱梁重量、支架模板重量分项系数1.2,倾倒混凝土荷载、振捣荷载、人员料具荷载分项系数1.4。则计算荷载为:
(43.95+1.6+3.2)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*1*16*1.4=69.7t 每排共有16根立杆,立杆为Φ48壁厚3mm的钢管,截面积4cm2,钢管材质为Q235钢,抗拉、抗压、抗弯强度设计值f:205N/mm2。
计算立杆稳定性得:
f=N/A=69.7/(16*4*10-4)=1.1*104t/㎡=110 N/mm2
(2)、荷载计算
A端:(39.6+1.6+0.1*16+0.2*16)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=66.4t/m
B端:【39.6-(39.6-27.3)*7.75/23.25+1.6+0.1*16+0.2*16】*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=61.5t/m
C端:【27.3+(39.6-27.3)*3.5/23.25+1.6+0.1*16+0.2*16】*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=53.9t/m
C端右3.5m处:(27.3+1.6+0.1*16+0.2*16)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=51.7 t/m
C端右3.5m至D端:(1.6+0.1*16+0.2*16)*1.2=7.7 t/m (3)、受力分析
根据荷载计算结构建模如下:
66.4t/m
a、弯矩计算
梯形荷载段可视为51.7 t/m的均布荷载以及最大值=(66.4-51.7)=14.7 t/m的三角形荷载。根据建筑结构静力计算手册,三角形荷载化成等效弯矩均布荷载,公式为:q变=3q/8,其中q为三角形荷载最大值,q变为等效均布荷载。则计算段梯形荷载可视为(51.7 t/m+3*14.7/8)=57.21 t/m。57.21 t/m远大于7.7t/m,
在计算时整个计算段视为57.21 t/m的均布荷载,弯矩等效建模如下:
通过力矩分配法计算跨中弯矩,计算过程如下:
可得端点弯矩分别为:
MA=138.45t·m MB=581.1t·m MC=612t·m MD=237.5t·m 绘制弯矩图得:
612
A
D
计算段弯矩图单位:t·m
查桥梁荷载规范得:
双排单层加强型贝雷片允许弯矩为337.5 t·m,已算得跨中最大弯矩Mmax612 t·m,则可得:
Mmax
结构力学剪力计算公式:
q
12
三角形荷载
三角形荷载剪力计算公式:Fs1=7ql/20;Fs2=-3ql/20
q
12
均布荷载
均布荷载剪力计算公式:Fs1=ql/2;Fs2=-ql/2
部分均布荷载
部分均布荷载剪力计算公式:Fs1=qa(2l3-2la2+ a3)/2l3;Fs2=-q a3(2l-a)/ 2l3
梯形荷载可视为均布荷载和三角形荷载叠加。计算各端剪力: AB段:
66.4t/m
61.5t/m
AB
FsA=61.5*7.75/2+7*(66.4-61.5)*7.75/20=251.6t FsB左=-61.5*7.75/2-3*(66.4-61.5)*7.75/20=-244t BC段:
61.5t/m
53.9t/m
BC
FsB右=53.9*12/2+7*(61.5-53.9)*12/20=355.32t
FsC左=-53.9*12/2-3*(61.5-53.9)*12/20=-337.08t
CD段(梯形荷载段视为均布荷载计算取最大值53.9t/m):
53.9t/m51.7t/m
FsC右=53.9*3.5*(2*93-2*9*3.52+3.53)/(2*93)-7.7*5.53
(2*9-5.5)/2*93=154.72t
FsD左=76.17t
查桥梁荷载规范得:
双排单层加强型贝雷架允许剪力为49.1t,已算得跨中最大剪力Fmax=355.32t,则可得:
Fmax
5、横向贝雷架计算
横向贝雷片作为纵向贝雷片支点,则横向贝雷片承担纵向结构支点反力及本身自重。
(1)、水上支点横向贝雷架
由纵向贝雷片剪力计算可知B支点支座反力最大,为(244+355.32)=599.32t。支点处贝雷片自重为0.1*3*18=5.4t。支点B处总荷载为599.32+5.4*1.2=605.8t。视为均布荷载,荷载值为
605.8/16=37.9t/m。建模如下:
37.9t/m
取其中一跨计算:
弯矩Mmax=ql2/8=37.9*3.2*3.2/8=48.5t·m
剪力Fmax=ql/2=37.9*3.2/2=60.64t
查桥梁荷载规范可得:
三排单层加强型贝雷片:M允许为480.49 t•m﹥48.5t•m
F允许为69.89 t﹥60.64t
(2)、承台处横向贝雷片
承台处横向贝雷片承担A段支点反力、桥墩边缘至承台边缘段箱梁荷载的一半、贝雷片自重。
荷载值为:
251.6+(44*2.25/2+0.1*16+0.2*16+0.1*2*16)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*2.25*16*1.4=345.8t,视为均布荷载,荷载值为345.8/16=21.6t/m。建模如下:
q=21.6t/m1
23
1-2段受力计算:
最大弯矩Mmax=21.6*3.752/8=38 t·m
最大剪力Qmax=21.6*3.75/2=40.5t
2-3段受力计算:
最大弯矩Mmax=21.6*3.52/8=33.1 t·m
最大剪力Qmax=21.6*3.5/2=37.8t
查贝雷片荷载规范得:
单排单层加强型贝雷片容许弯矩为168.75 t·m;
单排单层加强型贝雷片容许剪力为24.52t。
可得:
Mmax=38t·m
Qmax=37.8t
6、桩基承载力验算
钢管桩实际长度大于15米,在本计算中长度取15米。洋口运河河床最低处高程为-1.5米,本方案设计钢管桩顶高程为3.502米,则钢管最小入土深度为9.98米,以10米计算。查图纸得其中5.49米处于粉砂中,4.51米处于粉质粘土夹粉土中,其摩阻力分别为为4.5t/m2、
1.5 t/m2。
则单根桩承载力:4.51*3.14*0.35*1.5+5.49*3.14*0.35*4.5=34.5t 支点处荷载为:支座反力+横向贝雷片重量
支点B:
支点B处总荷载为605.8t,有24根桩。
总承载能力=34.5*24=828t>605.8t。
支点C:
支点C处支座反力=337.08t+154.72t=491.8t,横向贝雷片重量为=0.1×18×3=5.4。则支点C荷载为491.8+5.4*1.4=499.36t。
支点C处有18根桩。总承载能力=34.5*18=621>499.36t。
支点D:支点D总承载76.17+5.4*1.4=83.73t。小于支点C处499.36t,支点C处满足要求则支点D亦满足要求。
一、计算依据
1、如东县珠江路西延洋口运河桥施工图 2、路桥施工计算手册 3、建筑结构静力学计算手册 4、结构力学 5、桥梁荷载规范 6、建筑施工计算手册
7、建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范 二、计算说明
按照设计施工图,主桥主跨施工顺序为:先浇筑施工节段A,待节段A张拉后浇筑施工节段B2。模型如下:
中心线
浇筑节段A时支架承受其自重及施工荷载,节段A张拉后自重即无需支架承担,则在浇筑节段B2时支架只承受节段B2的重量及施工荷载。节段B2重量远小于节段A,支架受力远小于浇筑节段A时的受力。因此,本方案在计算时仅计算浇筑节段A时支架受力情况。 三、结构说明
1、结构示意图
结构示意图如下图所示,图中仅画出主跨半幅支架,沿主跨中心
线对称。
2、结构模型图
由结构示意图可以看出,承台顶端荷载垂直作用于承台上贝雷片,其重量由承台上贝雷片承担,离开承台位置的荷载由承台边支点及水中钢管桩基支点承载。则纵向贝雷片在承台边缘处视为固定端,纵向贝雷片承载计算段为:承台边缘处至第3排钢管桩,各支点均固定不动,视为固定端。建模如下:
3、传力体系
新浇筑混凝土、模板及施工荷载大木枋支架
贝雷架钢管桩。 四、荷载计算
箱梁重量计算:
根据设计图纸提供箱梁截面变化曲线可算得3.2m高箱梁截面积为17.58 m2。,A端箱梁截面积为15.84m2,端点C右侧3.5m处箱梁截面积为10.91 m2,断面如下:
混凝土比重为2.5t/m3,可得箱梁自重从断面A处39.6 t/m变化至断面C右侧3.5m处27.3 t/m。视为线性变化,呈梯形变化。
贝雷片自重:贝雷片每片自重为0.1t/m,纵向贝雷片总共16片,则纵向贝雷片自重为1.6 t/m。
模板自重(含木楞)为0.1 t/m2。 钢管支架自重取值0.2 t/m2。 倾倒混凝土荷载为0.2 t/m2。
振捣荷载为0.2 t/m2。 人员料具荷载为0.1 t/m2。 荷载分项系数:恒载1.2,活载1.4 五、结构计算 1、模板侧压力计算
查建筑施工计算手册,新浇混凝土对模板的最大侧压力按下列二式计算,取二式较小值:
F=0.22γct0β1β2V0.5 F=γcH
式中 F—新浇筑混凝土对模板最大侧压力(KN/m2) γc—混凝土的重力密度(KN/m3) t0—混凝土初凝时间(h) V—混凝土浇筑速度(m/h)
β1—外加剂影响修正系数(掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2)
β2—混凝土坍落度修正系数(坍落度50-90mm时,取1.0,坍落度110-1150mm时,取1.15)
H—混凝土侧压力计算处到新浇筑混凝土顶面的总高度 腹板一次最大浇筑高度为2.6m,计算侧压力得: F=0.22γct0β1β2V0.5=0.22*25*4*1.2*1.15*10.5=30.36KN/m2 F=γcH=25*2.6=65 KN/m2
取小值,可知,最大侧压力为30.36 KN/m2,查建筑施工计算手
册得:竹胶板静屈服强度为14.84N/mm2,30.36 KN/m2=30.36*10-3 N/mm2
2、大木枋
大木枋截面尺寸为10cm*12cm,木质为杉木,查建筑施工计算手册得:杉木抗剪强度为6.4Mpa,抗弯强度为82.9 Mpa。截面弯曲系数Wz=bh2/6=0.1*0.122/6=2.4*10-4m3。
在浇筑混凝土时,大木枋在腹板处受集中力作用,荷载最大。大木枋所受集中力大小为所在立杆前后两跨腹板重量的一半,支架设计方案中立杆间距分为60cm与1m。在本次计算中按最不利情况计算,即腹板一次浇筑高度2.6m,长度1m,查设计图纸得腹板最宽处为70cm,混凝土比重为2.5t/m3,则所产生集中力为2.6*1*0.7*2.5=4.55t,分项系数1.2,则计算荷载为4.55*1.2=5.46t。
大木枋放置在支架顶托上,横向支点间距等同支架间距,横向单跨程度1.14m。
计算剪应力为:
5.46/(0.12*0.1)=455t/ m2=4.55 Mpa
б=M/ Wz,式中б为抗弯强度,M为弯矩,Wz为截面弯曲系数。 M=5.46*0.57*0.57/1.14=1.56t·m
则:б=M/ Wz=1.56/2.4*10-4=6500t/m2=65 Mpa
每排立杆承担前后两跨范围内荷载的一半,支架设计方案中立杆
间距分为60cm与1m。按最不利情况,一排立杆承担1m长的3.2m高箱梁重量及施工荷载,3.2m高箱梁截面积17.58㎡。荷载值为,箱梁重量17.58*2.5=43.95t,模板重量0.1*16*1=1.6t,支架自重0.2*16*1=3.2t,倾倒混凝土荷载0.2 t/m2,振捣荷载为0.2 t/m2,人员料具荷载为0.1 t/m2。
箱梁重量、支架模板重量分项系数1.2,倾倒混凝土荷载、振捣荷载、人员料具荷载分项系数1.4。则计算荷载为:
(43.95+1.6+3.2)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*1*16*1.4=69.7t 每排共有16根立杆,立杆为Φ48壁厚3mm的钢管,截面积4cm2,钢管材质为Q235钢,抗拉、抗压、抗弯强度设计值f:205N/mm2。
计算立杆稳定性得:
f=N/A=69.7/(16*4*10-4)=1.1*104t/㎡=110 N/mm2
(2)、荷载计算
A端:(39.6+1.6+0.1*16+0.2*16)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=66.4t/m
B端:【39.6-(39.6-27.3)*7.75/23.25+1.6+0.1*16+0.2*16】*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=61.5t/m
C端:【27.3+(39.6-27.3)*3.5/23.25+1.6+0.1*16+0.2*16】*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=53.9t/m
C端右3.5m处:(27.3+1.6+0.1*16+0.2*16)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*16*1.4=51.7 t/m
C端右3.5m至D端:(1.6+0.1*16+0.2*16)*1.2=7.7 t/m (3)、受力分析
根据荷载计算结构建模如下:
66.4t/m
a、弯矩计算
梯形荷载段可视为51.7 t/m的均布荷载以及最大值=(66.4-51.7)=14.7 t/m的三角形荷载。根据建筑结构静力计算手册,三角形荷载化成等效弯矩均布荷载,公式为:q变=3q/8,其中q为三角形荷载最大值,q变为等效均布荷载。则计算段梯形荷载可视为(51.7 t/m+3*14.7/8)=57.21 t/m。57.21 t/m远大于7.7t/m,
在计算时整个计算段视为57.21 t/m的均布荷载,弯矩等效建模如下:
通过力矩分配法计算跨中弯矩,计算过程如下:
可得端点弯矩分别为:
MA=138.45t·m MB=581.1t·m MC=612t·m MD=237.5t·m 绘制弯矩图得:
612
A
D
计算段弯矩图单位:t·m
查桥梁荷载规范得:
双排单层加强型贝雷片允许弯矩为337.5 t·m,已算得跨中最大弯矩Mmax612 t·m,则可得:
Mmax
结构力学剪力计算公式:
q
12
三角形荷载
三角形荷载剪力计算公式:Fs1=7ql/20;Fs2=-3ql/20
q
12
均布荷载
均布荷载剪力计算公式:Fs1=ql/2;Fs2=-ql/2
部分均布荷载
部分均布荷载剪力计算公式:Fs1=qa(2l3-2la2+ a3)/2l3;Fs2=-q a3(2l-a)/ 2l3
梯形荷载可视为均布荷载和三角形荷载叠加。计算各端剪力: AB段:
66.4t/m
61.5t/m
AB
FsA=61.5*7.75/2+7*(66.4-61.5)*7.75/20=251.6t FsB左=-61.5*7.75/2-3*(66.4-61.5)*7.75/20=-244t BC段:
61.5t/m
53.9t/m
BC
FsB右=53.9*12/2+7*(61.5-53.9)*12/20=355.32t
FsC左=-53.9*12/2-3*(61.5-53.9)*12/20=-337.08t
CD段(梯形荷载段视为均布荷载计算取最大值53.9t/m):
53.9t/m51.7t/m
FsC右=53.9*3.5*(2*93-2*9*3.52+3.53)/(2*93)-7.7*5.53
(2*9-5.5)/2*93=154.72t
FsD左=76.17t
查桥梁荷载规范得:
双排单层加强型贝雷架允许剪力为49.1t,已算得跨中最大剪力Fmax=355.32t,则可得:
Fmax
5、横向贝雷架计算
横向贝雷片作为纵向贝雷片支点,则横向贝雷片承担纵向结构支点反力及本身自重。
(1)、水上支点横向贝雷架
由纵向贝雷片剪力计算可知B支点支座反力最大,为(244+355.32)=599.32t。支点处贝雷片自重为0.1*3*18=5.4t。支点B处总荷载为599.32+5.4*1.2=605.8t。视为均布荷载,荷载值为
605.8/16=37.9t/m。建模如下:
37.9t/m
取其中一跨计算:
弯矩Mmax=ql2/8=37.9*3.2*3.2/8=48.5t·m
剪力Fmax=ql/2=37.9*3.2/2=60.64t
查桥梁荷载规范可得:
三排单层加强型贝雷片:M允许为480.49 t•m﹥48.5t•m
F允许为69.89 t﹥60.64t
(2)、承台处横向贝雷片
承台处横向贝雷片承担A段支点反力、桥墩边缘至承台边缘段箱梁荷载的一半、贝雷片自重。
荷载值为:
251.6+(44*2.25/2+0.1*16+0.2*16+0.1*2*16)*1.2+(0.2+0.2+0.1)*2.25*16*1.4=345.8t,视为均布荷载,荷载值为345.8/16=21.6t/m。建模如下:
q=21.6t/m1
23
1-2段受力计算:
最大弯矩Mmax=21.6*3.752/8=38 t·m
最大剪力Qmax=21.6*3.75/2=40.5t
2-3段受力计算:
最大弯矩Mmax=21.6*3.52/8=33.1 t·m
最大剪力Qmax=21.6*3.5/2=37.8t
查贝雷片荷载规范得:
单排单层加强型贝雷片容许弯矩为168.75 t·m;
单排单层加强型贝雷片容许剪力为24.52t。
可得:
Mmax=38t·m
Qmax=37.8t
6、桩基承载力验算
钢管桩实际长度大于15米,在本计算中长度取15米。洋口运河河床最低处高程为-1.5米,本方案设计钢管桩顶高程为3.502米,则钢管最小入土深度为9.98米,以10米计算。查图纸得其中5.49米处于粉砂中,4.51米处于粉质粘土夹粉土中,其摩阻力分别为为4.5t/m2、
1.5 t/m2。
则单根桩承载力:4.51*3.14*0.35*1.5+5.49*3.14*0.35*4.5=34.5t 支点处荷载为:支座反力+横向贝雷片重量
支点B:
支点B处总荷载为605.8t,有24根桩。
总承载能力=34.5*24=828t>605.8t。
支点C:
支点C处支座反力=337.08t+154.72t=491.8t,横向贝雷片重量为=0.1×18×3=5.4。则支点C荷载为491.8+5.4*1.4=499.36t。
支点C处有18根桩。总承载能力=34.5*18=621>499.36t。
支点D:支点D总承载76.17+5.4*1.4=83.73t。小于支点C处499.36t,支点C处满足要求则支点D亦满足要求。