现浇连续梁盘扣支架门洞支架验算报告.docx

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现浇连续梁盘扣支架门洞支架验算报告

XX城际铁路X标

（48+80+48）连续梁支架

验算报告

XXXXXXX设计研究有限公司

二〇一八年X月

XX城际铁路六标

（48+80+48）连续梁支架

验算报告

编制人：

复核人：

审核人：

XXXXXXXX设计研究有限公司

二〇一八年X月

1、编制依据

（1）、施工图设计文件

（2）、《铁路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

（3）、《钢结构设计规范》（GB50017-2017）

（4）、《钢结构设计手册》（第三版）

（5）、《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》JGJ231-2010

（6）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

（7）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（8）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

（9）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

（10）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）

（11）、《普通碳素结构钢技术条件》（GB700-88）

（12）、《桥梁支架安全施工手册》

2、项目概况

方案概述

转体连续梁采用满堂盘扣支架现浇施工。

施工方法如下：

原地表压实处理，换填30cm厚8%灰土层，浇筑20cm厚C25混凝土硬化，在混凝土硬化上搭设满堂盘扣支架。

支架安装完成后进行预压。

预压完成后，根据预压成果及设计预拱度，计算立模标高，调整模板。

安装钢筋、预应力管道。

安装外侧模。

按设计分段要求进行箱梁混凝土分段浇筑施工。

立杆：

横桥向：

间距全部为3×1.2m+3×0.6m+0.9m+2×1.2m+0.9m+3×0.6m+3×1.2m。

纵桥向：

从梁远端为起点：

分别为1.2m，0.9m，0.6m。

步距：

均为1.5m。

底模：

采用20mm竹胶板。

次龙骨采用100mm*150mm方木方木横桥向20cm间隔布置

主龙骨采用单根（14工字钢），横桥方向布置。

翼板：

主龙骨采用单根（14工字钢），纵桥向布置。

次龙骨横向布置，采用100mm*100mm方木，间距30cm。

边跨现浇段支架横桥向步距：

1.2m+1.5m+1.2m+3*0.6m+1.5m+0.9m+1.5m+3*0.6m+1.2m+1.5m+1.2m

边跨现浇段支架纵桥向步距：

3*0.9m+3*1.5m

3、材料特性

根据钢结构设计规范要求，Q345钢材抗拉强度设计值[σ]=310Mpa、抗剪强度设计值[τ］=180Mpa；Q235钢材抗拉强度设计值[σ]=215Mpa、抗剪强度设计值[τ］=125Mpa。

4、荷载计算

4.1施工各项荷载计算

（1）钢筋混凝土自重：

26kN/m³

（2）模板及次龙骨取：

1.5kN/m2

（3）施工人员及设备荷载取：

4kN/m2

（4）振捣荷载：

2.0kN/m2

4.2结构特性

1.盘扣支架特性

主架：

Q345B，

=300N/mm2，E=2.06×105N/mm2

横斜杆：

Q235，

=200N/mm2，E=2.06×105N/mm2

图2-1盘扣支架截面图

2.盘扣支架尺寸

主架：

φ60.2mm×t:

3.2mm横杆：

φ48.2mm×t:

2.5mm

斜杆：

φ48.2mm×t:

2.75mm

材料特性一览表

材料名称

材质

截面尺寸（mm）

壁厚（mm）

强度fm（N/mm2）

弹性模量E（N/mm2）

惯性矩I（mm4）

抵抗矩W（mm3）

回转半径i（mm）

立杆

Q345B

60.2

3.2

300

2.06×105

2.31×105

7.7×103

20.10

水平杆

Q235B

48.2

2.5

200

2.06×105

9.28×104

3.86×103

1.61

竖向斜杆

Q235

48.2

2.75

200

2.06×105

9.28×104

3.86×103

1.61

竹胶板

20

13

顺纹6000

666667

66667

I14

Q235B

200

2.06×105

方木

100×100

13

9000

8333333.3

240000

方木

100×150

13

9000

28125000

240000

4.3设计工况及荷载组合

4.3.1分项系数

本项目盘扣支架计算按照基本组合，各荷载组合系数取值如下：

（1）结构自重，分项系数1.2；

（2）施工人员机具荷载、风荷载、振捣荷载，分项系数1.4；

4.3.2荷载组合

（1）强度荷载组合

1.2×混凝土自重＋1.2×支架与模板系统自重＋1.4（施工人员及机具+振捣混凝土荷载+风荷载）。

（2）刚度荷载组合

1.0×混凝土自重＋1.0×支架与模板系统自重＋1.0×风荷载。

4.3.3箱梁荷载计算

混凝土箱梁荷载表

控制截面

区域

面积（m2）

容重（KN/m3）

截面荷载荷载（KN/m2）

B-B

翼缘

1.23

26.00

32.06

腹板

1.8

47.80

顶底板

4.9

126.854

D-D

翼缘

1.23

32.06

腹板

4.2

108.95

顶底板

5.7

147.446

E-E

翼缘

1.23

32.06

腹板

5.8

150.86

顶底板

6.2

161.798

3、风荷载计算：

根据《建筑施工承插型盘扣件钢管支架安全技术规程》（JGJ231-2010）第4.2.2条规定，作用在脚手架及模板支撑架上的水平风荷载标准值按下式计算：

式中：

为风荷载标准值（KN/m2）；

为风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）采用；

为风荷载体型系数，取0.8；

为基本风压，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）采用。

按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）第8.2.1条规定地面粗糙度为B类，查阅表8.2.1条可以得到风压高度变化系数为1.39。

河北地区50年一遇基本风压根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）附录E可以得到为0.5KN/m2，所以风荷载标准值为:

4.2荷载组合

表2荷载组合系数表

荷载工况

分项系数

自重（ST）

1.2

现浇箱梁湿重（ST）

1.2

施工人员、施工材料及运输堆放荷载（ST）

1.4

振捣混凝土产生的荷载（ST）

1.4

风荷载

1.4

5、模型建立

依据委托方提供的支架设计图纸和地质等参数，进行结构建模计算。

5.1建立模型

结构采用大型结构有限元计算分析软件Midascivil进行整体空间受力分析，计算模型均采用梁单元进行模拟.

5.2模型说明

为了真实模拟支架受力情况，构件之间的空间位置按照真实情况模拟，构件之间的连接采用弹性连接之中的刚性连接，以保证结构整体受力的一致性。

5.3支架计算结果

5.3.1支架刚度结果

在考虑分项系数的荷载组合作用下，盘扣支架的Z向位移如下所示：

支架盘扣Z向位移图

支架I14工字钢Z向位移

支架盘扣Y向位移图

支架I14工字钢Y向位移

由以上结果可知，支架结构最大竖向位移为5.413mm，最大横向位移为7.51mm。

I14工钢相对位移为1.61mm，则有容许位移L/400=1200/400=3mm，所以I14工钢Z方向位移也满足规范要求。

5.3.2支架强度分析

考虑分项系数的荷载组合作用，支架各构件组合应力如下：

盘扣支架应力图

支架I14工字钢应力图

支架竖杆应力图

由上图可知：

支架各构件最大组合应力表

编号

构件类型

材料

拉应力（兆帕）

压应力

（兆帕）

容许应力

（兆帕）

冗余度

1

盘扣支架竖杆

Q345

58

-234.1

300

21.9%

2

盘扣支架横杆

Q235

58

-32.5

215

73%

3

I14工字钢

Q235

52.1

-67.2

215

68.7%

考虑分项系数的荷载组合作用，支架各构件剪应力如下：

盘扣支架竖杆剪力图

盘扣支架横杆剪力图

盘扣支架I14工字钢剪力图

由上图可知：

各构件最大剪应力表

编号

构件类型

材料

最大剪应力

（兆帕）

最小剪应力

（兆帕）

容许剪应力

（兆帕）

冗余度

1

盘扣支架竖杆

Q345

9.76

-4.52

180

94.6%

2

盘扣支架横杆

Q235

0.11

-0.11

125

99.9%

3

I14工字钢

Q235

57.8

-58.2

125

53.4%

通过对支架结构进行强度分析结果可知，在组合荷载作用下，结构组合应力及剪应力均满足规范要求。

5.3.3支架稳定分析

对支架结构进行屈曲分析，定义自重荷载常量，其他全部结构荷载为变量，得到其临界稳定系数，从而判断其整体稳定性。

支架屈曲分析设置

本计算报告取一阶的模态进行判定，结果图形如下：

支架第一阶模态

由上图及模型分析可知支架稳定系数10.2，大于规范规定的失稳系数4~5的限值，故支架稳定性方面满足规范要求。

5.4局部受力分析

1.立杆稳定性计算

不考虑风荷载时，立杆的稳定性计算公式：

其中：

N—立杆的轴心压力设计值，N=48736N

φ—轴心受压立杆的稳定系数，由长细比l0/i查表得到0.55。

i—计算立杆的截面回转半径（cm）；i=2.01

A—立杆净截面面积（mm2）；A=571

σ=48736/（0.55×571）

=155.2N/mm2≤300N/mm2

稳定性满足要求。

考虑风荷载时立杆的稳定性计算公式：

其中：

Mw—计算立杆段由风荷载设计值的弯矩（KN·m），可按《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》公式5.4.2计算。

Mw=0.9×MWk=（0.9×1.4wk×La×h2）/10=187790N·mm。

f—钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值，f=300N/mm2

φ—轴心受压立杆的稳定系数，由长细比l0/i查表得到0.55。

W—立杆截面模量（7700mm3）

A-立杆截面积（571mm2）

σ=155.2+24.4=179.6≤300N/mm2

稳定性满足要求。

5.5方木和竹胶板验算

（1）竹胶板验算

最不利截面在A-A截面腹板处，梁高6.635m，竹胶板20mm厚计算，因腹板位置10cm×15cm方木间距200mm，所以竹胶板最大跨度为100mm。

竹胶板去1000mm板宽计算：

截面抗弯模量：

W=1/6×bh2=1/6×1000×202=66666.7mm3

截面惯性矩：

I=1/12×bh3=1/12×1000×203=666666.7mm4

按照最不利位置腹板处计算

作用于20mm竹胶板的最大荷载：

a、钢筋及砼自重取26kN/m3×6.635m（梁高）=172.5kN/m2

b、施工人员及设备荷载取4kN/m2

c、振捣荷载取2kN/m2

荷载组合：

恒荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4。

取1m宽的板为计算单元。

则q1=（a+b+c）×1=（172.5+4+2）=178.5kN/m

q2=[1.2×a+1.4×（b+c）]×1=215.4kN/m

受力计算简图

面板按三跨连续梁计算，支撑跨径取L=100mm。

　　　Mmax=1/10×qmaxl2=1/10*215.4*1002=215400N·mm

强度验算：

最大弯矩为σmax=Mmax/W=215400/66666.7=3.23N/mm2

挠度验算：

最大挠度ωmax=0.677q14/100EI=0.677*178.5*1004/（100*9000*666666.7）

=0.02mm<[ω]=L/200=100/200=0.5mm满足

20mm厚竹胶板验算满足要求。

（2）方木验算

①腹板处方木验算

最不利截面在A-A截面腹板处，梁高6.635m，方木采用10cm×15cm尺寸，腹板处顺桥向布置，间距20cm，最大跨度60cm。

100×150mm木方截面抗弯模量W=1/6×bh2=1/6×100×1502=375000mm3，截面惯性矩I=1/12×bh3=1/12×100×1503=28125000mm4。

按照最不利位置腹板处计算梁高6.4m。

跨径按600mm，各荷载如下：

a、钢筋及砼自重取:

26kN/m3×6.635m=172.5kN/m2

b、模板及次龙骨取:

1.5kN/m2

c、施工人员及设备荷载取:

4kN/m2

d、振捣荷载:

2.0kN/m2

荷载组合：

腹板处次龙骨木方布置间距200mm,计算取0.2m，恒荷载分项系数取

1.2，活荷载分项系数取1.4。

则q1=（a+b+c+d）×0.2=36kN/m；

q2=[1.2×（a+b）+1.4×（c+d）]×0.2=43.44kN/m；

则最大弯矩为Mmax＝1/10×qmaxl2＝43.44N/mm×6002/10=1563840N·mm

强度验算：

最大弯应力σmax=Mmax/W＝1563840/375000＝4.17Mpa<[δ]=13Mpa

强度满足。

挠度验算：

方木按三跨连续梁计算，调整系数φ为0.677，最大支撑为900mm.

最大挠度ωmax=0.677ql4/100EI

　　　　　　　=0.677*36*6004/（100*9000*28125000）

　　　　　　　=0.125mm<[ω]=600/400=1.5mm满足。

　故次龙骨100×150mm木方验算满足要求。

②翼缘板方木验算

翼缘板方木采用10cm×10cm尺寸，横桥向布置，纵桥向间距30cm，最大跨度120cm。

100×100mm木方截面抗弯模量W=1/6×bh2=1/6×100×1002=166666.7mm3，截面惯性矩I=1/12×bh3=1/12×100×1003=8333333.3mm4。

按照最厚位置翼缘板处计算梁高0.66m。

跨径按900mm，各荷载如下：

a、钢筋及砼自重取:

26kN/m3×0.66m=17.2kN/m2

b、模板及次龙骨取:

1.5kN/m2

c、施工人员及设备荷载取:

4kN/m2

d、振捣荷载:

2.0kN/m2

荷载组合：

翼缘板处次龙骨木方布置间距300mm,计算取0.3m，恒荷载分项系数取

1.2，活荷载分项系数取1.4。

则q1=（a+b+c+d）×0.3=7.4kN/m；

q2=[1.2×（a+b）+1.4×（c+d）]×0.3=9.3kN/m；

则最大弯矩为Mmax＝1/10×qmaxl2＝9.38N/mm×9002/10=759780N·mm

强度验算：

最大弯应力σmax=Mmax/W＝759780/166666.7＝4.56Mpa<[δ]=13Mpa

强度满足。

挠度验算：

方木按三跨连续梁计算，调整系数φ为0.677，最大支撑为1200mm.

最大挠度ωmax=0.677ql4/100EI

　　　　　　　=0.677*7.4*12004/（100*9000*8333333.3）

　　　　　　　=1.39mm<[ω]=1200/400=3mm满足。

　故次龙骨100×100mm木方验算满足要求。

5.6地基承载力验算

5.6.1支架间距为0.6m*0.9m

刚度组合作用下，支架纵横向间距为0.6m*0.9m时，最大反力46.9KN：

刚度荷载组合下支架间距0.6m*0.9m的反力图

支架最不利反力状态下地基承载力为：

P=N/A（最不利面积）=[46.9+（0.15×0.15+0.55×0.55）/2×0.2×26]/（0.55×0.55）＝157.8kPa<160kPa。

混凝土压力扩散线与垂直线的夹角（45°）

可知地基承载力要求满足160kpa。

换填土承载力分析：

根据《建筑地基基础设计规范》GB-50007-20115.2.7计算

式中：

pz—相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）

Pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值（kPa）

pcz=[（0.55×0.55+0.6×0.9）×0.3÷2×18]/（0.6×0.9）=4.2kpa

faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）

式中：

b—矩形基础或条形基础底边的宽度（m）

Pk—基础底面的压力

pk=p=157.8kpa

l—矩形基础底边的长度（m）

pc—基础底面处土的自重压力值（kPa）

pc=（0.15×0.15+0.55×0.55）/2×0.2×26=0.85kpa

z—基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m）

θ—地基压力扩散线与垂直线的夹角（45°）

=87.95kpa

Pz+pcz=87.95+4.2=92.2kpa≤faz=120kpa

所以，30cm的8%灰土换填，可满足承载力要求。

5.6.2支架间距为0.6m*0.6m

刚度组合作用下，支架纵横向间距为0.6m*0.6m时，最大反力37.6KN：

刚度荷载组合下支架间距0.6m*0.6m的反力图

支架最不利反力状态下地基承载力为：

P=N/A（最不利面积）=[37.6+（0.15×0.15+0.55×0.55）/2×0.2×26]/（0.55×0.55）＝127.1kPa<160kPa。

混凝土压力扩散线与垂直线的夹角（45°）

可知地基承载力要求满足160kpa。

换填土承载力分析：

根据《建筑地基基础设计规范》GB-50007-20115.2.7计算

式中：

pz—相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）

Pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值（kPa）

pcz=[（0.55×0.55+0.6×0.6）×0.3÷2×18]/（0.6×0.6）=5kpa

faz—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）

式中：

b—矩形基础或条形基础底边的宽度（m）

Pk—基础底面的压力

pk=p=127.1kpa

l—矩形基础底边的长度（m）

pc—基础底面处土的自重压力值（kPa）

pc=（0.15×0.15+0.55×0.55）/2×0.2×26=0.85kpa

z—基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m）

θ—地基压力扩散线与垂直线的夹角（45°）

=106.1kpa

Pz+pcz=106.1+5=111.1kpa≤faz=120kpa

所以，30cm的8%灰土换填，可满足承载力要求。

6、边跨现浇段支架计算

6.1建立模型

结构采用大型结构有限元计算分析软件Midascivil进行整体空间受力分析，计算模型均采用梁单元进行模拟。

6.2模型说明

为了真实模拟支架受力情况，构件之间的空间位置按照真实情况模拟，构件之间的连接采用弹性连接之中的刚性连接，以保证结构整体受力的一致性。

本模型是对边梁现浇段支架进行验算。

6.3支架计算结果

6.3.1支架刚度结果

在考虑分项系数的荷载组合作用下，盘扣支架的Z向位移如下所示：

支架盘扣Z向位移图

支架I14工字钢Z向位移

支架盘扣Y向位移图

支架I14工字钢Y向位移

由以上结果可知，支架结构最大竖向位移为6.29mm，最大横向位移为1.48mm。

I14工钢相对Z向位移为0.6mm，则有容许位移L/400=900/400=2.25mm，所以I14工钢Z方向位移也满足规范要求。

6.3.2支架强度分析

考虑分项系数的荷载组合作用，支架各构件组合应力如下：

盘扣支架竖杆应力图

盘扣支架横杆应力图

盘扣支架斜杆应力图

支架I14应力图

由上图可知：

支架各构件最大组合应力表

编号

构件类型

材料

最大拉压应力（兆帕）

容许应力

（兆帕）

冗余度

1

盘扣支架竖杆

Q345

291.6

300

2.8%

2

盘扣支架横杆

Q235

76.9

215

64.2%

3

盘扣支架斜杆

Q235

58.3

215

72.9%

4

I14工字钢

Q235

130.1

215

39.5%

考虑分项系数的荷载组合作用，支架各构件剪应力如下：

盘扣支架竖杆剪力图

盘扣支架横杆剪力图

盘扣支架斜杆剪力图

盘扣支架I14工字钢剪力图

由上图可知：

各构件最大剪应力表

编号

构件类型

材料

剪应力绝对值

（兆帕）

容许剪应力

（兆帕）

冗余度

1

盘扣支架竖杆

Q345

12.4

175

92.9%

2

盘扣支架横杆

Q235

4.6

125

96.3%

3

盘扣支架斜杆

Q235

0.19

125

99.8%

4

I14工字钢

Q235

78.1

125

37.5%

通过对支架结构进行强度分析结果可知，在组合荷载作用下，结构组合应力及剪应力均满足规范要求。

6.3.3方木和竹胶板验算

（1）竹胶板验算

最不利截面在截面腹板处，梁高3.835m，竹胶板20mm厚计算，因腹板位置10cm×15cm方木间距200mm，所以竹胶板最大跨度为100mm。

竹胶板去1000mm板宽计算：

截面抗弯模量：

W=1/6×bh2=1/6×1000×202=66666.7mm3

截面惯性矩：

I=1/12×bh3=1/12×1000×203=666666.7mm4

按照最不利位置腹板处计算

作用于20mm竹胶板的最大荷载：

a、钢筋及砼自重取26kN/m3×3.835m（梁高）=99.7kN/m2

b、施工人员及设备荷载取4kN/m2

c、振捣荷载取2kN/m2

荷载组合：

恒荷载分项系数取1.2，活荷载分项系数取1.4。

取1m宽的板为计算单元。

则q1=（a+b+c）×1=（99.7+4+2）=105.7kN/m

q2=[1.2×a+1.4×（b+c）]×1128kN/m

受力计算简图

面板按三跨连续梁计算，支撑跨径取L=100mm。

　　　Mmax=1/10×qmaxl2=1/10*128*1002=128000N·mm

强度验算：

最大弯矩为σmax=Mmax/W=128000/66666.7=1.92N/mm2

挠度验算：

最大挠度ωmax=0.677q14/100EI=0.677*105.7*1004/（100*6000*666666.7）

=0.018mm<[ω]=L/200=100/200=0.5mm满足

20mm厚竹胶板验算满足要求。

（2）方木验算

①腹板处方木验算

最不利截面在截