临时支墩、型钢支架及模板设计计算书.doc

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临时墩、型钢支架及模板设计计算

一、标准段箱梁支架设计方案：

按标准段箱梁30m跨径重量作临时支墩型钢支架设计荷载标准，详细布置请参照《支墩及钢支架布置图》，横向采用贝雷片组拼成临时墩，纵向采用8组I28b和9组I36b工字钢连接成为纵梁；A、F两组临时墩直接支撑在承台上，B、C、D、E四组临时墩支撑在经处理的扩大基础上，基础采用砂垫层处理，改善地基承载力，达到箱梁施工的荷载要求。

本设计计算结构强度验算采用容许应力计算，不考虑荷载分项系数，但按有关规定钢材容许应力按临时性结构提高系数为1.25，即A3钢材弯曲容许应力〔σw〕=145×1.25＝181Mpa,抗压轴向容许应力〔σ〕=140×1.25＝175Mpa，抗剪容许应力〔τ〕=85×1.25＝106Mpa进行验算。

结构刚度验算，荷载乘以相应的分项系数，进行荷载组合。

二、支架结构设计验算：

1、标准段箱梁的荷载重量计算：

（1）、箱梁砼重量：

每跨现浇砼305m3，砼容重26KN/m3，

则箱梁砼重量：

g1=305×26KN/m3=7930KN。

（2）、底模所用钢材重量：

钢板重量：

S=30×7.3=219m2，重量：

219×0.006×78500N/m3=103KN；

8#槽钢重量：

23×30×80.4N/m=55.5KN；

12#槽钢重量：

40×7.3×123.1N/m=36KN；

底模总重量g2=103+55.5+36=194.5KN。

（3）、侧模重量及斜向支撑（两侧翼缘共重）：

6mm钢板面积：

S=2×（1.5+3.9）×30=324m2；

重量：

324×0.006×78500N/m3=152.6KN；

8#槽钢（侧模横向大肋间距40cm）：

16根；

16×30×2×80.4N/m=77.2KN。

斜向支撑10#槽钢（间距75cm）共40道：

（3.51+1.61+1.3+1.77+1.38+1.41+1.96）×2×100.0N/m×40=103.5KN；

两侧翼缘总重量：

g3=152.6＋77.2＋103.5=333.3KN。

（4）、芯模钢材重量：

4mm钢板面积重量：

S=（1.1+2.02+1.38+1.39+2.02+0.97）×28=248m2，

重量：

248×0.004×78500N/m3=77.9KN；

5#槽钢（芯模纵肋间距30cm）重量：

（8.88/0.3）×28×54.4N/m=45.1KN；

小桁架（间距100cm）共28道重量：

10#槽钢28×5.8×100N/m=16.2KN；

8#槽钢重量：

28×8.53×80.4N/m=19.2KN；

钢管重量：

28×9.2×38.4N/m=9.9KN；

总重量：

g4=77.9+45.1+16.2+19.2+9.9=168.3KN。

（5）、施工人员及施工材料机具等行走运输或堆放荷载：

1.5KN/m2（6）、振捣砼时产生的荷载:

取2KN/m2。

2、标准段支架纵梁及支架承载力验算：

（1）、标准段纵梁受力分析：

工况一

A、箱梁进行砼浇筑过程中荷载，支架纵梁验算假设：

由于底板钢模纵向设置8#槽钢，其间距33cm；横向设置12#槽钢，其间距为75cm，底模钢板厚6mm,底板为整体钢模，其整体刚度较好，能起分配荷载的作用，为简化计算，作如下假设：

1、把箱梁砼分为两部分，除去两侧3.9m翼缘板后箱梁主体作为一个整体，另一个两侧3.9m翼缘板，每一侧为一个整体。

2、箱梁底板下的9根I36b纵梁作为一个整体，共同承担箱梁主体砼重量。

3、两侧翼缘板下，每侧4根I28b纵梁为一个整体，共同承担翼缘板砼重量。

B、I36b纵梁工字钢验算

①、纵梁荷载计算：

箱梁主体砼重量（一跨砼共305m3）：

｛305-（0.2+0.5）×3.9÷2×30×2｝×26KN/m3÷30=193.3KN/m。

芯模自重：

g4/30＝168.3÷30＝5.61KN/m。

底模自重：

g2/30＝194.5÷30＝6.5KN/m。

9根I36b工字钢自重：

9×656.6N/m=5.9KN/m。

施工荷载（宽8m）：

3.5KN/m2×8=28KN/m。

②、纵梁强度验算：

单根I36b工字钢纵梁的强度验算组合荷载为：

ga=（193.3+5.61+6.5+5.9+28）÷9=26.6KN/m。

根据纵梁工字钢平面布置，可知各临时支墩其最大间距为L＝5.68m，梁底I36b工字钢按单跨简支梁和两等跨连续梁两情况进行验算，计算跨度为L=5.68m，

跨简支梁跨中处弯矩:

Mmax=gaL2/8=26.6KN/m×5.682/8=107.27KN·m。

跨中弯矩处截面应力：

σmax=Mmax/W=107.27KN·m×106/（920.8×103）=116.5N/mm2<[σw]=181N/mm2。

两等跨连续梁其支座处负弯矩系数为K1=0.125,跨中弯矩系数为K2=0.07，可知两等跨连续梁其最大弯矩在支座处。

其值为：

Mmax=k1gaL2=0.125×26.6×5.682=107.27KN·m

由上计算可知单跨简支梁跨中弯矩与跨径相等的两等跨连续梁的支座负弯矩相等。

W—截面抵抗矩I36b为W=920.8cm3；

纵梁承受的最大剪力：

Qmax=gaL/2=26.6KN/m×5.68/2=75.53KN。

支座纵梁剪力最大处截面应力：

τmax=QmaxS/Ixtw=75.53×103×545×103/（16574×104×12）=20.7N/mm2<[τ]=106N/mm2。

Ix—毛截面绕强轴的惯性矩16574cm4；

S—半截面面积矩545cm3；

tw—腹板厚度12mm；

③、纵梁刚度验算：

刚度验算组合荷载：

a、gb=（193.3+5.61+5.9+6.5）×1.2÷9=28.2KN/m。

按单跨简支梁，跨径L＝5.68m计算跨中挠度：

f=5gbL4/（384EI）

=5×28.2×56804/（384×2.1×105×16574×104）

=11.0mm

b、按二等跨连续梁，跨径L=5.68m计算梁跨中最大挠度：

fmax=kfgbL4/（100EI）

=0.521×28.2×56804/（100×2.1×105×16574×104）=4.4mm<[f]=L/400=5680/400=14.2mm。

kf—二等跨连续梁挠度系数0.521；

E—钢材弹性模量2.1×105N/mm2；

I36b—截面惯性矩16574cm4；

E—钢材弹性模量2.1×105N/mm2；

I—截面惯性矩16574cm4。

从以上计算可知底板I36b工字钢能够满足要求。

C、纵梁I36b工字钢受力最不利情况：

根据箱梁设计图纸及标准箱梁横断面砼荷载分析图，在砼浇筑时，纵梁受力最不利荷载位置在箱梁中心的I36b-5工字钢砼分摊荷载为20.3KN/M，其腹板位置处的荷载为：

①、纵梁荷载计算：

砼自重：

q=20.3KN/m。

箱梁底模及芯模总荷载为194.5+168.3＝362.8KN。

362.8KN÷8m÷30m＝1.5KN/m2×1.34m=2.01KN/m。

施工荷载取：

3.5KN/m2×1.34m=4.69KN/m。

I36b工字钢自重：

0.7KN/m。

则腹板单根纵梁承受的荷载为：

q=20.3+4.69+0.7+2.01=27.7KN/m。

②、纵梁强度验算：

按单跨简支梁进行计算，在临时墩支架系统中，纵梁的最大计算跨径L=5.68m。

其跨中最大弯矩为：

M=ql2/8=27.7×5.682/8=111.7KN·m。

其截面应力为：

σ=M/W=111.7×106/（920.8×103）=121.32KN/mm2<[σw]=181KN/mm2。

支座处剪力：

Qmax=qL/2=27.7×5.68/2=78.7KN。

其截面应力：

τmax=QmaxS/（Ixtw）=78.7×103×545×103/（16574×104×12）=21.6N/mm2<[τ]=106N/mm2。

Ix—毛截面绕强轴的惯性矩16574cm4；

S—半截面面积矩545cm3；

tw—腹板厚度12mm；

③、纵梁刚度验算：

a、按单跨简支梁，跨径L=5.68m计算跨中最大挠度：

f=5ql4/（384EI）

=5×（20.3+2.01+0.7）×1.2×56804/（384×2.1×105×16574×104）=10.7mm

b、按二等跨连续梁，跨径L=5.68m计算梁跨中最大挠度：

fmax=kfgbL4/（100EI）

=0.521×（20.3+2.01+0.7）×1.2×56804/（100×2.1×105×16574×104）=4.3mm<[f]=L/400=5680/400=14.2mm。

kf—二等跨连续梁挠度系数0.521；

E—钢材弹性模量2.1×105N/mm2；

I36b—截面惯性矩16574cm4。

可知I36b工字钢在受力在最不利情况下也能满足受力要求。

D、翼缘I28b工字钢纵梁受力分析:

箱梁两侧翼缘长3.9m,采用10#槽钢组成斜向支撑构成钢桁架，两节点支撑在I28b工字钢上。

钢桁架横向间距75cm布置，承受荷载较小及钢桁架刚度较大以及砼浇筑工艺，翼缘下I28b工字钢受力简化为共同平均分摊翼缘下所有荷载，包括砼、侧模及施工荷载。

①、I28b纵梁荷载：

箱梁翼侧砼重量：

1.78m2×26KN/m3=46.3KN/m。

侧模重量及斜向支撑：

333.3KN÷2÷30m=5.6KN/m。

I28b工字钢自重：

4×478.9N/m=1.9KN/m。

施工荷载（翼缘宽3.9m）：

3.5KN/m2×4.25=14.9KN/m。

②、I28b纵梁强度验算：

每侧翼缘下单根I28b工字钢纵梁的强度验算组合荷载为：

g=（46.3+5.6+1.9+14.9）÷4=17.2KN/m。

翼缘纵梁I28b工字钢根据受力情况可简化为单跨简支梁，其跨中弯矩最大，计算跨度最大为L=5.68m。

Mmax=gL2/8=17.2×5.682/8=69.36KN·m。

则跨中弯矩处截面应力：

σmax=Mmax/W=69.36×106/（534×103）=129.9N/mm2<[σw]=181N/mm2。

W—截面抵抗矩I28b为W=534cm3;

[σ]—Q235钢抗弯容许应力181N/mm2。

纵梁承受的最大剪力：

Qmax=gL/2=17.2×5.68/2=48.8KN。

纵梁剪力最大处截面应力：

τmax=QmaxS/Ix.tw

=48.8×103×309×103/（7480×104×10.5）

=19.05N/mm2<[τ]=106N/mm2。

Ix—毛截面绕强轴的惯性矩7480cm4。

S—半截面面积矩309cm3;tw—腹板厚度10.5mm

③、单跨简支梁在均布荷载作用下，跨中最大挠度：

刚度验算组合荷载：

q=（46.3+5.6+1.9）×1.2÷4=16.14KN/m。

f=5ql4/（384EI）

=5×16.14×54204/（384×2.1×105×7480×104）

=11.5mm

b、按二等跨连续梁，跨径L=5.68m计算梁跨中最大挠度：

fmax=kfqL4/（100EI）

=0.521×16.14×56804/（100×2.1×105×7480×104）=5.6mm<[f]=L/400=5680/400=14.2mm。

kf—二等跨连续梁挠度系数0.521；

E—钢材弹性模量2.1×105N/mm2；I28b—截面惯性矩7480cm4；

从以上计算可知翼缘I28b工字钢强度，刚度及抗剪能力均满足要求。

E、I28b工字钢纵梁受力最不利状况分析:

根据翼缘下I28b工字钢在节点处的位置和箱梁横断面砼荷载分布图，可知最外侧I28b－5工字钢受力最大，其该处的砼荷载为12.5KN/m，

侧模及施工荷载为:

（338.8KN÷2÷30m÷3.9m+3.5KN/m2）×0.66m＝3.3KN/m。

则其受力总荷载为：

q=12.5+3.3=15.8KN/m。

①、I28b纵梁强度验算：

按单跨简支梁计算，计算跨径取L=5.68m。

跨中最大弯矩：

Mmax=gL2/8=15.8×5.682/8=63.7KN·m。

则跨中弯矩处截面应力：

σmax=Mmax/W=63.7×106/（534×103）=119.27N/mm2<[σw]=181N/mm2

W—截面抵抗矩I28b为W=534cm3;

[σw]—Q235钢抗弯容许应力181N/mm2。

纵梁承受的最大剪力：

Qmax=gL/2=15.8×5.68/2=44.87KN。

纵梁剪力最大处截面应力：

τmax=QmaxS/Ix.tw=44.87×103×309×103/（7480×104×10.5）=17.65N/mm2<[τ]=106N/mm2。

Ix—毛截面绕强轴的惯性矩7480cm4;

S—半截面面积矩309cm3;

tw—腹板厚度10.5mm;

②、I28b纵梁刚度验算：

a、单跨简支梁在均布荷载作用下，跨中最大挠度：

刚度验算组合荷载：

q=（12.5KN/m+1.44KN/m2×0.66m）×1.2=16.1KN/m。

f=5ql4/（384EI）

=5×16.1×56804/（384×2.1×105×7480×104）

=13.8mm

b、按二等跨连续梁，跨径L=5.68m计算梁跨中最大挠度：

fmax=kfqL4/（100EI）

=0.521×16.1×56804/（100×2.1×105×7480×104）=5.6mm<[f]=L/400=5680/400=14.2mm

kf—二等跨连续梁挠度系数0.521；

E—钢材弹性模量2.1×105N/mm2；

I28b—截面惯性矩7480cm4。

工况二

I36b工字钢纵梁受力验算：

在箱梁进行横向预应力钢绞线张拉前，箱梁侧模要提前拆除则两侧翼缘下的四根纵梁、I28b工字钢退出工作，箱梁的全部重量由底模下的9根I36b工字钢承受，在此情况下，则纵梁承受的荷载只有箱梁自身的重量（芯模已拆除）。

根据箱梁底模结构设计可知底模其整体刚度较大，其箱梁30m跨305m3砼自重，由其下9根纵梁共同平均承受。

①、单根纵梁承受荷载为：

30m跨箱梁砼总自重：

g=305m3×26KN/m3/（30m×9）=29.37KN/m。

②、I36b纵梁强度验算：

按单跨简支梁计算，计算跨径取5.68m,跨中最大弯矩：

M=gl2/8=29.37×5.682/8=118.4KN·m。

则截面处的应力：

σ=M/W=118.4×106/（920.8×103）=128.6N/mm2<[σw]=181N/mm2

支座处剪力：

Qmax=gL/2=29.37×5.68/2=83.4KN。

其截面应力：

τmax=QmaxS/Ixtw

=83.4×103×545×103/（16574×104×12）

=22.85N/mm2<[τ]=106N/mm2。

Ix—毛截面绕强轴的惯性矩16574cm4；

S—半截面面积矩545cm3；

tw—腹板厚度12mm；

[τ]—Q235钢材抗剪容许应力106N/mm。

②、纵梁刚度验算：

按二等跨连续梁计算跨中最大挠度，计算跨径取L＝5.68m。

fmax=kfgL4/（100EI）=0.521×29.37×56804/（100×2.1×105×16574×104）=4.6mm<[f]=L/400=5680/400=14.2mm。

kf—二等跨连续梁挠度系数0.521；

E—钢材弹性模量2.1×105N/mm2；

I—截面惯性矩16574cm4。

由上计算可知在工况二情况下纵梁受力性能能满足要求。

（2）、箱梁侧模钢桁架受力验算：

侧模桁架下弦杆10#槽钢抗剪验算：

侧模斜向支撑钢桁架下弦杆10#槽钢，因为下弦节点支撑在I28工字钢上，所以10#槽钢主要验算其抗剪能力能否满足要求，验算荷载取节点荷载最大处。

Q=（12.4KN/m+5KN/m2×1.77m）×0.75m=16KN（桁架间距为75cm）。

其该节点处剪切应力为：

τmax=QmaxS/Ixtw=16×103×23.5×103/（198×104×5.3）=35.8N/mm2<[τ]=106N/mm2。

Ix—毛截面绕强轴的惯性矩198cm4;

S—半截面面积矩23.5cm3;

tw—腹板厚度5.3mm;

[fv]—Q235钢材抗剪容许应力106N/mm2。

桁架下弦杆10#槽钢性能达到要求。

侧模桁架弦杆10#槽钢稳定性验算：

桁架弦杆是轴向受力，验算的主要内容是其轴向受压条件下的稳定性，桁架中最外侧弦杆最长L＝1.8m,验算荷载取N=16KN,取10#槽钢弱轴y轴进行计算。

弦杆长系比：

λ=loy/iy=180/1.19=151；

loy—y轴计算长度；

iy—y轴截面回转半径。

按b类截面轴心受压构件λ＝151，查表可知稳定系数ф=0.304。

N/（фA）=16×103/（0.304×12.748×102）=41.3N/mm2<[σ]=170N/mm2（A—10#槽钢净截面面积；[σ]—Q235钢承压容许应力）。

经计算侧模桁架能满足要求。

（3）、贝雷桁架受力分析

单片贝雷桁架，其许用弯矩[M]=788.2KM·m，许用剪[Q]=245.2KN（由产家提供），从临时支墩立面图可知，边临时支墩支撑在承台上，贝雷两翼侧悬挑长度最长，贝雷最不利受力简化为：

翼缘最外三根I28b工字钢受力简化为一个集中荷载，距悬挑端1m。

由单排贝雷受力支座处弯矩、剪力最大：

F=qL/2=（11.2KN/m+9.2KN/m+10KN/m+3.9m×5KN/m2）×5.78/2=144.2KN。

则对悬挑部分支座处弯矩（单排贝雷）：

M1=FL=144.2×1=144.2KM·m<[M]=788.5KM·m。

悬挑支座处剪力：

Q=F=144.2KN<[Q]=245.2KN。

由于纵梁工字钢在贝雷上的平面布置不是完全的支撑在贝雷节点上，验算贝雷上弦杆抗弯、抗剪受力性能。

由贝雷组成钢材可知，贝雷采用16Mn钢，上弦由2根10#槽钢背靠组成。

上弦受力简化为跨径L=0.75m的单跨简支梁，跨中受集中力。

从纵梁工字钢受力可知I36b-5所受荷载最大为g=24.5KN/M，则其在贝雷支座处的集中力为F=gl/2=24.5×5.68/2=69.6KN。

16Mn钢材容许抗弯应力为273N/mm2,容许剪应力为208N/mm2，10#槽钢其截面参数为Sx=23.5cm3；Wx=39.7cm3;Ix=198cm4;tw=5.3mm.其单根10#槽钢受力情况为：

①、支座处剪力验算：

τ＝（F/2）Sx/（Ixtw）

=（69.6÷2×103×23.5×103）÷（198×104×5.3）

=77.9N/mm2<[τ]=208N/mm2

②、跨中抗弯验算：

M=（F/2）L/4=69.6×0.75÷8=6.5KN·M

σ=M/W＝6.5×106÷（39.7×103）＝163.7N/mm2<273N/mm2

经验证贝雷受力能满足施工要求。

（4）、托盘受力计算：

临时支墩砼垫块上荷载总共为F=2384.6+72=2456.6KN,支墩高度由托盘进行调节，单个托盘承受荷载设计值3KN,每个支墩总共有100个，则每个托盘承受荷载为2456.6/100＝24.6KN,可知支墩托盘受力是安全的。

（5）、地基受力分析：

（箱梁预压方案中已详细计算）

临时贝雷支墩按五跨连续梁受均布荷载情况进行受力分析，单跨标准段箱梁均布线荷载标准值：

q=（7930+194.5+338.8+168.3+157.6+86.2+3.5×15.8×30）÷30＝351.1KN/m。

B、E支墩的剪力系数为Kv左=0.526，Kv右=0.606。

则边中间临时支墩承受荷载为:

Q=Kv左qL+Kv右qL=0.526×351.1×6+0.606×351.1×6=2384.6KN。

C、D支墩的剪力系数为Kv左=0.474，Kv右=0.500,中间临时支墩承受荷载为:

Q=Kv左qL+Kv右qL=0.474×351.1×6+0.5×351.1×6=2051.8KN。

中间墩贝雷片重量，取每片3KN，24×3KN=72KN。

砼垫块重量：

12×3×0.3×24KN/m3=259.2KN。

边中间支墩承受的最大竖向荷载为：

P=2384.6+72+259.2=2715.8KN。

50㎝层砂垫层面积S=12×3=36m2。

则地基承载力为：

σ=P/S=2715.8/36=75.4Kpa＜[σ]=100Kpa。

[σ]—为表层亚粘土设计承载力，由于边墩支撑在承台上不用计算地基承载力。

经计算地基承载力满足要求。

（6）、支架抗倾覆力计算：

风荷载标准值：

W=K1K2K3K4W0

W0—基本风压值，宁波地区最大风压力为800Pa。

K1—设计风速频率换算系数对于特殊大桥取1.0

K2—风载体型系数取1.3。

K3—风压高度变化系数，离地面20m之内取1.00。

K4—地形、地理条件系数，沿海海面及海岛取1.4。

W=0.8×1.0×1.3×1.0×1.4=1.5kPa。

风向横桥方向：

侧模及支墩总面积S=30×2.2×1.3=85.8m2。

则风荷载产生的水平推力：

F=WS=1.5×85.8=128.7KN。

风荷载对支墩角点的弯矩：

M1=Fh=128.7×12=1544.4KN·m（h—箱梁高度）。

箱梁模板自重对支墩角点的弯矩：

M2=Gb/2=948.6×12/2=5691.6KN·m（b—支墩宽度G—支架及箱梁模板荷载）。

M2>M1经计算支墩的抗风倾覆力能够在自重作用下满足要求。

2、箱梁模板结构计算：

（1）、标准段箱梁底模结构计算

①、箱梁荷载计算；

箱梁底模承受荷载主要是除两翼段的砼自重和芯模自重以及施工荷载。

a、除翼段的砼自重：

钢筋砼自重产生的均布荷载：

｛305m3－（0.2+0.5）×3.9÷2×30×2｝×26÷7.3÷30=26.5KN/m2

b、芯模重量产生的均布荷载:

g2=168.3/（7.3×30）=0.8KN/m2。

详细计算见支架计算中的芯模钢材重量计算.

c、施工荷载为：

g3=3.5KN/m2。

则底模承受的均布荷载g=26.5+0.8+3.5=30.8KN/m2。

②、底模面板的强度、刚度计算：

根据底模附图可知，面板为单向板跨径L=33cm。

为简化计算，面板受力简化为宽10mm，受均布荷载的四等跨连续小梁。

计算中考虑到模板的周转使用，其面板会磨损变薄，所以计算过程中面板厚度取5.5mm进行计算。

a、强度验算：

取10mm宽的板条为计算单元，其受力荷载为：

q=0.0308×10=0.308N/mm。

四等跨连续梁支座处最大弯矩系数为K=0.107。

Mmax=KqL2=0.107×0.308×3302=3589N·mm。

10mm宽板条