支架计算书
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第二部分 支撑系统结构计算书 一、设计概况
1.1 支架结构概述
本桥分为左、中、右三幅,取中、右幅箱梁截面梁宽为20m为控制断面验算。箱梁截面
方案
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布置图如图1所示,支架体系自上而下结构为20mm厚竹胶板底板、次楞为?50×100mm方木(横向布置)、主楞为2根φ48×3.5钢管(纵向布置)、立杆为φ48×3.5钢管、垫梁为20a工字钢、型钢支架为贝雷片(纵向布置)、桩顶分配梁为H700×300型钢、基础为φ519mm钢管桩基础和φ1.0m钻孔桩基础。钢管支架采用极限应力状态法计算(参照《建筑施工脚手架构造与计算手册》),型钢支架采用容许应力状态法计算(参照《装配式公路钢桥多用途使作手册》)。按照自上而下传力途径进行受力
分析
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。
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图1:方案布置图
1.2 主要参数
水文地质参数:详见《郑州市郑东新区东四环跨东风渠邢庄桥工程工程地质勘察报告》
几何截面参数:
2353φ48×3.5钢管:A = 489.3mm、W=5078mm、I=1.219×10 mm;
234 mm、Wx=237000mm、Ix=23700000mm工20a型钢:A=3558
234 H700×300型钢:A=13520mm、Wx=2606667mm、Ix=782000000mm
其他结构截面参数详见各计算部分
容许值:参见2.2基本设计规定及设计指标
1.3 结构要点
次楞步距:箱梁腹板位置次楞间距为150mm,其他部位为200mm;
次楞步距:腹板区间距为425.5mm、底板区间距为1011mm、翼缘区间距为900mm;
立杆步距:箱梁截面高度为2000mm时,纵向沿贝雷梁节点步距,间距为750mm;箱梁截面高度为2400mm时纵向沿贝雷梁步距375mm;
工20a型钢步距与立杆相同;
其他结构步距详见其计算分析部分;
型钢支架桩顶分配梁须位于贝雷梁节点上;
基础持力层为第(8)-1粉土层;
1.4 计算内容
1、钢管支架系统
底模、次楞、主楞、工20a工字钢及侧模的强度、刚度验算;
立杆的强度、刚度、稳定性验算;
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2、型钢支架系统
贝雷梁强度、刚度验算;桩顶分配梁强度、刚度验算;
钢管桩、钻孔桩强度、稳定性验算;
钻孔桩配筋验算。
1.5 计算工况
工况一:支架拼装完成,未浇筑混凝土,考虑支架自重、水平荷载情况下倾覆稳定。贝雷梁与型钢连接处必须紧固、牢靠,此项工况不控制设计,计算书中未做计算;
工况二:浇筑混凝土状态,此工况主要计算浇筑混凝土过程中,支架的刚度、强度、稳定。计算荷载:结构自重+混凝土荷载+风荷载+水流冲击力+施工活荷载。
二、计算依据
2.1 计算依据
邢庄桥设计建筑施工图和结构施工图。
混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
钢结构设计规范(GB50017-2003)
结构工程师实务手册
结构工程师计算手册
建筑施工计算手册(江正荣著)
装配式公路钢桥多用途使用手册
公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)
公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)
2.2 基本设计规定及设计指标
《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 166-2008)
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中第5.1.5,5.1.6条规定:
《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)中第3.4.1条规定:
三、钢管支架计算分析
计算参数
22 A ---- 立杆净截面面积(mm):A = 489.3mm;
453 I ---- 立杆净截面惯性矩(mm):I=1.219×10 mm
33 W ---- 立杆净截面模量(抵抗矩)(mm):W=5078mm;
i ---- 立杆的截面回转半径(mm) :i = 15.8mm;
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L---- 计算长度 (m); 0
λ---- 长细比;
k ---- 计算长度附加系数:1.155;
μ---- 计算长度系数1.37;
φ---- 轴心受压立杆的稳定系数,由长细比 λ 查表得到;
σ---- 钢管立杆最大应力计算值 (N/mm2);
σ---- 钢管立杆抗压强度设计值 :[σ] =205 MPa; 00
3.1截面布置
箱梁底模采用δ,20mm的竹胶
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,底模横向次楞采用50×100mm方木腹板处0.15m布置,其他位置间距0.2m布置,纵向主楞采用φ48×3.5钢管;立杆纵桥向间距0.75m,横桥向腹板下间距0.4425m,底板下间距1.011m;翼板下间距0.9m;横杆竖向步距1.2m;具体布置如图2所示。
图2
3.1.1荷载分析
?钢管支架自重,包括立柱、纵向水平杆、横向水平杆、支承杆件等。
?梁体混凝土重
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3新浇砼容重以26kN/m计,通过计算分析,箱梁各处自重荷载如下:
腹板处:52.0Kpa,底板处:11.7KPa,翼板:11.44KPa(取最大处)。
?模板自重(含内模、侧模及支架)以砼自重的5%计,则:
腹板处:2.6Kpa,底板处:0.585KPa,翼板:0.572KPa。
?施工人员、施工料具堆放、运输荷载:2.5kPa
?倾倒混凝土时产生的冲击荷载:2.0kPa
?振捣混凝土产生的荷载:2.0kPa
?风荷载:w=0.7μzμsw0=0.27kPa
荷载组合
计算模板强度、刚度:q=1.2×(?+?)+1.4×(?+?+?)
计算脚手架强度、刚度:q=1.2×(?+?)+1.4×(?+?+?)
计算脚手架稳定:q=1.2×(?+?+?)+1.4×(?+?+?)
计算脚手架单肢立杆承载力:q=1.2×(?+?+?)+0.9×[1.4×(?+?+?)+?]
3.1.2箱梁钢管支架检算:
3.1.2.1底模检算
底模采用δ,20mm的竹胶合板模板,直接搁置于横向方木次楞上。
(1) 截面参数及材料力学性能指标
223 W=bh/6=250×20/6=16667mm
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334I=bh/12=250×20/12=333333mm
32竹胶板容许应力[σ]=70 MPa,E=6×10 N/mm。 0
(2) 腹板区(方木次楞按间距L=0.15米布置)
按三跨连续梁来计算,模型如下:
1、荷载组合
q=1.2×(52+2.6)×0.25+1.4×(2.5+2.0+2.0)×0.25=18.66kN/m
2、强度检算
22M,ql/10,18.66×0.15/10,0.042KN.m max
σ,M/W,0.042/16667,2.52MPa?[σ]合格 maxmax0
3、刚度检算
44f,ql/(150EI),18.66×150/(150×16667×333333),0.01mm ?[f],150/400,0.375mm合格 0
(3)底板区(方木次楞按间距L=0.20米布置) 1、荷载组合
q=1.2×(11.44+0.572)×0.25+1.4×(2.5+2.0+2.0)×0.25=5.88kN/m
2、强度检算
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2M,ql/10,0.024KN.m max
σ,M/W,2.56MPa?[σ]合格 maxmax0
3、刚度检算
44f,ql/(150EI),5.88×200/(150×6000×36000),0.29mm ?[f],200/400,0.5mm合格 0
(4)翼板区(方木次楞按间距L=0.20米布置)
1、荷载组合
q=,1.2×(11.8755+0.585)+1.4×(2.5+2.0+2.0),×0.25=4.33kN/m
2、强度检算
22M,ql/10,4.33×0.2/10,0.02KN.m max1
σ,M/W ?[σ] ,10.8MPa合格 maxmax0
3、刚度检算
4f,ql/(150EI)?[f],200/400,0.5mm 合格 0
3.1.2.2方木次楞检算
方木次楞搁置于钢管(双根)主楞上,次楞方木规格为50×100mm,
次楞亦按连续梁考虑。
方木的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》
(JTJ025-86)中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值,则:
33[σ],12×0.9,10.8MPa,E=9×10×0.9=8.1×10MPa。 0
按三跨连续梁来计算,模型如下:
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(1)截面参数及材料力学性能指标
2243 W=b×h/6=50×100/6=8.3×10mm
3364I=b×h/12=50×100/12=4.17×10mm
(2)腹板区(方木次楞按间距L=0.15米布置)
1、荷载组合(木楞自重忽略不计)
q=[1.2×(52+2.6)+1.4×(2.5+2.0+2.0),×0.15=11.2kN/m
2、强度检算
22M,ql/10,11.2×0.45/10,0.23KN.m(腹板区间距为max1
0.4425m,l按0.45取值)
4σ,M/W,0.23/8.3×10,2.7MPa ?[σ] ,10.8MPa合格 maxmax0
3、刚度检算
4436f,ql/(150EI),11.2×450/(150×8.1×10×4.17×10),0.09mm?[f],450/400,1.125mm 合格 0
(3)底板区(方木次楞按间距L=0.20米布置)
1、荷载组合(木楞自重忽略不计)
q=,1.2×(11.44+0.572)+1.4×(2.5+2.0+2.0),×0.2=4.7kN/m
2、强度检算
22M,ql/10,4.7×1.011/10,0.48KN.m max1
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4σ,M/W,0.48/8.3×10,5.8MPa ?[σ] ,10.8MPa合格 maxmax0
3、刚度检算
4436f,ql/(150EI),4.7×1011/(150×8.1×10×4.17×10),0.97mm
?[f],1011/400 合格 0
(4)翼板区(方木次楞按间距L=0.20米布置) 1、荷载组合(木楞自重忽略不计)
q=,1.2×(11.7+0.585)+1.4×(2.5+2.0+2.0),×0.2=4.8kN/m
2、强度检算
22M,ql/10,4.8×0.9/10,0.39KN.m 1max
4σ,M/W,0.39/8.3×10,4.7MPa ?[σ] ,10.8MPa合格 maxmax0
3、刚度检算
4436f,ql/(150EI),4.8×900/(150×8.1×10×4.17×10),0.6mm?[f],900/400,2.25mm 合格 0
3.1.2.3主楞钢管检算(梁高2000mm段区域内) 主楞规格为两根φ48×3.5的圆钢管,[σ],205MPa,E=205×0
510MPa。
(1)截面参数及材料力学性能指标
3 W=5078mm
4I=121867mm
(2)荷载
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次楞所传递给主楞(2根φ48×3.5的圆钢管)的集中力为: 腹板区:P=11.2×0.45=5.04kN 1
底板区:P=4.7×1.011=4.75kN 2
翼板区:P=4.8×0.9=4.3kN 3
主楞自重:q,6.88kN/m
(3)承载力计算
腹板下主楞受力最大,以腹板下主楞为例计算。 1、计算模型
2、强度检算
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单根最大支座反力R,13.8KN
σ,178.7MPa ?[σ] ,205MPa合格 max0
3、刚度检算
f,1.46mm ?[f],750/400,1.88mm 合格 0
3.1.2.4支架立杆检算
(1)风荷载计算
由于室外露天支模,须考虑风荷载。模板支架计算高度H=5m,
2基本风压按郑州50年一遇风压值采用,ω=0.45kN/m。风压高度变0
化系数μ=1,扣件式钢管脚手架步距h=1.5m。 z
2 风荷载标准值为:ω=0.7μμω=0.405kN/m0zs0
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222风荷载产生弯矩标准值:M=0.9×1.4ωlh/10=0.9×1.4×0.405wka
2×0.75×1.5/10=0.078kN.m
(2)立柱轴心压力设计值
上部传递的最大荷载设计值:13.8×2=27.6kN;
立柱承受支架自重设计值:1.2×(5×0.0384+1.011×3×0.0384+0.75×3×0.0384)=0.48kN;
立柱轴心压力设计值N=27.6+0.48=27.08kN
(3)支架立杆稳定性计算
横杆步距为1.5m,模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心至模板支撑点的长度取0.2m,固立杆计算长度l=h+a=1.5+0.2=1.7m。 0
长细比λ=l/i =1700/15.9=106.9<210 合格
查表知φ=0.586
N/φA + M/W=27080/(0.586×489.3) + 78000/4490 w
=111.8Mpa
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