连续梁钢管柱支架结构检算书.docx
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连续梁钢管柱支架结构检算书
连盐铁路站前工程LYZQ-Ⅴ标
跨沿海高速、苏北灌溉总渠特大桥
（72+120+72）m连续梁安全专项方案
0#块临时支架结构检算书
2014年10月25日
1、工程概况
跨沿海高速、苏北灌溉总渠特大桥位于盐城市滨海县境内，起讫里程DK167+273.735～DK179+870.975m，设计桥长12.59324km。
连续梁共有三联。
1.1199#-202#墩跨越沿海高速公路，结构形式采用1联（72+120+72）m连续梁；
1.2267#-277#墩结构形式，采用（73+2×128+73）m连续梁+（73+4×128+73）m连续梁跨越淮河入海水道、苏北灌溉总渠及S328省道。
其中271#墩为两联分界公用墩。
2、施工0#块支架设计检算
2.1基本情况
1．跨沿海高速公路连续梁，结构形式为（72+120+72）m连续梁，主墩为200#、201#桥墩。
200#墩高度为6.5米，201#墩高度为6.5米。
每个T构共有0-18个块段。
0#块悬臂段采用钢管柱斜置双槽钢支架方式施工。
0#块顺桥长度12m，高度为9.1米，宽度为12.3米。
C55混凝土499.5m3，自重1323.7t。
底板厚度从168.3cm变化到105.3cm，腹板厚度从140cm变化到110cm，顶板厚度从88.9cm变化到58.9cm，梁高9.1m。
墩身宽度为6米，0号块每侧悬臂长度为3米，单边悬出重量267.65t。
2.跨淮海入海道连续梁，结构形式为（73+2×128+73）m连续梁，主墩为268#、269#、270#桥墩。
268#墩高度为10.5米，269#墩高度为8.5米，270#墩高度为10.5米。
每个T构共有0-20个块段。
0#块悬臂段采用钢管柱斜置双槽钢支架方式施工。
0#块顺桥长度12m，高度为9.7米，宽度为12.5米。
C55混凝土521.5m3，自重1355.9t。
底板厚度从169.7cm变化到115.1cm，腹板厚度从140cm变化到110cm，顶板厚度从89.1cm变化到59.1cm，梁高9.7m。
墩身宽度为6米，0号块每侧悬臂长度为3米，单边悬出重量268.32t。
3.跨苏北灌溉总渠及S328省道连续梁，结构形式为（73+4×128+73）m连续梁，主墩为272#、273#、274#、275#、276#桥墩。
272#墩高度为16.5米，273#墩高度为16.5米。
274#墩高度为15.0米，275#墩高度为9.5米，276#墩高度为10.0米。
每个T构共有0-20个块段。
275#、276#墩0#块悬臂段采用钢管柱斜置双槽钢支架方式施工。
0#块顺桥长度12m，高度为9.7米，宽度为12.5米。
C55混凝土521.5m3，自重1355.9t。
底板厚度从169.7cm变化到115.1cm，腹板厚度从140cm变化到110cm，顶板厚度从89.1cm变化到59.1cm，梁高9.7m。
墩身宽度为6米，0号块每侧悬臂长度为3米，单边悬出重量267.48t。
2.20#块支架设计
200#、201#、268#、269#、270#、275#、276#墩0#块施工采用钢管柱斜置双槽钢支架结构形式。
最高墩为270#墩，墩身高度：
10,5m。
0#块C55混凝土521.5m3，自重1355.9t，为最重0#块。
因此钢管柱斜置双槽钢支架检算以270#墩为例进行检算。
O#块支架采用钢管柱基础，钢管支撑柱以墩身为中心，墩身顺桥向两侧对称布置4根Φ426mm×10mm钢管柱做支承，中间横联采用12槽钢。
（1）钢管柱基础
钢管支撑柱锚固在桥墩承台基础上。
在桥墩承台基础上预埋四根Φ25mm锚固钢筋，将钢板柱底座板锚固牢固。
锚固钢筋可先预埋，也可后钻孔灌浆锚固。
NI钢管柱制作及安装。
钢管柱采用直径Φ426mm，壁厚10mm成品钢管制作。
进场材料不得小于设计标准，钢管柱按施工设计尺寸下料，拼接口应平齐圆顺。
钢管柱支撑柱上下两端设20mm厚盖板，盖板尺寸为600×600mm。
盖板与钢管柱周边满焊缝，焊缝高度不小于10mm。
支撑柱底座定位。
先将承台顶面按设计尺寸放出钢管柱十字线位置，在锚栓位置钻直径Φ50mm、深度300mm孔，灌水泥浆锚固Φ25mm钢筋，然后锚固钢管柱底脚法兰钢板（600×600mm、厚20mm的钢板）。
钢板下面的空隙填满砂浆，确保钢管柱安放牢固。
钢管柱安装采用人力配合汽车吊就位。
在安装过程中使用经纬仪对中照线检查，确保上下垂直。
调正-垂直后，将锚栓与底座板焊接牢固，塞实密帖底座板。
再在底座板管外四周焊接4块10cm×5cm、厚10mm的三角钢板加劲肋，以增强底座板的刚度。
钢管柱安装允许偏差
序号
检查项目
允许偏差
1
立柱中心线和基础中心线
±5mm
2
立柱顶面标高和设计标高
+0mm，-20mm
3
立柱顶面不平度
±5mm
4
各立柱不垂直度
长度的1/1000，最大不大于10mm
5
各柱之间距离
间距的1/1000
6
各立柱上下两平面相应对角线差
长度的1/1000,但不大于20mm
钢管柱安装就位后，焊接横向横梁及剪刀撑，以保证支撑柱横向的整体稳定性。
剪刀撑及横梁采用12#槽钢。
钢管柱纵向与墩身连接，墩身预埋400×400×20mm钢板，采用4组2根20a槽钢焊接纵向横梁，以保证支撑柱纵向的稳定性。
（2）工字刚主梁安装
钢管柱基础工字钢主梁采用2根I45b工字钢。
首先将2根Ⅰ45b工字钢并龙连接成一体。
吊装-落在落架支座上，进行焊接，控制工字钢位置、限制其移位。
墩身基础工字钢主梁采用2根Ⅰ350×175×7mm工字钢。
首先将2根Ⅰ35b工字钢并龙连接成一体。
吊装-落在墩顶预埋钢板上，进行焊接，控制工字钢位置、限制其移位。
（3）工字钢纵向分配梁安装
纵向分配梁采用22根Ⅰ350×175×7mm工字钢。
吊装，按照设计位置布置，落在钢管柱基础主梁和墩身基础主梁上。
吊装完毕后进行加固措施，加固措施可采用与主梁进行点焊连接，控制工字钢位置、限制其移位。
0#块支架布置图：
0#支架侧面图（尺寸单位cm）
0#块支架正面图（尺寸单位cm）
2.3施工0#支架荷载取值计算
1、箱梁0#块的立面及平面参见下图。
箱梁0#块立面、平面图（mm）
2、主要计算参数
2.1材料参数
（1）钢筋砼容重G砼=26KN/m3；
（2）钢材弹性模量E钢=2.0×105MPa；
（3）材料容许应力Q235钢，弯曲应力[σw]=145MPa，剪应力[τ]=85Mpa，轴向应力[σ]=140Mpa。
2.2荷载参数
（1）砼超载系数：
k=1.05。
（2）施工人员、施工料具运输、堆放荷载按2.5KN/m2计。
（3）倾倒及振捣混凝土产生的冲击荷载按4.0KN/m2计。
（4）钢模每平米重量P钢模＝1.2KN。
实际验算中重点计算混凝土湿重，按照3个关键截面进行统计，参见下图。
箱梁重量统计的3个关键截面
关键截面具体截面尺寸参见下图。
箱梁重量统计的3个关键截面尺寸（mm）
同时考虑到混凝土湿重的横向不一致，分区进行荷载统计，具体分区参见下图。
箱梁重量统计的3个分区
A区：
翼缘板部分。
B区：
腹板部分。
C区：
底板、顶板部分。
下表统计了支架施工区域的混凝土湿重。
表1各截面的分区面积统计（m2）
A区
B区
C区
B区
A区
截面1
4.88
10.58
12.45
10.58
4.88
截面2
0.95
10.51
11.01
10.51
0.95
截面3
0.95
10.14
11.01
10.14
0.95
截面1至截面2的距离为0.5m,截面2至截面3的距离为2.5m。
则可得到支架施工区域的不同分区的重量如下表。
表2各截面的分区重量统计（kN）
A区
B区
C区
B区
A区
99.645
808.21
868.14
808.21
99.645
根据《铁路桥规》，对各种荷载进行效应组合，进行荷载计算，并对设计的支架进行验算。
荷载组合见下表。
表3荷载计算表
序号
荷载类别
荷载大小（KN）
A区
B区
C区
1
模板及支架等自重
9
3.96
17.28
2
新浇钢筋混凝土重量
99.645
808.21
868.14
3
施工人员、施工料具运输、堆放荷载
18.75
8.25
36
4
倾倒及振捣混凝土产生的冲击荷载
30
13.2
57.6
合计
157.395
833.62
979.02
3、支架设计
将纵向分配梁平行于底板模板布置后，会对钢管柱产生水平向的作用力，经过荷载统计后，该水平向的荷载值为：
268.32*48.3/350*10=370.3kN。
钢管柱采用4组20a双槽钢进行纵向抗拉加固，与墩身预埋钢板焊接。
焊缝验算结果为：
按照正面角焊缝强度计算基本公式
=
[
]
（1）
式中
—垂直于焊缝长度方向的应力；
—角焊缝的强度设计值，其值按焊件钢材的容许剪应力取用。
如焊件为Q235钢，取[
]=85N/mm2；
—直角角焊缝的有效厚度，
=0.7
；
—焊脚尺寸，
，t1为较薄焊件的厚度，t2为较厚焊件厚度，单位为mm。
计算时，焊脚尺寸取整数。
—焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的实际长度每端减去
计算。
上述基本公式可适用于任何受力状态。
本次计算得到
，按照结构偏安全考虑和数值取整，焊角尺寸取为5mm，结构采用双槽钢形式，经求解计算可得
N/mm2，小于角焊缝强度设计值[
]=85N/mm2。
综上所述，结构采用4组20a双槽钢进行纵向抗拉加固,采用满焊，则焊缝剪应力为39MPa，能满足焊缝强度要求，安全系数为2.18倍。
此外，考虑预埋锚固钢筋与混凝土的摩阻作用，钢筋预埋入墩柱50cm，锚固钢筋与混凝土的粘结强度取值为1.5MPa，螺纹钢筋周长周长为100mm。
则总计能承受的的纵向拉拔力1.5*100*500*4=300kN，纵向抗倾覆安全系数为300/（370.3/4）=3.24倍。
支架按照下图进行设计。
支架立面设计（mm）
根据荷载统计结果，支架现浇需要承受的重量为296吨。
每根钢管能承受的最大荷载为275吨，则横桥向设计4根钢管，共能承受1100吨，安全系数为3.7。
支架横向构造参见下图。
支架横截面设计（mm）
2.4支架有限元分析检算
支架模型建立及验算均使用MIDAS软件，建立的有限元数值模型如下图。
图1有限元模型
1、弯曲应力分析
从图中可以看出，最大弯曲应力为104Mpa＜[σw]=145MPa，满足规范要求。
图2弯曲应力
2、剪应力分析
剪应力等值线图如下图。
图3剪切应力
从图中可以看出，支架最大剪应力为54.6Mpa＜[τ]=85Mpa，满足规范要求。
3、轴向应力分析
轴向应力等值线图如下图。
图4轴向应力
从图中可以看出，支架最大轴向应力为47.6Mpa＜[σ]=140Mpa，满足规范要求。
4、支架变形分析
位移等值线图如下图。
图5竖向变形
从图中可以看出，支架最大变形5.15mm5、钢管柱失稳验算
取钢管柱最大长度进行计算分析，最大长度为10.25m，根据细长杆临界力欧拉公式：
式中:
弹性模量E取210GPa；惯性据
，D取0.426m,d取0.406m；钢管视为一端固结，一端铰接，则
取0.7。
图6钢管柱轴力（kN）
由上图可以看出：
钢管柱最大轴力为556kN。
计算得最大临界力为11388kN>556kN，安全系数为20.5。
6、纵向抗倾覆验算
纵向拉杆的反力结果为：
图7拉杆反力（kN）
焊缝采用满焊，经求解计算可得
N/mm2，小于角焊缝强度设计值[
]=85N/mm2。
安全系数为1.89倍。
此外，考虑预埋锚固钢筋与混凝土的摩阻作用，钢筋预埋入墩柱50cm，锚固钢筋与混凝土的粘结强度取值为1.5MPa，精轧螺纹钢筋周长周长为100mm。
则总计能承受的的纵向拉拔力1.5*100*500*4=300kN，纵向抗倾覆安全系数为300/119.6=2.5倍。
2.5检算结论
经上述分析，施工中使用的支架支撑系统，各杆件在其施工过程中强度及变形均能够满足需要。
实际施工监控确定立模标高时，需要考虑支架中间的5.15mm的竖向变形。
纵向抗倾覆验算结果：
焊缝（满焊）安全系数为1.89倍；预埋件抗拉安全系数为2.5倍。
综合分析安全系数为1.89倍。
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