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计算荷载放大系数:
K=q/q1=1.78。
2.3支架荷载分配
现浇箱梁上跨津马大道,采用2跨连续贝雷钢管支架与盘扣支架组合。
贝雷支架正交布置,按照2跨连续梁考虑。
钢管桩贝雷支架受力如图2所示。
图2钢管桩贝雷支架受力图
2.4结构内力计算及支反力
反力R1=R3=0.375ql=0.375×
739.8×
8.85=2455.21KN,反力R2=1.25ql=1.25×
8.85=8184.04KN。
剪力Q1=Q3=0.375ql=2455.21KN,剪力Q2=0.625ql=4092.02KN。
弯矩M1=M3=0.07ql2=0.07×
8.85×
8.85=4056.01KNm,Mmax=M2=0.125ql2=7242.87KNm。
2.5钢管桩顶一次主梁验算
根据反力计算结果,钢管桩顶一次主梁最大承受荷载N=8184.04KN。
按照钢管支架布置结构,钢管顶一次主梁横向荷载分配及支撑布置如图3所示:
图3一次主梁荷载布置图(KN)
各分段近似按照均布荷载,利用MadisCivil2015进行验算,反力图如图4所示,单位KN:
图4反力图
弯矩如图5,单位KNm:
图5弯矩图
剪力如图6,单位KN:
图6剪力图
选择3I45工字钢作为一次主梁,单根工字钢截面参数为:
A=102.4cm2,Ix=32241cm4,d=11.5mm,Sx=836.4cm3。
(1)验算抗弯能力
最大弯曲拉压应力:
σmax=
=449480×
22.5/(3×
32241)=104.56MPa,安全系数K=205/104.56=1.96。
(2)验算剪应力
最大截面剪切应力:
=1055.33×
103×
836.4×
103/(3×
32241×
104×
11.5)=79.36MPa,小于fv=125Mpa。
(3)验算挠度
主梁在1号和2号、3号和4号钢管之间正弯矩最大,利用力法位移相似关系,设在中跨范围内作用一单位荷载q=1N/m,则其单位荷载下的最大弯矩;
M=ql2/8=1015312500Nm。
单位荷载作用下的最大挠度:
ω1=
=4.31mm
由
得,ω=Mmaxω1/M1=1.1,小于l/400=7.1mm。
2.6钢管桩验算
钢管桩采用外径72cm、壁厚9mm的旧钢管,考虑钢材锈蚀折减影响,按照壁厚7mm进行验算。
根据各墩支反力结果,2号钢管支撑受力最大,钢管采用5根布置,单根钢管承受力最大荷载见图4,Rmax=1722.32KN。
钢管高度L=7.5米。
(1)钢管桩参数
外径D1=720mm,壁厚7mm,弹性模量E=206000N/mm²
,截面惯性矩I=996479511mm4,回转半径i=252.1mm,截面积0.01568m2。
长细比λ=L/i=7500/252.1=29.8,属于短杆受压,对应折减系数ψ=0.964。
钢管桩按照两端铰接结构设置,自由受压系数μ=1。
(2)强度验算
钢管允许承受荷载[R]=ψfA=0.964×
205000×
0.01568=3098.68KN,安全储备系数K=3098.68/1722.32=1.8。
(3)支撑柱压缩量
△h=Rh/EA=1722.32×
7.5/(206000×
0.01568)=4.0mm。
2.7贝雷梁数量确定
贝雷片布置形式见图7,Mmax=M2=7242.87KNm,Qmax=4092.02KN。
图7钢管贝雷支架纵向布置图
(1)验算贝雷桁架抗剪能力
贝雷桁架物理几何指标见表1:
表1贝雷桁架参数表
型号
几何特性
容许内力
单排单层不加强
Ix
(cm4)
W
(cm3)
弯矩
(KNm)
剪力
(KN)
材质抗压应力f
(MPa)
材质剪应力fv
250497.2
3578.5
788.2
245.2
273
208
根据“结构内力计算及支反力”计算结果,贝雷桁架梁的最大剪应力Qmax=4092.02KN。
单排贝雷抗剪能力245.2KN,要排数不小于4092.02/245.2=16.7。
(2)验算抗弯能力
根据“结构内力计算及支反力”计算结果,贝雷桁架梁的最大弯矩Mmax=7242.87KNm。
单排贝雷抗弯能力788.2KNm,要排数不小于7242.87/788.2=9.2。
综合贝雷抗弯和抗剪能力,根据箱梁截面特性,为便于贝雷片放置,并考虑一定的安全储备,选择承重贝雷片数量为20排。
根据“结构内力计算及支反力”计算结果,贝雷桁架梁的最大正弯矩为4056.01KNm。
设在最大弯矩跨上作用单位荷载q=1Nm,则其单位荷载下的最大弯矩;
M=ql2/8=9790312500。
=8.6。
得,ω=Mmaxω1/M1=3.6mm,小于L/400=22.1mm。
三、盘扣支架验算
3.1计算梁横截面积
箱梁标准横截面积A=14.76m2,标准截面如图9所示:
图9箱梁横截面荷载图
3.2荷载计算
结构恒载q1=14.76×
26×
1.5=575.64KN。
q2=2.5×
1.5×
16.5=61.88KN。
(3)支架恒载
盘扣立杆高度14米,重量86.8kg,杆件数量20根。
q3=86.8×
20×
10=17.36KN。
q4=1×
16.5=24.75KN。
q5=2×
16.5=49.5KN。
q6=2×
q=1.2(q1+q2+q3)+1.4(q4+q5)=959.11KN。
K=q/q1=1.66。
3.3支架荷载分配
根据标准截面特性,支架设计计算荷载q按照均布荷载进行布置,荷载横向分布如图10所示:
图10盘扣支架横向荷载分布图
3.4二次分配梁验算
二次分配梁采用I14工字钢,力学参数为:
E=206000N/mm,W=102000mm3,I=7120000mm4,Sx=58.4cm3,d=7mm。
按照连续梁,利用MadisCivil2015进行受力检算,各支反点反力如图11所示,单位KN:
图11二次分配梁支反力布置图
弯矩如图12,单位KNm:
图12二次分配梁弯矩图
剪力如图13,单位KN:
图13二次分配梁剪力图
=9.19×
106×
70/7120000=90.35MPa,安全系数K=205/90.35=2.27。
=69.08×
58.4×
103/(7120000×
7)=80.94MPa,小于fv=125Mpa。
二次分配梁在7号和8号支点之间正弯矩最大,利用力法位移相似关系,设在中跨范围内作用一单位荷载q=1N/m,则其单位荷载下的最大弯矩;
M=ql2/8=101250000Nmm。
=5.82mm
得,ω=Mmaxω1/M1=0.5,小于L/400=2.25mm。
3.5盘扣立杆验算
根据图9反力计算结果,立杆最大承受荷载N=91.5KN。
(1)钢管参数
盘扣立杆采用φ60×
3.2mm型钢管,材质Q345B,抗压强度ƒ=300N/mm2,弹性模量E=206000N/mm2。
截面特性:
截面积A=571mm2,回转半径i=20.10mm。
立杆步距L=1.5米,长细比λ=L/i=74.6,属于短杆受压,对应折减系数ψ=0.672。
钢管允许承受荷载[R]=ψfA=0.672×
300×
571×
10-3=115.11KN,安全储备系数K=115.11/91.5=1.26。
3.6盘扣支架整体稳定性验算
由于支架高宽比为14/18=0.78<
1,故不计算支架整体抗倾覆稳定性。
四、三次分配梁验算
三次分配梁采用I10工字钢,其力学参数为:
E=206000N/mm2,I=245cm4,W=49cm3,Sx=28.2cm3,d=4.5mm。
分配梁间距25cm,取纵向6米连续梁计算;
梁高2.8米,钢筋砼重度rc=26KN/m3。
则其均布荷载q1=2.8×
0.25=18.2KN/m,施工人员及机械活载q2=1×
0.25=0.25KN/m,振捣荷载q3=2×
0.25=0.5KN/m,倾倒荷载q4=2×
0.25=0.5KN/m,则三次分配梁计算荷载q=1.2q1+1.4(q2+q3+q4)=23.59KN/m。
具体荷载布置如图14所示:
图14三次分配梁荷载布置图
(1)内力计算
弯矩如图15,单位KNm:
图15三次分配梁弯矩图
剪力如图16,单位KN:
图16三次分配梁剪力图
=5.6×
102×
50/245=114.3MPa,安全系数K=205/114.3=1.8。
(3)验算剪应力
=21.42×
28.2/(245×
4.5)=52.78MPa,小于fv=125Mpa。
(4)验算挠度
三次分配梁在边跨间正弯矩最大,利用力法位移相似关系,设在中跨范围内作用一单位荷载q=1N/m,则其单位荷载下的最大弯矩;
M=ql2/8=281250000Nmm。
=130.6mm
得,ω=Mmaxω1/M1=1.8mm,小于l/400=3.75mm。
五、梁底面板验算
梁底模板采用1.8cm厚竹胶板,其力学参数为:
E=9000N/mm2,抗弯强度设计值ƒm=11MPa,剪应力fv=1.7Mpa。
选取截面纵向宽b=0.4米(端横梁、中横梁支撑宽)、横向长75cm(分配梁间距25cm)的竹胶板进行验算,其I=194400mm4,W=21600mm3,Sx=16200mm3,d=9mm。
梁高h=2.8米,钢筋砼重度rc=26KN/m3。
则其均布荷载q=2.8×
0.4=29.12KN/m,施工人员及机械活载q2=1×
0.4=0.4KN/m,振捣荷载q3=2×
0.4=0.8KN/m,倾倒荷载q4=2×
0.4=0.8KN/m,则三次分配梁计算荷载q=1.2q1+1.4(q2+q3+q4)=37.74KN/m。
具体荷载布置如图17所示:
图17竹胶板荷载布置图
弯矩如图18,单位KNm:
图18竹胶板弯矩图
剪力如图19,单位KN:
图19竹胶板剪力图
=0.2×
9/194400=9.3MPa,安全系数K=11/9.3=1.18。
=5.46×
16200/(194400×
400)=1.14MPa,小于fv=1.7Mpa。
竹胶板在边跨间正弯矩最大,利用力法位移相似关系,设在中跨范围内作用一单位荷载q=1N/m,则其单位荷载下的最大弯矩:
M=ql2/8=7812500Nmm。
=29.07mm
得,ω=Mmaxω1/M1=0.74mm,小于l/400=0.625mm(考虑竹胶板支撑并不是点支撑,I10工字钢宽6.8cm,这里近似按25cm布置)。
六、侧模面板计算
侧模板采用1.8cm厚竹胶板,其力学参数为:
选取截面纵向宽b=50cm、横向长75cm(背肋间距25cm,主楞间距50cm)的竹胶板进行验算,其I=243000mm4,W=27000mm3,Sx=20250mm3,b=500mm。
6.1荷载计算
(1)模板的侧压力为:
式中P--新浇混凝土对侧面模板的最大侧压力,(KPa)
γ--混凝土的容重(KN/m3),取25KN/m3;
K--外加剂影响修正系数,不加时,取1.0;
掺外加剂时取1.2;
h--有效压头高度(m)。
当v/T=2/30=0.07>
0.035时(混凝土浇筑速度v取2m/h,由于在夏季施工,重庆地区气温T按30℃考虑),h=1.53+3.8*v/T=1.8(m)。
由于箱梁分两次浇筑,第一次浇筑至腹板与翼板交界处,腹板高度H=2.25米。
则,
=1.2×
25×
1.8=54(KN/m2)。
取0.5米板宽进行计算,则q1=54×
0.5=27KN/m;
(2)振捣荷载
取0.5米板宽进行计算,则q2=2×
0.5=1KN/m;
(3)倾倒冲击荷载
取0.5米板宽进行计算,则q3=2×
(4)计算荷载
q=1.2q1+1.4(q2+q3)=35.2KN/m。
6.2荷载布置
采用三跨连续梁进行验算,荷载布置如图19所示:
图19侧面板荷载布置
6.3内力验算
利用MadisCivil2015进行受力检算,弯矩图如图20所示,单位KNm:
图20弯矩图
剪力图如图21所示,单位KN:
图21剪力图
9/243000=7.4MPa,小于ƒm=11MPa,安全系数K=11/7.4=1.48。
=5×
20250/(243000×
500)=0.83MPa,小于fv=1.7Mpa。
=23.3mm
得,ω=Mmaxω1/M1=0.6mm,小于l/400=0.625mm。
七、侧模背肋方木内力验算
面板背肋采用100×
50mm方木,间距25cm,其力学参数为:
截面参数为:
I=1041667mm4,W=41667mm3,Sx=31250mm3,b=100mm。
7.1荷载计算
取0.25米荷载宽度进行计算,则q1=54×
0.25=13.5KN/m;
取0.25米荷载宽度进行计算,则q2=2×
0.25=0.5KN/m;
取0.25米板宽进行计算,则q3=2×
q=1.2q1+1.4(q2+q3)=17.6KN/m。
7.2荷载布置
采用三跨连续梁进行验算,荷载布置如图22所示:
图22侧面板荷载布置
7.3内力验算
利用MadisCivil2015进行受力检算,弯矩图如图23所示,单位KNm:
图23弯矩图
剪力图如图24所示,单位KN:
图24剪力图
=0.39×
25/1041667=9.35MPa,小于ƒm=11MPa,安全系数K=11/9.35=1.18。
=5.19×
31250/(1041667×
100)=1.56MPa,小于fv=1.7Mpa。
M=ql2/8=31250000Nmm。
=86.8mm
得,ω=Mmaxω1/M1=0.97mm,小于l/400=1.25mm。
八、侧模主楞计算
侧模主楞采用2×
Φ48mm钢管,钢管壁厚3.5mm。
拉杆竖向间距50cm,其力学参数为:
E=2.06×
105N/mm2,抗弯强度设计值ƒm=205MPa,剪应力fv=125Mpa。
I=121870mm4,W=10155mm3,A=489.3mm2。
8.1荷载计算
取0.5米荷载宽度进行计算,则q1=54×
取0.5米荷载宽度进行计算,则q2=2×
8.2荷载布置
8.3内力验算
=0.79×
24/(2×
121870)=77.8MPa,小于ƒm=205MPa,安全系数K=205/77.8=2.63。
=2×
10.38×
103/(2×
489.3)=21.2MPa,小于fv=125Mpa。
=16.2mm
得,ω=Mmaxω1/M1=0.4mm,小于l/400=1.25mm。
九、拉杆验算
拉杆采用Φ12mm螺纹钢,腹板立面布置4根,横纵间距为50×
50cm。
其力学参数为:
105N/mm2,抗拉强度设计值ƒm=205MPa。
9.1荷载计算
2.25=54(KN/m2)。
取0.5×
0.5面积荷载宽度进行计算,则N1=54×
0.5×
0.5=13.5KN/m;
0.5m2面积荷载宽度进行计算,则N2=2×
0.5=0.5KN/m;
0.5m2面积板宽进行计算,则N3=2×
N=1.2N1+1.4(N2+N3)=17.6KN/m。
9.2内力验算
Φ12mm拉杆抗拉设计值F=205×
3.1416×
6×
6=23.2KN,大于N=17.6KN,安全系数K=23.2/17.6=1.32。
十、基础验算
10.1钢管贝雷组合支架基础
2号钢管共承载荷载8184.04KN,基础设置于津马大道沥青路面中央,采用C15混凝土,尺寸为1800×
140×
65cm,钢管柱底钢板为100×
100×
1cm。
C15砼抗压强度设计值8.5MPa,压力P=8.5×
1×
5=42500KN,大于8184.04KN,满足要求。
沥青砼路面水稳基层设计抗压强度3MPa,则在钢管柱基础下承载力为F=3×
18×
1.4=75600KN,大于8184.04KN,满足要求。
10.2盘扣支架基础
盘扣支架立杆纵向步距1.5米,总荷载959.11KN。
盘扣底托尺寸为15×
15cm,基础采用厚15cmC15砼,按照刚性角45°
即有效承载宽度55cm计算,混凝土基础宽度17.3米,则基底要求承载力Pmin=959.11/(17.3×
0.45)=123.2KPa。
按照单根杆件最大承载力N=91.5KN验算,基础砼有效承压尺寸为45×
45cm,则基底承载力要求Pmin=91.5/(0.45×
0.45)=451.85KPa。
混凝土轴心承受理论荷载F=8.5×
0.15×
0.15=191.25KN,大于杆件最大压力91.5KN。
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