西南大桥工程起点位于迎宾大道,跨仙衣路、石鼓江、鲤鱼江,在贵糖集团至郁江左岸,此段地势较为平坦,地面高程一般44~47m,轴线处石鼓江宽60m,断面呈“V”型,河床面最低高程32.4m,轴线处鲤鱼江宽约70m,断面呈“V”型,河床面最低高程26.6m;桥址区郁江宽310m,河床断面呈不对称的“U”型,左岸宽缓,右岸陡峭,水域宽252m;南引桥及接线部分地势平坦,地面高程一般45~48m,主要为耕地,接近江南大道分布有学校及居民区。全桥分主桥、引桥,桥梁总长1280.0m,主桥为548.0m双塔双索面预应力混凝土边主梁斜拉桥。
主塔:主塔采用流线弧线框架钢筋混凝土结构,塔柱高102.5m,分别由上、下塔柱及上、下横梁组成;上塔柱高78.3m,下塔柱高24.2m。上塔柱外轮廓尺寸为横桥向按流线型变宽,最小处6.5m,顺桥向等宽6m;下塔柱外轮廓尺寸横桥向宽6.5~9m、顺桥向1.4m。
二、编制依据
1、《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)
2、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
4、《钢结构设计规范》 (GB 50017-2003)
5、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001;
6、《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》JGJ166-2008;
7、《建筑地基基础设计规范》
8、《路桥施工计算手册》
三、支架主要材料和性能参数
根据施工设计方案,横梁混凝土支架采用大直径钢管配贝雷片梁支架结构,对支架体系,支架杆件稳定性及斜塔柱支撑力进行计算,计算采用MIDAS civil 2010 有限元分析软件配合计算。
1、Q235型钢容许应力及弹性模量
钢模板采用的钢材均为Q235,根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中,表3.4.1-1钢材的强度设计值〔σ〕=205 Mpa、E=2.1×105 MPa
2、贝雷架是以形成一定单元的钢架,可以用它拼接组装成很多构件、设备,如:龙门吊,施工平台等。用贝雷架组装成的桁梁就是贝雷梁。
销子为30鉻锰钛钢,插销为弹簧钢,桁片、加强弦杆、纵横梁及支撑架材质为16锰钢。
16锰钢的拉应力、压应力及弯曲应力:1.3*210=273MPa。
16锰钢的剪应力:1.3*120=156MPa。
30鉻锰钛的拉应力、压应力和弯曲应力:0.85*1300=1105MPa。
30鉻锰钛的剪应力:0.45*1300=585MPa。
四、下横梁支架设计
横梁支撑体系由立柱、分配横梁、贝雷梁、碗扣架、成品钢底模系等组成。
下横梁支撑立柱采用2排5列共10根Ф820×10mm的钢管,钢管最大长度17.7m,分别焊接于承台和临时桩预埋件上,横桥向每跨间距4.5m和7.5m,顺桥向间距4.4m。分配横梁为2根H588型钢,顺桥向布置;主梁为贝雷梁横桥向布置,间距0.45m;顶部安装12工字钢,间距1500px,安装碗扣脚手架纵间距1500px,横间距750px,步距1500px;底模为面部6mm厚钢板,加强肋采用8号槽钢,纵间距1500px,横间距750px。下横梁支架如图。
1、支架荷载
根据主塔下横梁的结构特点,在施工过程中涉及以下荷载型式:
q1——下横梁自重荷载,钢筋混凝土密度取26kN/m3。
下横梁支架处混凝土图
下横梁支架设计图
下横梁支架部位混凝土方量472.8m3。横梁每平方米荷载:q1=472.8 *26/(29.1*5) =84.5kN/m2,横梁支架设计中考虑到腹板处荷载较大在该处布置二片贝雷片,使支架布置的贝雷片承受荷载基本均衡,加之横梁底钢架对荷载的分散作用,在施工验算中可以按照均布荷载进行计算。
q2——箱梁内外模及支撑、底模、分配梁荷载,按均布荷载计算,经计算取q2=2 kN/m2(取值按偏于安全考虑)。
q3——施工人员及设备荷载,规范取值为3kN/m2。
q4——振捣砼时产生的荷载,规范取值为2kN/m2。
q5——支架自重,每根立柱处支架重量4t
荷载组合
注:偏安全考虑,荷载组合系数按1考虑。
2、底模强度验算
底模为面部6mm厚钢板,加强肋采用8号槽钢,纵间距1500px,横间距750px。
(1)下横梁底模板加强肋验算
采用8号槽钢,纵间距1500px,横间距750px。将加强肋简化为如图的简支结构(偏于安全)。
上均布荷载q=( q1+ q2+ q3+ q4) ×0.3=27.45
=(1/8)×27.45×0.62
=1.24kN·m
则:最大应力 σmax=M/W=1.24/(25325×10-9)=49Mpa<〔σ〕=205Mpa
挠度计算
f=5ql4/384EI
=5*27.45*0.64/(384*2.1*105*101.3)
=0.22×10-3m<L/400=0.6/400=1.5×10-3m
结论:加强肋验算满足要求。
(2)横梁底模验算
底模采用底模为面部6mm厚钢板则有:
底板的截面惯性矩
I=(bh3)/12=(1*0.0063)/12=1.8*10-9m4
取1米宽模板进行演算:
模板均布荷载q=( q1+ q2+ q3+ q4)=91.5kN/m2
则:M=ql2/8 =91.5*0.262/8=0.774kN·m
模板需要的截面模量:
W=M/[σw] =0.774/(2.1*105)=3.69*10-6m3
取模板的宽度b为1m,根据W、b得h为:
<0.006m
挠度计算
f=0.00127ql4/(Eh3/(12(1-v2))
=0.00127*91.5*0.264/(2.1*105*0.0063/(12*(1-0.32))
=0.128×10-3m<L/400=0.26/400=0.65×10-3m
结论:采用6mm厚钢板底模板满足要求。
3、碗扣脚手架验算
1)荷载设计参数
锚室搭设部分扣件式脚手架,扣件式脚手架纵间距1500px,横间距750px,步距1500px,整体高的2.7m。
立杆的稳定性:
N/(φ·A)≤f
模板支架立杆的轴向力:
N=91.5×0.6×0.3=16.47KN
模板支架立杆的计算长度 l0=h+2a
h—支架立杆的步距,h=0.6 m
a—模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度。a=0.45 m
l0=0.6+2×0.45=1.5 m
立杆截面回转半径,查表,对于φ外=48 mm,t=3.5 mm的钢管,i=1.58 cm
长细比 λ=l0 / i=1.5×100 / 1.58=94.9
轴心受压构件的稳定系数,查表,采用直线内插法计算,φ=0.625
立杆的截面面积,查表 A=122.24999999999999px2
N/(φ·A)=16.47×103/(0.625×4.89×102)
=53.9Mpa<205Mpa,合格。
结论:碗扣支架满足要求。
4、贝雷梁验算
贝雷梁长度跨度L=27m,跨度为7.5m和4.5m的连续梁,贝雷梁均布荷载Q1=61.6KN/m,每榀贝雷梁结构由二片对称贝雷片组成,本次计算取一片进行验算,一片上的均布荷载q=61.6/2=30.8kN/m。军用梁采用MIDAS Civil计算软件进行杆件内力分析。
⑴计算荷载及结构简图
支点反力+
⑵桁架弯矩图
弯矩图
⑶桁架轴力图
轴力图
⑷桁架内力表
贝雷梁内力表
⑸杆件验算
通过桁架内力分析,受力最大杆件为72和85号杆件,为轴线受压杆件其:
1、轴力N=97.09kN
2、弯矩M=3.64kN*m
杆件同时受到轴力和弯矩,属于压弯组合构件,贝雷梁上下杆件均采用[10(16Mnq),W=39660㎜3,A=1274㎜2, Sx=705px3,tw= 7.6mm,I=6125px4, γ=1.05按《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)第5.2.1式,验算其强度:
σ=M/γ*W+N/A=[848/1.05×39660×10-9+99500/(1274×10-6)] ×10-6 =78.1MPa <f =310 MPa,满足临时结构的要求。
最大应力
t= QmaxSx/I/tw
=15.35*28.2/(245*7.6)=23.2MPa <fv=125 MPa,满足要求。
跨中挠度
计算跨中挠度时,其均布荷载q=30.8kN/m,军用梁上下弦杆均采用2×10[,上下弦杆的中心距离为1.5m,(16Mnq),其中Ix=1983000mm4:
上下弦杆组合截面的惯性矩I=4×(Ix+A×d2)=4×(1983000+1274×7502)=2874432000mm4,则计算如下:
f=5qL4/384EI=5×30.8×75004/(384×2.1×105×2874432000)=2.1㎜<30㎜=L/400,满足规范要求。
5、分配横梁
本次下横梁采用2根H588工字钢,受贝雷梁的支座反力,支座反力479.4kN,贝雷梁安装比较均匀,贝雷梁之间采用连接件形成一个整体,贝雷梁对横梁的作用可以按均布荷载考虑。Q=479.4*4/4.5=426.1KN/m,单根H588型钢均布荷载213.1 KN/m,安装跨度4.5m简支梁计算。
=(1/8)×213.1×4.52
=539.3KN·m
则:最大应力 σmax=M/W=539.3/(7866667×10-9)
=68.5Mpa<〔σ〕=205Mpa
挠度计算
f=5ql4/384EI
=5*213.1*4.54/(384*2.1*105*118000)
=11.5px<L/400=4500/400=27.500000000000004px
结论:分配梁满足要求。
6、立柱验算
⑴立柱变形
17.5px<L/400=1860/400=116.25000000000001px
结论:立柱满足要求。
立柱杆件应力表
⑵立柱应力验算
立柱受力最大一组集中荷载为:1941.5KN。
钢管稳定性计算:钢管支撑最大轴力为1941.5KN。
钢管回转半径
长细比 λ=L/i=17.7/0.29=61
查表用内插法得Ф=0.88,则
σ=(φA)=1941.5/[0.88×3.14(0.822-0.82) /4]=85.7Mpa<205 Mpa
立柱满足要求。
⑶立柱剪应力
t= Qmax/A/2
=345.55/0.0254/2=6.8MPa <fv=125 MPa,满足要求。
7、扩大基础验算
立柱扩大基础下挖至中风化灰岩1m,扩大基础长6m,宽2.5m,高度1.5m。采用上下二层间距150mm,φ25钢筋网片。混凝土标号C35。
立柱扩大基础荷载为:1917.6*2=3835.2KN。
参照路桥施工计算手册中风化灰岩容许承载力800KPa
2.5*6*800=10000KN>3835.2KN
扩大基础满足设计要求。
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