泗许特大桥门洞方案及脚手架计算书.doc

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新建宿淮铁路工程SHZH-1标段

跨泗许高速立交特大桥（40+64+40）m连续箱梁

（DK020+795）

连续梁满堂现浇支架计算书

及交通组织方案

中交第二航务工程局有限公司宿淮铁路工程指挥部

二〇一〇年三月二日

新建宿淮铁路工程SHZH-1标段

跨泗许高速立交特大桥（40+64+40）m连续箱梁

（DK020+795）

连续梁满堂现浇支架计算书

及交通组织方案

编制：

日期：

审批：

日期：

中交第二航务工程局有限公司宿淮铁路工程指挥部

二〇一〇年三月二日

跨泗许高速立交特大桥连续箱梁满堂支架现浇

计算书及交通组织方案

1、概况

跨泗许立交特大桥（40+64+40）m位于宿州市埇桥区，梁底宽3.4米，顶宽4.9米，梁高变化在3m~5m之间，宿淮铁路于DK020+795处上跨泗许高速公路而建，高速公路目前在该段基层已施工完成，桥位处于地势开阔平坦，交通条件便利。

该桥在上跨泗许高速公路时设计为三跨连续箱梁，满堂支架现浇。

边跨孔40米，主跨跨64米，现浇采用普通钢管脚手架，为确保在建泗许高速公路正常施工，在高速公路路基宽度范围内留设门洞，左右幅各设置门洞一个，门洞宽度按路面沥青混凝土摊铺机通过为原则，门洞设置宽度7米，门洞的限制高度均为5.5米。

2、工期安排：

目前连续箱梁段钻孔桩已全部完成，正在进行下部结构承台、墩身的施工。

计划开始施工上部结构连续箱梁在2010年3月25日，完工日期2010年6月25日，总工期3个月。

3、总体施工方案

本工程施工协调主要牵涉到在建泗许高速公路相关单位，施工范围不涉及其它的交通管理部门协调问题，施工时，跨高速公路设置双向门洞行车道2个，门洞限高5米，净宽7米。

场外设置减速带、标示牌，夜间指示灯等安全防护用具。

门洞支架采用钢管桩加组合H型钢分配梁搭设，非门洞处采用满堂落地式脚手架现浇，混凝土浇注前采用袋装砂进行预压，预压荷载根据设计要求进行施工。

4、基础处理

门洞基础采用C30混凝土基础，在基础顶部配置钢筋网片，基础底部采用双层油毛毡隔离，并在基础混凝土顶面预埋钢管桩立柱底座板。

非钢管支架基础在高速公路范围，采用满堂支架浇注，钢管脚手管底部支撑在25#槽钢上，保护目前的路面基层部分。

非跨高速公路部分满堂支架基础需要进行处理，施工前将原地面找平，场地平整后用18吨压路机压实，后铺筑一层15cm厚级配碎石层压实后（软弱地段换填垫片石和灰土），再浇筑一层15cm厚C20混凝土垫层硬化处理。

5、门洞设置及交通组织

1）门洞设置在高速公路左右幅，每幅设置一个门洞，门洞净尺寸B（宽）xH（高）=7.0mx5.5m和B（宽）xH（高）=7.0mx5.5m。

2）安全设施：

目前高速公路正在建设之中，车流流量主要来自施工车辆，在考虑安全设施防护时在主要考虑施工的车辆。

在洞口前后各200米处设置减速带，并设置限高杆，在门洞前后各1000m范围设置限速标识牌和安全警示牌。

夜间照明及警示灯等装置在门洞口设置，所示警示牌均要有夜间反光装置。

6、基坑开挖施工

跨泗许高速公路特大桥31#、32#墩位于高速公路路基两侧，基坑开挖深度在3.7米，原地地面标高+25.2m，基坑开挖底标高在+21.5m左右，基坑开挖在该处采用25#槽钢，单根长度10米，利用振动锤逐根打入，形成垂直支护，对角采用水平支撑围囹支撑。

7、门洞支架设计方案

门洞部分采用钢管桩基础，浇注混凝土扩大条形基础，钢管桩直径600mm，壁厚16mm，单根钢管立柱顶横桥向设置H700组合型钢，与钢管顶封端板采用三角劲板焊接牢固，纵桥向也布置H700组合型钢。

下图为钢管支撑部分梁体模板图。

8、门洞结构设置力学安全性验算

门洞立柱采用φ609X16钢管，立柱间距2.25米，顺桥向主梁布置H700型钢，钢管顶横桥向分配梁为H700组合型钢，高速公路与宿淮铁路立交平面夹角50度。

8.1各材料截面性能特征：

（一）、φ609*16钢管截面特性

1、钢管截面积:

A=1/4π（D2-d2）=π/4*（60.92-57.72）=298.074cm2

2、钢管的回转半径:

ix=20.973cm

3、单位重：

g=234Kg/m

4、抗扭系数Wt=8611.973cm3

5、轴惯性矩Ix=[（D/2）^2-（D/2-t）^2]*3.142=131117.298cm4

6、截面抵抗矩Wx=0.0982*[（D^4-（DN）^4]/D=4305.9cm3

（二）、H700组合钢梁截面特性

1、截面积

A=1.8*70*2+66.4*1.6*2=464.5cm2

2、轴惯性矩Ix=2*1.6*66.43/12+2*70*1.8*33.292+（忽略）

=357340.4cm4；

3、截面抵抗矩Wx=IX/34.1=357340.4/34.1=10479.2cm3

4、单位重：

g=364.6Kg/m

（三）、I32a截面特性

1、截面积:

A=67.12cm2

2、钢管的回转半径:

ix=12.85cm

3、单位重：

g=52.69Kg/m

4、轴惯性矩Ix=11080cm4

6、截面抵抗矩Wx=692.5cm3

8.2荷载取值情况：

荷载取值：

最不利荷载处梁截面尺寸如下，顶底板厚按800mm计算，腹板处腹板厚600mm，梁高按为3500mm代入计算：

1）根据设计图纸混凝土容重为N1=26KN/m3，

2）模板考虑自重按N2=0.75KN/m2，

3）、施工人员施工料具行走或堆放荷载N3=2.5KN/m2，

4）、混凝土振捣时产生荷载N4=2KN/m2，

5）、混凝土倾倒产生的冲击荷载取N5=2.0KN/m2，

腹板与底板处每平米荷载值：

腹板处砼自重N1腹=26X3.5=91KN/m2，底板处混凝土自重N1底=26X0.8=20.8KN/m2。

P=1.2X（91+0.75）+1.4x（2.5+2+2）=119.2KN/m2

底板处每平方米承受荷载为:

P=1.2X（20.8+0.75）+1.4x（2.5+2+2）=35KN/m2

腹板处线荷载q=119.2x0.6+0.55*35=90.8kN/m。

按腹板处最大弯矩Mmax=1/8*qL2=0.125*119.2*（8/COS40）2=1238KN.m。

8.3验算跨门洞组合主型钢（L=8/COS40=10.443m）:

W=1238x1000/170=7281cm3。

选H700组合型钢，W=10479.2cm3＞7281cm3，可以满足要求。

计算腹板下型钢挠度：

ω=5ql4/（384EI）=5*90.8*104434/（384*2.10*105*357340.4*104）=18.7mm

允许挠度［f］=l/500=10443/400=26mm

挠度满足要求。

8.4钢管立柱顶横桥向分配梁计算

翼缘板与顶底板处均按800mm毫米混凝土计算，腹板宽度600mm以内按3500mm高厚度计算荷载，各处线荷载计算如下：

边跨线荷载：

Q1（顶底板、翼缘板处）=37.36X0.5X10.443=195KN/m

Q2（腹板处）=q=121.6x0.5X10.443=635kN/m

简化计算简图，受力简图如下：

经过计算，得到弯矩和剪力图如下：

荷载计算简图（KN\m）

弯矩图（KN.m）

剪力图（KN）

最大弯矩Mmax=136.38KN.m

按此布置需要的材料截面抗弯模量W=136.38x1000/170=802cm3.

选2I32a工字钢，W=2x469.4=938.8＞802cm3

满足要求。

计算最大截面处剪力产生的应力：

最大剪力：

Qmax=490.28+195.25=685.53KN：

Sx=400.5cm3,I=11080cm4

满足要求。

中间跨立柱顶横向分配梁荷载如下：

最大计算荷载处，荷载分布宽度B=0.5*（7+5）/COS40=15.7*0.5m，各处线荷载计算如下：

Q1（顶底板、翼缘板处）=37.36X15.7*0.5=293.3KN/m

Q2（腹板处）=q=121.6x15.7*0.5=954.5kN/m

荷载计算简图（KN\m）

弯矩图（KN.m）

剪力图（KN）

最大弯矩Mmax=205.1KN.m

按此布置需要的材料截面抗弯模量W=205.1x1000/170=1206cm3.

选H700组合型钢，W=10479.2cm3＞1206cm3

满足要求。

计算最大截面处剪力产生的应力：

最大剪力：

Qmax=736.22+287.93=1024.2KN：

腹板处A=66.4*1.6*2=212.5cm2

满足要求。

8.5钢管立柱验算：

柱顶受到荷载为轴向力P=2408.8KN立柱计算长度L0=5.0m，由于是旧管。

乘以0.75折简系数。

查规范，φ=0.90

求稳定σ1＝N*1000/（φA*0.75）=89.8MPa

σ1=89.8/0.75=120Mpa＜164Mpa满足要求

（Q235钢管容许应力205*80%=164Mpa，80%为旧管折减系数）

9、非门洞处满堂钢管支架体系及模板结构设计

本工程支架体系分两部分，一部分为跨门洞少支点型钢式支架，另一部分为满堂式钢管式脚手架支撑体系。

从目前原地面和设计标高可知，高管脚手架搭设最高点在边跨处，高度达8米。

9.1、最不利荷载分析：

梁最不利荷载分布在31#、32#墩，该分布3米范围内梁高5米，荷载集中在墩顶，支架计算时忽略该点；满堂支架体系分直线段和非直线段两部分。

非直线段最不利荷载：

取31#墩某截面，取梁相临截面（14#截面）为最不利荷载。

梁高取4800mm，腹板厚取值800mm，顶底板厚度合计320+650=970mm。

直线段最不利荷载：

选取30#墩边梁3#—4#截面处截面参数计算，梁高取3000mm，腹板厚取值600mm，顶底板厚度合计450+500=950mm。

9.2、荷载取值：

恒载取1.2安全分项系数，活载取1.4安全分项系数，不考虑风荷载。

（1-5项根据公路桥涵施工技术规范取值）

1）根据设计图纸混凝土容重为N1=26KN/m3，

2）模板考虑自重按N2=0.75KN/m2，

3）、施工人员施工料具行走或堆放荷载N3=2.5KN/m2，

4）、混凝土振捣时产生荷载N4=2KN/m2，

5）、混凝土倾倒产生的冲击荷载取N5=2.0KN/m2，

6）、钢管支撑杆自重荷载构配件取值如下；

根据按照<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范>JBJ130—2001中规定

直角扣件：

按每个主节点处二个，每个自重：

13.2N/个；

旋转扣件：

按剪刀撑每个扣接点一个，每个自重：

14.6N/个；

对接扣件：

按每6.5m长的钢管一个，每个自重：

18.4N/个；

横向水平杆每个主节点一根，取2.2m长；

钢管尺寸：

φ48×3.5mm，每米自重：

38.4N/m。

扣件式钢管支架自重（按8m高度计算）

a、立杆自重（采用￠48*3.5mm钢管单位重量为3.84kg/m）

q立=0.0384KN/m*8m=0.307（KN/根）

q水平杆自重：

=6*2.2*0.0384=0.507（KN/根）

b、可调托座

q托=0.045KN/m*1个=0.045（KN/根）

c、扣件自重

直角扣件：

q扣=0.0132KN/m*6个*2=0.1584（KN/根）

对接扣件：

q对接扣=0.0184KN/m*1个=0.0184（KN/根）

则，扣件式钢管支架自重：

q=0.307+0.045+0.158+0.0184+0.507=1.04（KN/根）

9.3、荷载组合：

荷载组合表

荷载种类

直线段恒荷载（KN/m2）

非直线段恒荷载（KN/m2）

腹板

顶底板

模板

钢管脚手架

腹板

顶底板

模板

钢管脚手架

大小

78

24.7

0.75

1.04（KN/根）

124.8

25.22

0.75

1.04（KN/根）

荷载种类

直线段活荷载（KN/m2）

非直线段活荷载（KN/m2）

振捣砼荷载

振捣荷载

活荷载

振捣砼荷载

振捣荷载

活荷载

大小

2.0

2.0

2.5

2.0

2.0

2.5

9.4、立杆计算

（一）、立杆稳定性验算

因支架高度较小，根据<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范>JBJ130—2001中规定，可不考虑风荷载计算。

本工程设计上直线段，顶底板立杆横桥向间距@600，纵向间距@800，大小横杆步距1200mm；腹板处立杆横桥向间距加密为@300mm；本工程设计上非直线段，顶底板立杆横桥向间距@600，纵向间距@600，大小横杆步距1200mm；腹板处立杆横桥向间距加密为@300mm。

不组合风荷载时

N=1.2（NG1k+NG2k）+1.4ΣNQk（5.3.2－1）

组合风荷载时

N=1.2（NG1k+NG2k）+0.85×1.4ΣNQk（5.3.2－2）

式中NG1k——脚手架结构自重标准值产生的轴向力；

NG2k——构配件自重标准值产生的轴向力

　ΣNQk——施工荷载标准值产生的轴向力总和，内、外立杆可按一纵距（跨）内离工荷载总和的1/2取值。

荷载设计值在不同部位的设计值如下：

（1）直线段底板处：

N=1.2（NG1k+NG2k）+1.4ΣNQk

N=1.2*（24.7+0.75）*0.6*0.8+1.4*{（2+2.5+2）*0.6*0.8+1.04}

=14.66+5.82=20.48KN;

（2）直线段腹板处：

N=1.2*（78+0.75）*0.3*0.8+1.4*{（2+2.5+2）*0.3*0.8+1.04}

=22.68+3.64=26.32KN;

（3）非直线段顶底板处：

N=1.2*（25.22+0.75）*0.6*0.6+1.4*{（2+2.5+2）*0.6*0.6+1.04}

=11.22+4.73=15.95KN;

（4）非直线段腹板处：

N=1.2*（124.8+0.75）*0.3*0.6+1.4*{（2+2.5+2）*0.3*0.6+1.04}

=27.12+3.1=30.22KN;

立杆计算长度l0应按下式计算：

l0=kμh　

式中k——计算长度附加系数，其值取10。

μ—考虑脚手架整体稳定因素的单杆计算长度系数，μ=1；

h——立杆步距。

l0=kμh=1200mm

选用φ48mm×3.5mm钢管，截面面积A=489.3mm2，σ=215MPa，最小回转半径i=15.78mm，支撑立杆步距1.2m，长细比λ=l200/i=1200/15.78=76.05，查表得稳定系数φ=0.713

根据<建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范>JBJ130—2001中规定：

取荷载最大处N=30.22KN进行立杆验算，由公式得出结果如下：

强度验算：

σ=N/φA=30220/489.3*0.713=86.6MPa＜[f]=205MPa

（二）扣件抗滑验算

直角扣件、旋转扣件抗滑承载力每个取RC=8.5KN，立杆接高时，接高扣件数量确定：

30.22/8.5=3.6，取整数4，即接高时，防滑扣件数量4个。

9.5、立杆地基承载力验算

立杆荷载通过15cm后C20混凝土垫层传递至地基，荷载最不利腹板处每平方米立杆承受荷载为p腹板处=30.22/（0.3*0.6）=168KN/m2，根据设计图纸差的参数，地基承载力在120~150kpa之间，经过表层硬化，通过试验取得地基承载力参数，要求承载力不小与168KN/m2。

为确保地基完全可靠，考虑到不可预见因素，地基经平整碾压须达到标准（不合格的换填处理）,其容许承载力最少＞200KPa。

考虑雨水影响,再在上铺设一层混凝土厚度0.15m进行封闭，并通过现场地基荷载试验进行检验，合格后方可进行下道工序施工。

结论：

故满堂脚手架在直线段立杆间距按0.6x0.8m布置，横桥向间距600mm，纵桥向间距800，腹板处加密为@300布置，满足设计要求。

非直线处满堂脚手架在直线段立杆间距按0.6x0.6m布置，横桥向间距600mm，纵桥向间距600，腹板处加密为@300布置，满足设计要求。

10、梁续箱梁模肋及螺杆设计

根据最不利荷载，取非直线段进行计算，对拉螺杆按照梁全高5m处进行计算。

实际脚手管布置简图如下：

10.1、梁底纵横分配梁模肋选型

10.1.1横桥向底模模肋计算

初步假定：

横桥向底模模肋分布间距@200，采用7x10cm的木方。

由荷载组合可知，底板模肋各位置的线荷载如下：

q腹板=1.2*（124.8+0.75）*0.2+1.4*（2+2+2.5）*0.2=31.95kN/M

q顶底=1.2*（25.22+0.75）*0.2+1.4*（2+2+2.5）*0.2=8.05kN/M

横桥向底模模肋计算受力简图如下，按均布荷载取值计算：

受力计算图（单位KN,m）

由结构力学求解器，可得出弯矩、剪力图。

弯矩图（单位：

KN.m）

剪力图（单位：

KN）

7x10cm木方设计抗弯模量：

最大弯矩为：

最大弯应力：

惯性矩，,弹性模量E=9X103Mpa;

最大挠度：

;

底板横向分配梁布置满足要求.

10.1.2、底模板纵向分配主梁计算

分配梁纵桥按均布荷载计算取值，采用10X10cm木方。

纵向分配梁按照3等跨连续梁计算，取最不利腹板下的分配梁计算，计算简图及内力图计算如下。

线荷载q腹板=1.2*（124.8+0.75）*0.3+1.4*（2+2+2.5）*0.3=47.93kN/M

10x10cm木方设计抗弯模量：

惯性矩，,弹性模量E=9X103Mpa;

简化按均布荷载布置于纵向分配梁上。

受力计算图（单位KN,m）

由结构力学求解器可知弯矩、剪力图如下：

弯矩图（单位：

KN.m）

剪力图（单位：

KN）

最大弯矩为：

最大弯应力：

10.2、梁侧模计算（取最大截面处计算）

0号块为箱梁最大截面处，梁高5米计算侧模板，侧模板面板小肋采用5X10cm木枋，间距@200。

侧模板受力纵肋采用型钢，侧模采用4道φ25螺杆。

10.2.1、侧模板验算

1）、荷载分析：

式中：

P-新浇注砼对模板的最大侧压力，KN/m2；

γ-砼的容重，26KN/m2；

t0-砼初凝时间，当无资料时，按计算,T-砼的温度，取15℃；

υ-砼浇注速度，m/h，取2m/h；

H-砼侧压力计算位置处至砼顶面的总高度，H=1.0m；

β1-外加剂修正系数，不掺加外加剂时取1，掺具有缓凝使用的外加剂时取1.2；

β2-砼坍落度修正系数，取1.15。

取上两式中结果较小者,所以P=64KN/㎡

根据有关规范的规定，倾倒砼对垂直面模板产生的水平荷载：

①倾倒砼对腹板模板产生的水平荷载为2KN/m2。

②振捣荷载q，对水平面每平方米按2.0Kpa计算，对垂直面每平方米按4.0Kpa计。

故侧模板总体受力P=64+2+4=72KN/m2

新浇混凝土有效压头高度h=F/γ=72/26=2.77m。

混凝土侧压力计算分布图如下：

2）、侧模主肋（竖向）验算

侧模主肋（竖向）间距按600mm布置,计算竖肋的材料特性。

从计算结果的内力图可知，最大弯矩为Mmax=12.94KN.m，最大支座反力P=82.58

竖肋计算简图剪力图（KN）弯矩图（KN.m）

最大弯应力公式得：

选2根【10#槽钢，W=2x39.4=78.8cm3＞。

3）、侧模次肋（横向）验算

侧模板次肋分布间距@200，则单位线荷载q=72x0.2=14.4KN/m，按5跨连续梁计算，其受力简图如下所示：

根据受力简图，可计算出次肋的内力，内力图如下所示：

侧模小肋受力弯矩图（KN.m）

侧模小肋受力剪力图（KN）

抗弯模量：

最大弯矩为：

最大弯应力：

惯性矩，,弹性模量E=9X103Mpa;

最大挠度：

;

满足要求。

11、说明

为便于脚手架的搭设，脚手管水平杆步距取1200mm，直线段立杆顺序桥向间距取800mm，横桥向底板范围间距取600+4X300+4X550+4X300+600mm；其他节段顺桥向间距取600mm，横桥向底板范围间距取600+4X300+4X550+4X300+600mm；

12、满堂支架具体结构及交通组织设施图

见后附图。

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中交第二航务工程局有限公司宿淮铁路指挥部