双柱式盖梁施工计算书剪力销.docx
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双柱式盖梁施工计算书剪力销
中山市古神公路二期工程北段I标
盖梁施工计算书
中铁七局集团郑州工程有限公司
中山市古神公路二期工程北段I标项目经理部
一、编制依据
1、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
2、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
3、《建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范》(JGJ130-2001)
4、《路桥施工计算手册》(人民交通出版社)
5、国家及交通部颁发的有关设计、施工规范及验收标准
6、《中山市古神公路二期工程北段Ⅰ标施工图设计》
7、现场实际情况及调查资料
二、工程概况
中山市古神公路二期工程北段Ⅰ标中小桥共三座,但只有麒麟中桥有墩柱6条,盖梁8个,主道盖梁长13.039m,辅道盖梁9.375m,高1.3m,宽1.6m,砼设计强度为C30,主道盖梁为24.9m,辅道盖梁18.0m.
三、专项施工方案设计
麒麟中桥1#、2#桥墩处于河涌,为方便小鱼船通航,桩基施工时只半幅围堰。
因此,不可能采取管架式支架,钢棒箍成本高,介于顾及到进度,经济效益施工方便,决定采用剪力销作为承重支撑,即在墩柱上预留孔穿钢棒搭设支承平台施工。
本方案将对主道双柱式盖梁荷载、弯矩最大、最不利的工况下对其模板支撑体系进行分别设计和验算,辅道不以算之。
主道双柱式盖梁最大尺寸为1303.9cm×160cm×130cm,混凝土方量24.9m3。
盖梁简图如下:
四、支承平台及模板布置
盖梁施工支承平台采用在每个墩柱上各穿一根250cm长φ120mm钢棒(A45钢),上面采用墩柱两侧各一根1400cm长I63a工字钢做横向主梁;主梁上面安放一排每根300cm长的I20a工字钢,间距为60cm作为分布梁;分布梁上架300cm×10cm×10cm的方木作为龙骨,龙骨间距为30cm;龙骨上铺设2.0cm后的塑胶板作为盖梁底模。
盖梁侧模采用2cm塑胶板,模厚度为δ20mm,在肋板外设3排长14m的2[14背带,间距50cm。
在侧模外侧采用间距60cm的2[10槽钢作竖带,竖带高130cm;在竖带上间隔60cm设一条M20的螺栓作拉杆,在竖带外设φ48的钢管斜撑,支撑在横梁上。
传力途径为:
盖梁底模→龙骨(3m×0.1m×0.1m方木)→纵向分布梁(I20a工字钢)→横向主梁(I63a工字钢)→支点φ120mm钢棒(A45钢)。
为了方便调整高度和拆模施工,采用三角木支撑横向主梁。
如下图:
五、计算参数
序号
材料名称
规格
单位重量
弹性模量
(×103)Mpa
截面积
cm2
抵抗矩
W(cm3)
惯性矩
I(cm4)
1
塑胶板(底)
244×122×2cm
5.8Kg/m2
9
2
方木
300×10×10cm
4.5Kg/m
9
166.67
833.33
3
小横梁
工字钢I20a
27.91Kg/m
210
35.55
236.9
2369
4
大横梁
工字钢I63a
121.36Kg/m
210
154.59
2984.3
94004
5
钢棒
Φ120mm
113.1
6
背带
槽钢[14a
14.53Kg/m
210
18.51
80.5
563.7
7
竖带
槽钢[10
10Kg/m
210
12.74
39.4
198.3
8
拉杆
Φ20mm
9
螺栓
M20
1、钢材采用Q235钢,抗拉、抗压、抗弯强度设计值[σ]=215Mpa;
2、钢材抗剪强度设计值[τ]=125Mpa;
3、振捣混凝土产生的荷载:
2KPa即2.0KN/m2;
4、倾倒混凝土产生的荷载:
6KPa即6.0KN/m2;
5、钢筋混凝土的容重:
26KN/m3;
6、组合塑胶模板及连接件0.75kN/m2。
六、结构计算
(一)、荷载分布
1、盖梁总长L=13.039m,悬臂长a=2.911m,墩柱净距L1=7.21m,I63a工字钢总长14m。
盖梁砼重量:
q1=26KN/m3×24.9m3=647.4KN
2、盖梁两侧各设置一根长148m的I63a工字钢作为横向主梁,则有:
q2=121.36×10×14×2=33.98KN
3、主梁上铺设长3m的I20a工字钢作为分布梁,每根间距60cm,按盖梁全长13.039m布置,共23根,则有:
q3=27.91×10×4×23=25.68KN
4、分布梁铺设龙骨(3m×0.1m×0.1m方木,间距0.2m)共9排,需27m;龙骨上铺设厚度为2.0cm的塑胶板;侧面对拉厚度为20mm的木模板,设3排长14m的2[14靠背槽钢做背带;在侧模外侧采用间距0.6m的2[10靠背槽钢作竖带,竖带高130m,共23排。
则有:
(1)、底模荷载:
qj=5.8×(13.039×1.6+1.75×1.6×2)×10/1000=1.53KN
(2)、龙骨荷载:
ql=0.1×0.1×27×11×20×10/1000=0.59KN
(3)、侧模及连接件荷载:
qc=5.8×2×0.75=8.7KN
(4)、背带及竖带荷载:
qb=[2×2×14×14.53×3+2×1.3×23×10×2]/1000×10=36.37KN
q4=qj+ql+qc+qb=47.21KN
5、施工人员、机具重量荷载按2.5KN/m2,则有:
q5=13.039×1.6×2.5=52.16KN
6、振捣砼产生的荷载按2KN/m2,砼浇筑产生的冲击荷载按6KN/m2,则有:
q6=13.039×1.6×8=166.9KN
7、荷载分项系数:
静荷载按1.2,活荷载按1.4。
(二)、底模(塑胶板)受力计算
1、按强度验算:
底模上的均布荷载:
qd=(1.2×647.4+1.4×219.06)/13.039=83.10KN/m
按强度砼算要求模板厚度:
h=L/4.65×0.2279=200/4.65×0.2279=9.8mm
2、按刚度验算:
验算荷载:
qd=(1.2×q1)/L=(1.2×647.4)/13.039=59.58KN/m
要求模板厚度:
h=L/6.7×=300/6.7×0.2279=10.2mm
∵采用模板厚度20mm>max{9.8mm,10.2mm}
∴底模满足施工要求。
(二)、龙骨受力计算
作用于每根方木上的均布荷载:
qf=[(q1+qj)×1.2+(q5+q6)×1.4]/L/8
=[(647.4+1.53)×1.2+(52.16+166.90)×1.4]/13.039=10.41KN/m。
按三等跨连续梁计算,其下分布梁间距为0.6m,则有
1、弯曲强度:
σ=qf×L2/(10w)=10.41×0.62/(10×166.67×10-6)2.25MPa<[σ]=9Mpa
2、抗弯刚度:
f=qf×L4/(150EI)=10.41×0.64/(150×9×103×106×833.33×10-8)=0.12mm<[f]=L/400=600/400=1.5mm
综上所述方木满足施工要求。
(三)、分布梁受力计算
I20a工字钢分布梁直接承受底模以上的自重,分布在圆柱两侧的I63a工字钢上,两工字钢主梁紧贴圆柱,间距按圆柱直径100cm,故I20a工字钢分布梁计算跨径为100cm,盖梁底宽为160cm,分布梁两端各悬臂70cm,悬臂有利跨中受力,不计悬臂部分,按简支梁计算,实际偏安全,如下图
分布梁布设间距0.6m,作用于每根分布梁上的荷载:
qh=0.6×[(q1+q4)×1.2+(q5+q6)×1.4]/L=0.6×[(647.4+47.21)×1.2+(52.16+166.9)×1.4]/13.039=52.47KN/m。
计算跨径1.0m,按简支梁计算,则有
跨中弯矩:
M=qh×L2/8=52.47×1.02/8=6.56KN∙m
1、弯曲强度:
σ=M/W=6.56×103/(236.9×10-6)=27.69MPa<[σ]=215Mpa
2、抗弯刚度:
f=5×qh×L4/(384EI)=5×52.47×103×1.44/(384×210×103×106×2369×10-8)=0.14mm<[f]=L/400=1.0/400=0.25mm
综上所述I20a工字钢满足施工要求。
(四)、主横梁受力计算
I63a工字钢主梁承受由分布梁传下的荷载,按均布荷载考虑,两根工字钢各承受一半的力,工字钢搭在两圆柱预埋的钢棒上,故工字钢计算跨径为两圆柱中心的间距,取为7.217m,按两端外伸悬臂计算。
如下图
作用于每根I63a工字钢主梁上的荷载:
qz=1/2×[1.2×(q1+q3+q4)+1.4×(q5+q6)]/L=1/2×[1.2×(647.4+25.68+47.21)+1.4×(52.16+166.9)]/13.039=44.9KN/m
1、跨中弯矩:
M=qzlx[(1-a/x)(1+2a/l)-x/l]/2=1/2×44.9×7.217×6.52×[(1-2.911/6.52)×(1+2×2.911/7.217)-6.52/7.217]=102.09KN∙m
σ=M/W=102.09×103/(2984.3×10-6)=34.51MPa<[σ]=215Mpa
2、跨中挠度:
f=qzl4(5-24a2/l2)/384EI=44.9×103×7.2144×(5-24×2.9112/7.2172)/(384×210×103×106×94004×10-8)=0.02040m=20.4mm<[f]=l/400=7217/400=18.0mm
3、悬臂端点挠度:
f=qzal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI=44.9×103×2.911×7.2173×(6×2.9112/7.2172+3×2.9113/7.2173-1)/(24×210×103×106×94004×10-8)=-0.004331m=-1.79mm
即上翘1.79mm<[f]=l/400=2911/400=7.28mm
综上所述I63a工字钢满足施工要求。
(五)、钢棒(剪力销)受力计算
钢棒为悬臂结构,工字钢紧贴圆柱,故只考虑钢棒受剪,4个支点抗剪截面分担承受上面传来的重力。
如下图
每个盖梁按墩柱设两个钢棒支承上部荷载,采用Ф120高强钢棒(A45),端外露0.45米,作用于每个钢棒支点上的剪力:
Qz=1/4×[1.2×(q1+q2+q3+q4)+1.4×(q5+q6)]=1/4×[1.2×(647.4+33.98+25.68+47.21)+1.4×(52.16+166.9)]=302.95KN
t=Q/A=302.95×103/(113.1×10-4)=26.79MPa<[τ]=125Mpa
所以本工程盖梁采用Ф120高强钢棒(A45)能满足要求。
(六)、预留孔受力计算
1、钢棒对预留孔底的压力:
P'=2Q=2×856.29=1712.58KN
2、预留孔底部平均受压面积:
S=D×d=1600×120=192000mm2(式中D为墩柱直径,d为圆钢直径)。
3、平均压应力:
σ=P'/S=1712.58×103/(192000×10-6)=8.92MPa
因孔底平均压应力远小于墩柱混凝土设计强度C30,即30MPa,故墩柱预留孔在盖梁支设模板、浇注混凝土时,其强度可以保证。
(七)、侧模受力计算
根据《简明施工计算手册》有关章节(P310)进行验算,模板侧压力取以下两式中的较小值:
Pm=γH,γ取26KN/m2,H取2.7m,则F=26×2.7=70.2KN/m2
Pm=4+(1500/T+30)-Kx×Kw×V1/3,T取30℃,Kx取1.15,Kw取1.2,V=1m/h,则Pm=4+(1500/30+30)-1.2×1.15×11/2=27.62KN/m2
故模板侧压力取Pm=27.62KN/m2。
1、面板计算
面板采用δ=6mm钢板,每格面板尺寸为0.7m×0.4m,查《路桥施工计算手册》(P773)附表2-17,按两边嵌固,两边简支计算
(1)、最大的正应力δmax
Ly/Lx=0.4/0.7=0.57,查P773,表2-17知,Kx=0.0410,Ky=0.0042,则
Mx=KxqLx2=0.0410×27.62×0.42=0.1812KN.m
My=KyqLy2=0.0042×27.62×0.42=0.0186KN.m
钢材的泊松系数ν取0.3,修正后
Mx’=Mx+U.My=0.1868KN.m
My’=My+U.My=0.0242KN.m
则Mmax=Mx’=186.8N.m
ω=bh2/6=2.7×0.0062/6=16.2×10-6m3
δmax=Mmax/ω=186.8/16.2×10-6=115.3MPa<[σ]=215Mpa
故板的拉应力满足要求。
(2)、最大挠度计算
ωmax=kfPmL4/B0
查《路桥施工计算手册》(P773)附表2-17,kf=0.00257。
L为面板的短边长,L=0.4m,B0为构件的刚度。
B0=Eh3/12(1-ν2)=206×103×63/12(1-0.32)=4.074×106N.mm
fmax=0.00257×27.62×10-3×0.44×1012/4.074×106
=0.45mm<[f]=L/500=400/500=0.8mm
面板挠度满足要求。
2、横愣计算
横愣采用[10的槽钢,水平跨度为0.7m,上下间距为0.4m,模板侧压力F=27.62KN/m2,横愣上的荷载为q=27.62KN/m2×0.4=11.05KN/m
按四跨等跨连续梁计算,查《路桥施工计算手册》(P765)附表2-10,跨中弯矩系数Kw=0.077,跨中挠度系数Kω=0.632,则Mmax=KwqL2=0.077×11.05×0.72=0.417KN.m
(1)、强度计算
查《路桥施工计算手册》(P797)附表3-32知,[10槽钢截面抵抗矩ω=39.4cm3,惯性矩I=198.3cm4
δ=0.417KN.m/39.4cm3=105.8Mpa<[σ]=215Mpa
横愣强度满足要求。
(2)、挠度计算
fmax=(0.077×qL4/100EI)=0.077×11.05×0.74×1012/100×210×103×198.3×104=0.0049mm<[f]=700/500=1.4mm
横愣挠度满足要求。
(九)、对拉杆计算
横板最大侧压力为27.62KN/m2,拉杆横向间距为0.7m,纵向间距为0.7m。
则拉杆所承受的拉力为:
F=27.62×0.7×0.7=13.53KN
查《路桥施工计算手册》(P187)表8-28知,M20螺栓容许拉力为38.2KN>13.53KN,故选用M20螺栓满足施工要求。
七、结论
综合以上计算得知,按照以上布置I63a工字钢主梁、I20a工字钢横梁、Ф120高强钢棒(A45)、4m×0.1m×0.1m方木、2700mm×3000mm×6mm钢侧模及M20对拉螺栓均能满足受力要求,此方案能满足施工受力要求。
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