3钢管贝雷梁支架制梁法检算书第十七联解读.docx
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3钢管贝雷梁支架制梁法检算书第十七联解读
中铁22局海沧货运通道（疏港通道-海翔大道段）Ⅱ标
箱梁贝雷梁支架检算书
一、工程概况
（一）、本专项方案适用条件与范围
海沧货运通道（疏港通道-海翔大道段）Ⅱ标桥梁上部结构。
（二）、技术条件
道路等级：
城市快速路；
设计行车速度：
80km/h；
设计汽车荷载：
城-A级（荷载系数1.3）
（三）、结构形式及设计主要参数
⑴截面类型为单箱多室。
截面见下图。
⑵桥面宽度：
主线桥宽度分13.25m、15.5m、26m、37m四种，B匝道为8m，C,D匝道为9.5m。
⑶梁体跨度为30m－40m，梁高为2.2m。
⑷梁体混凝土强度等级为C50，封锚采用强度等级为C50的补偿收缩混凝土。
2、模板支撑架总体方案概况
现浇支架采用钢管贝雷膺架，两端立柱支撑在承台上，中间支撑柱采用37×2×1m条形混凝土基础。
一次主梁之上的二次分配梁采用44排单层普通型贝雷片顺桥向布置。
贝雷桁架梁与墩身间缺口处，采用I18工字钢或者20号槽钢搭接过渡，一端搭接在贝雷梁上，另一端搭在墩帽上。
钢管柱顶高程逐一核对，并考虑支架预留拱度，支架卸落采用卸漏砂箱并临时连接成整体。
贝雷桁架纵梁按设计图逐根组装，每两片为一组，中间设置标准桁撑，以求稳定防侧倾，然后使用吊车逐根吊装就位。
贝雷桁架梁之上横桥向摆布I12.6工字钢分配梁，间距采用50cm和80cm。
再上铺设梁底方木楞、竹胶模板。
力学传递程序：
现浇箱梁砼→模板→工字钢横向分配梁（I12.6）→贝雷纵梁（1.5*3）→支撑横梁（双拼40B工字钢）→卸落装置→钢管柱式支墩（φ630*8mm）→承台顶或现浇砼基础顶。
此验算方案以Z57#-Z59#墩的第十七联（35+35）m（此联梁宽36.8m，为全桥最宽）作为验算对象。
如下图单层支架纵段布置图及横断面示意图所示：
支架横断面布置图
支架纵断面布置图
模板：
模板均采用木模，竹胶板采用2.44m*1.22m*15mm，方木采用4000×100×100mm。
分配梁：
采用I12.6工字钢，一般截面处间距0.8m，中横梁与端横梁处间距为0.5m，布置范围：
贝雷梁桁架上；
主力桁架：
采用单层44排贝雷梁，每片贝雷梁用U型螺栓与横梁连接以增强支架整体稳定性；
大横梁：
置于支墩钢管顶砂箱上，采用双拼40B工字钢，长37米布置范围：
钢管柱支墩：
采用φ630mm螺旋焊接钢管，厚8mm；每支墩13根钢管。
起落架：
采用卸漏砂箱，采用外径φ630mm钢管制作外套管、预制φ608砼块作内套管，高50cm，每个钢管支柱上设一个；
基础：
以桥墩台的承台及跨中现浇钢筋砼平台作为支墩基础。
如承台宽度不足，加宽承台以保证钢管立柱的安装。
3、方案设计依据及参数
1、海沧货运通道（疏港通道-海翔大道段）工程桥梁工程设计图；
2、本工程各桥梁下部结构设计图纸及《装配式公路钢桥多用途使用手册》；
3、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；
4、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；
5、《桥涵施工技术指南》；
6、《路桥施工计算手册》；
7、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）
8、《钢结构设计规范》（GB50017—2003）；
9、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
10、钢材弹性模量E=2.1×105MPa；Q235钢材容许容许弯曲应力σw=215MPa，容许剪应力τ=125MPa；贝雷桁架的允许压应力及弯应力为f＝273MPa；剪应力fv=208MPa。
11、钢筋混凝土重度rc=26KN/m3；
12、施工人员及机械活载按1KN/m2、模板重量按2.5KN/m2，（参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值）。
；
13、振捣、倾倒混凝土荷载4KN/m2，（参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值）。
14、恒载系数1.2，活载系数1.4。
15、主梁与分配梁允许挠度【ω】=L/400。
四、荷载计算
（一）、计算箱梁支撑段横截面积
被支撑梁段一般截面横截面面积：
A=25.53m2；箱梁顶面宽度B=36.8m。
被支撑梁段中端横梁处横截面面积：
A=67.6m2；箱梁顶面宽度B=36.8m。
（二）、计算支撑架设计荷载
①、箱梁结构恒载：
q1=rc*A=664KN/m（一般截面处）
q1=rc*A=1757.6KN/m（中端横梁截面处）
验算取一般截面处的结构恒载。
②、箱梁模板恒载：
q2=B*q=92KN/m；（q为模板荷载，取2.5KN/m2。
）
③、支撑架结构恒载：
q3=14％*q1＝93KN/m；（按以往施工经验估算。
）
④、振捣、倾倒混凝土荷载：
q4=4KN/m
⑤、施工人、机活载：
q5=1*B=37KN/m。
支撑架设计计算荷载：
q=1.2*（q1+q2+q3）+1.4*（q4+q5）=1076KN/m。
结构计算荷载放大系数K=1.62。
五、内力计算
（一）、绘制支撑架受力分析的荷载简图
支撑架纵向受力荷载计算简图如下：
（图2）
（二）、使用结构力学法计算（利用三弯矩方程法）计算各支点弯矩
MA=MD=0，MB=-10826.31KN·m,MC=-11383.53KN·m；
（三）、利用力矩平衡法求支座反力
利用力矩平衡法，由A点开始对B点取弯矩，力矩平衡方程为：
1）9.7R1-0.5*1076*9.72=MB=-10826.31求得R1=4102.49KN
2）（9.7+10.5）*4102.49+10.5R2-0.5*1076*（9.7+10.5）2=MC=-11383.53
求得R2=11930.64KN
3）10R4-0.5*1076*102=MC=-11383.53求得R4=4241.65KN
4）（10+10.5）*4241.65+10.5R3-0.5*1076*（10+10.5）2=MB=-10826.31
求得R3=12220.42KN
内力结构图如下：
结论：
支点C处的反力（R3=12220.42KN）最大，故以此处为对象作荷载分析。
六、结构设计内力及检算
（一）、钢管支撑柱设计
1、钢筋支撑柱的布置设计
根据计算的支点反力结果判定，纵向钢管支撑柱C点的分担荷载最大。
故以此为计算设计对象。
纵向钢管支撑柱C点的横断面支撑结构如图所示。
横向每个支撑点布置13根直径φ630mm、壁厚10mm钢管柱。
钢管柱按等面积荷载布置。
为设计计算简便，以受载最大C截面支撑点为基准计算。
对应分担的最大计算荷载为R=R3/13=940KN。
（若采用更多根钢管时，钢管立柱的承载能力更大更安全。
）
（1）、钢管柱几何参数
本标段支架所用的钢管支撑柱全部拟选用直径φ630mm、壁厚10mm钢管做支撑柱。
C点钢管柱受压高度h=7.0m。
属于受压短杆（小柔度杆，不适应于欧拉公式）
（2）、立柱强度验算
a、立柱长细比
回转半径
长细比
＜[λ]=150
满足要求。
b、立柱临界应力验算：
此类钢管为b类，轴心受压杆件，A3钢，查《钢结构设计与计算》P520页知：
Φ＝0.929，A＝19400mm2，[σ]=140MPa
允许轴向压力[N]=Aφ[σ]=0.929×15625×140=2032.19KN
[N]>R=940KN，满足要求。
（3）、钢管立柱的布置
将箱梁横截面面积均分成13等份，每份面积A1=A/13=1.964m2，再求出每一份的形心，则每根钢管立柱布置在每份的形心处。
如下图：
为减小工字钢主梁的悬臂长度，将最外侧钢管立柱外移65cm，则钢管立柱的实际间距为2.85m+3.01m+2.84m+2m+3.42m+2.28m+……
（二）、临时基础设计要求
本支撑架支撑荷载R3=12220.42KN，采用混凝土临时扩大基础，临时基础横桥向长度拟设37m、顺桥向宽度2m、高度0.6m（当跨既有线施工，基础作为车道的分隔带时，基础可加高到1.0m）；地基基底允许承载能力不得小于200Kpa既满足要求。
1、计算地基允许承载力要求σ＝F/s＝12220.42/（37*2）＝165KPa。
（<[σ]，满足！
）
2、临时支墩基础
根据承台长度来定，拟设长37m，宽2m，高度0.6m，因基底坐落在既有路面上，承载能力较好，不需另作处理，基础采用c30混凝土，必要时可在底层铺一层钢筋网片。
（三）、工字钢主梁（双拼40B工字钢）计算
由于纵向钢管支撑柱C点的支撑分担荷载最大，最大支撑反力R3=12220.42KN。
横向主梁在此处分担的荷载也最大，所以验算次此处的横梁受力即可，横梁拟采用双拼40B工字钢。
查表得40B工字钢的截面特性：
截面惯性矩Ix＝22781cm4，Wx=1139cm3，Sx=671.2cm3,d=12.5mm。
钢材的力学性能：
弹性模量E=2.1×105MPa，容许弯曲应力σw=215MPa，容许剪应力τ=125MPa。
梁宽为37m，每根H型钢长度按37m计算，则每米H型钢承受的荷载q=R3/37=330.3KN/m.。
。
工字钢立在钢管立柱上，取6跨连续梁验算，跨径为（2.85+3.01+2.84+2+3.42+2.28）m，工字钢受力分析简图如下图所示:
计算可知Mmax=302.258KN·m，Qmax=581.648KN
1）弯拉应力验算
弯拉应力δ=Mmax/2Wx=302.258×103/2×1139×10-6=132.7Mpa<〔σw〕=215Mpa，满足要求。
2）剪应力验算
剪应力
65.03Mpa<〔τ0〕=125Mpa，满足要求。
3）挠度验算
最大扰度出现跨度3.42m的跨中
扰度f=5ql4/（2×384EIx）=5×330.2×3.424/（2×384×2.1*105×22781×10-8）=6.1mm<〔f0〕=L/400=3420/400=8.55mm，满足要求。
4）工字钢悬臂端扰度验算
f=ql4/2×8EI=330.2×24/（2×8×2.1×105×22781×10-8）=6.9mm<〔f0〕=L/200=2000/200=10mm,满足要求
（四）、贝雷梁计算
贝雷梁按单排布置，共布置44排，每两排间用450mm桁架与900mm桁架连接，贝雷梁横向用12.6槽钢连接成整体，以提高整体性和稳定性。
贝雷桁架物理几何指标
型号
几何特性
容许内力
单排单层
不加强型
Ix（cm4）
W（cm3）
弯矩（kN·m）
剪力（kN）
材质拉压应力f（MPa）
材质剪应力
fv（MPa）
250497.2
3578.5
788.2
245.2
273
208
根据前面的支架内力计算所得，知：
最大弯矩MC=11383.53KN·m；最大剪力Q＝6518.35KN。
1）选取贝雷梁片数
①取最大弯矩检算，可知N＝11383.53/788.2=14.4片，取15片；②按最大剪力检算，N＝6518.35/245.2＝26.6片，取27片，所以取44片足够安全。
2）弯矩剪力验算
贝雷梁允许弯矩44*788.2=34680.8.4KN·m>Mmax=11383.53KN·m
贝雷梁允许剪力44*245.2=10788.8KN>Tmax=6518.35KN
满足要求。
3）应力验算
贝雷梁允许弯曲拉压应力
72.3MPa4）扰度验算
贝雷梁最大扰度出现在跨度为10.5m跨中。
扰度f=5ql4/（384EI）=5×1076×10.54/（384×2.1×105×250497.2×44）
=7.4mm5）贝雷梁布置
取44片贝雷梁，每两片用45cm或90cm花架连接，共22组，将箱梁横截面等分为22份，每组贝雷梁布置在每份的形心处（为减小贝雷梁上横向分配梁的悬臂长度，实际布置时将最外侧贝雷梁向外移50cm），贝雷梁布置间距如下：
（五）、箱梁底模横向分配梁I12.6工字钢分配梁验算
箱梁底模横向I12.6工字钢分配梁，摆布间距一般截面处为80cm，中横梁与端横梁处为60cm，根据支架横断面布置图，贝雷梁实际布置时，贝雷梁横向最大间距为178cm，则工字钢最大跨度为178cm，验算取最大跨度验算。
一般截面处每根工字钢承担荷载Q=0.8*（1.2（q1+q2）+1.4（q4+q5））=0.8m×964.6KN/m=771.7KN，梁宽为37m，所以每根工字钢长度按37m计算，则每米工字钢承受的荷载q=Q/37=20.8KN/m；中横梁与端横梁处每根工字钢承担荷载Q=0.6*（1.2（q1+q2）+1.4（q4+q5））=0.5m×2276.2KN/m=1138.1KN，梁宽为37m，所以每根工字钢长度按37m计算，则每米工字钢承受的荷载q=Q/37=30.8KN/m。
I12.6工字钢受力分析简图如下:
查表得12.6工字钢的截面特性：
截面惯性矩Ix＝488cm4，Wx=77.4cm3，Sx=44.4cm3,d=5mm。
钢材的力学性能：
弹性模量E=2.1×105MPa，容许弯曲应力σw=215MPa，容许剪应力τ=125MPa。
1）一般截面处验算
a、弯拉应力验算
跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=20.8×1.782/8=8.2KN·m
弯拉应力δ=Mmax/Wx=8.2×103/77.4×10-6=105.9Mpa<〔σw〕=215Mpa，满足要求。
b、剪应力验算
最大剪力Qmax=0.5ql=0.5×20.8×1.78=18.5kN
剪应力
33.7Mpa<〔τ0〕=125Mpa，满足要求。
c、挠度验算
f=5ql4/（384EI）=5×20×1.574/（384×2.1×105×488×10-8）
=2.6mm<〔f0〕=L/400=1780/400=4.5mm，满足要求。
2）中端横梁截面处验算
a、弯拉应力验算
跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=30.8×1.782/8=12.2KN·m
弯拉应力δ=Mmax/W=12.2×103/77.4×10-6=157.6Mpa<〔σw〕=215Mpa，满足要求。
b、剪应力验算
最大剪力Qmax=0.5ql=0.5×30.8×1.78=27.4kN
剪应力
50Mpa<〔τ0〕=125Mpa，满足要求。
c、挠度验算
f=5ql4/（384EI）=5×30.8×1.784/（384×2.1×105×488×10-8）
=3.9mm<〔f0〕=L/400=1780/400=4.5mm，满足要求。
（六）、箱梁底模纵梁（10cm*10cm方木）验算
底模纵梁采用10cm*10cm方木，根据《木结构设计规范》：
普通松木的抗弯强度设计值fm=13MPa，抗剪强度fv=1.5MPa，弹性模量为E=9.5*103MPa，挠度极限值L/400。
Wx=166.7cm3,Ix=833cm4，Sx=125cm3。
方木底板处的布距（中心间距）为40cm，横隔板及腹板处的布距加密到20cm。
横隔板及腹板处混凝土厚度为2.2m，混凝土自重荷载为2.2*26=57.2KN/m2；底板处混凝土厚度为0.5m，混凝土自重荷载为0.5*26=13KN/m2
则横隔板及腹板处计算荷载0.2*（1.2*（57.2+2.5）+1.4*（1+4））=15.73KN/m；底板处计算荷载0.4*（1.2*（13+2.5）+1.4*（1+4））=10.24KN/m
方木纵向布置在横向工字钢分配梁上，取3跨连续梁做受力分析，简图如下：
计算可知横隔板及腹板处Mmax=1.01KN·m，Qmax=7.55KN
底板处Mmax=0.65KN·m，Qmax=4.9KN
1）横隔板及腹板处方木验算
a弯拉应力验算
弯拉应力δ=Mmax/Wx=1.01×103/166.7×10-6=6.06Mpab剪应力验算
剪应力
1.13Mpac挠度验算
扰度
0.54mm<〔f0〕=L/400=800/400=2mm，满足要求。
2）底板处方木验算
a弯拉应力验算
弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.65×103/166.7×10-6=3.9Mpab剪应力验算
剪应力
0.73Mpac挠度验算
扰度
0.35mm<〔w〕=L/400=800/400=2mm，满足要求。
（七）、箱梁底模面板（竹胶板）验算
底模采用竹胶板，规格为2.44m*1.22m*15mm，竹胶板的力学参数如下：
弹性模量E=6.5*103MPa，
设计抗弯强度50MPa，
底板处Wx=0.16667bh2=0.16667*20*1.52=7.5cm3
中隔板及腹板处Wx=0.16667bh2=0.16667*10*1.52=3.75cm3
底板处计算荷载1*（1.2*（0.5*26+2.5）+1.4*（1+4））=25.6KN/m
横隔板及腹板处计算荷载1*（1.2*（2.2*26+2.5）+1.4*（1+4））=78.64KN/m
受力简图如下：
1）底板处面板验算
跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=25.6×0.22/8=0.128KN·m
弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.128×103/7.5×10-6=17.06Mpa<50Mpa，满足要求。
扰度f=5ql4/（384EIx）=5×25.6×0.24/（384×6.5×103×3.75×10-8）=0.22mm2）中隔板及腹板处面板验算
跨中最大弯矩Mmax=ql2/8=78.64×0.12/8=0.098KN·m
弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.098×103/3.75×10-6=26.1Mpa<50Mpa，满足要求。
扰度f=5ql4/（384EIx）=5×78.64×0.14/（384×6.5×103×3.75×10-8）=0.04mm（八）、箱梁侧模验算
现浇混凝土对模板的侧压力计算：
新浇筑的初凝时间按8h，腹板一次浇注高度2.2m，浇注速度1.5m/h，混凝土无缓凝作用的外加剂，设计坍落度16mm。
根据规范计算模板的侧压力。
=77.3KN/m2
—混凝土的重力密度（
）
—新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。
当缺乏试验资料时，可按
计算；（混凝土初凝时间按8h算）
—外加剂影响系数，不产外加剂时取1.0；掺有缓凝作用的外加剂时取1.2.
—混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm，取0.85；50-90mm时，取1.0，110-150mm时，混凝土采用泵送，故取1.15；
—混凝土浇筑速度，取1.5（m/h）；
取以上两值的最小值，故最大侧压力为
则侧模的荷载q=57.2*1.2+（1+4）*1.4=75.64KN/m2
面板为15mm厚竹胶板，模板次楞（竖向分配梁）间距为30cm，计算高度取100cm。
面板截面参数：
E=6.5*103MPa
设计抗弯强度50MPa
Ix=0.08333bh3=0.08333*100*1.53=28.1cm4，
Wx=0.16667bh2=0.16667*100*1.52=37.5cm3。
计算简图如上（3跨连续梁）计算结果：
Mmax=0.681KN.m
1）弯拉应力δ=Mmax/Wx=0.681/37.5=18.2Mpa<50Mpa，满足要求
2）最大扰度
0.22mm验算结束，经验算，支架的受力安全可行。
验算完成，经验算支架布置符合要求，此方案结构受力安全可行。
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