桥梁临时施工结构计算(唐冕)

桥梁临时施工结构设计与计算2014.12中南大学桥梁工程系唐冕1目录1、满堂支架计算2、墩梁式支架计算3、挂篮设计与计算（包括三角形与菱形挂篮）4、悬臂施工0#块、现浇段及合拢段计算5、钢栈桥的设计与计算6、基坑防护措施及稳定性7、围堰与施工平台的设计与检算21、满堂支架计算模板为一次使用，支架可支架现浇法主要适用于浇注孔径较少、工期不太紧的桥梁，其施工较灵活，适合于一些桥墩高度较矮（10m以下）的桥梁。支架主要采用贝雷梁、碗扣式支架、六四式军用梁等。施工流程简单：在支架上立模板、绑扎钢筋、浇注混凝土并张拉预应力钢筋、支架需设置砂箱等特殊落梁措施。3支架可以拆卸反复使用，节省部分费用。就地浇注是在支架上安装模板、绑扎及安装钢筋骨架、预留孔道，并在现场浇注混凝土与施加预应力的施工方法。近年来由于临时钢构件及万能杆件的大量使用，在一些弯桥、变宽桥等异形桥梁，或是一些边远地区的中小跨径桥梁中广泛使用。1、满堂支架计算4算例1-1（海口某酒店景观桥-多跨35m连续梁支架）本桥采用满堂支架法施工，通过钢管立柱、纵横梁、贝雷梁、满堂支架形成施工平台。施工平台的支架基础管桩采用直径630mm、壁厚8mm的钢管桩，横向每排8根，钢管桩中心距为3~3.5m；垫梁采用双I40b工字钢。P0桥台至P16桥墩支架纵梁采用贝雷梁，P16桥墩至P19桥台支架纵梁采用I56工字钢。5满堂支架算例1-1第一联至第四联贝雷梁采用间距45cm双拼共20组，梁横截面中心线两边12组横向净间距0.8m（中心间距1.25m），翼缘两边上8组净间距为1.1m（中心间距1.55m）；第五联I56工字钢横向中心间距腹板下为0.6m，空箱底板下为1.2m，翼缘板下为1.8m。分配梁采用I20工字钢，中心距为40cm。67分配梁顶铺12cm×10cm方木，中心距60cm；方木顶搭设满堂支架为梁中部横向60cm×纵向90cm×竖向60cm，梁端部为横向60cm×纵向60cm×竖向60cm；支架顶纵向铺设10#槽钢，中心距60cm，槽钢上横向铺设10×10cm方木，中心距30cm。满堂支架算例1-1满堂支架算例1-1图1.1第一至四联主梁支架方案立面图（单位：m）8图1.2第一至四联主梁支架方案侧面图（单位：mm）满堂支架算例-19计算依据•《海南省海口市海口湾灯塔大酒店景观桥施工图》•《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）•《桥涵》下册（人民交通出版社）•《钢结构设计规范》（GB50017-2003）•《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTDD63-2007）•《装配式公路钢桥多用途使用手册》•《竹胶合板模板》（JG/T156-2004）•其他有关技术规范、规程及技术资料计算软件采用MidasCivil软件进行计算。满堂支架算例1-110满堂支架算例1-1(1)方木（12cm×10cm）：截面面积A=120cm2，截面模量W=240cm3，截面惯性矩I=1440cm4，方木（10cm×10cm）：截面面积A=100cm2，截面模量W=167cm3，截面惯性矩I=833cm4，抗弯设计强度f=11MPa，抗剪设计强度fv=1.4MPa，弹性模量E=9×103MPa；(2)碗扣式支架：截面面积A=489mm2，直径Φ=48mm，壁厚δ=3.5mm，回转半径i=15.78mm；抗压设计强度f=215MPa；(3)型钢(Q235)I20：截面面积A=26.81cm2，截面模量Wx=184cm3，截面惯性矩Ix=1840cm4，截面面积矩Sx=104.2cm3，腹板厚tw=5.2mm，抗弯设计强度f=205MPa,抗剪设计强度fv=120MPa，弹性模量E=2.1×105MPa；材料参数11满堂支架算例1-1材料参数（4）型钢(Q235)I40b：截面面积A=94cm2，截面模量Wx=1140cm3，截面惯性矩Ix=22780cm4，截面面积矩Sx=678cm3，腹板厚tw=12.5mm，抗弯设计强度f=205MPa,抗剪设计强度fv=120MPa，弹性模量E=2.1×105MPa；（5）钢管柱：截面面积A=15600mm2，直径Φ=630mm，壁厚δ=8mm，回转半径i=22cm，设计强度f=215MPa；（6）型钢(Q235)[10#槽钢:截面面积A=13cm2，截面模量Wx=40cm3，截面惯性矩Ix=198cm4，Sx=24cm3，tw=5.3mm，抗弯设计强度f=215MPa,抗剪设计强度fv=125MPa，弹性模量E=2.1×105MPa；（7）型钢(Q235)I40b：截面面积A=94cm2，截面模量Wx=1140cm3，截面惯性矩Ix=22780cm4，截面面积矩Sx=678cm3，腹板厚tw=12.5mm，抗弯设计强度f=205MPa,抗剪设计强度fv=120MPa，弹性模量E=2.1×105MPa；12（8）型钢(Q235)I56a：截面面积A=135cm2,截面模量Wx=2342cm3，截面惯性矩Ix=65576cm4，截面面积矩Sx=1368.8cm3，腹板厚tw=12.5mm，抗弯设计强度f=205MPa,抗剪设计强度fv=120MPa，弹性模量E=2.1×105MPa；（9）贝雷梁桁架上下弦杆：（Q345）2[10#槽钢，截面面积A=25.1cm2，截面惯性矩Ix=393cm4，Iy=860cm4，抗拉、抗压、抗弯设计强度f=310MPa,抗剪设计强度fv=180MPa，弹性模量E=2.1×105MPa；（10）贝雷梁腹杆，斜杆：（Q345）I8，截面面积A=9.1cm2,截面惯性矩Ix=83.6cm4，抗拉、抗压、抗弯设计强度f=310MPa,抗剪设计强度fv=180MPa，弹性模量E=2.1×105MPa。（11）型钢(Q235)I20b:截面面积A=39.5cm2，截面模量Wx=250cm3，截面惯性矩Ix=2500cm4，腹板厚tw=11.4mm，抗弯设计强度f=215MPa,抗剪设计强度fv=125MPa，弹性模量E=2.1×105Mpa。满堂支架算例1-1材料参数13混凝土容重326KN/m=砼；钢材容重：378.5KN/m=钢；木材容重：39.0KN/m=木；A—梁端截面；B—支点附近加厚截面；C—典型截面满堂支架算例1-114截面梁高：2200mm，梁底宽度：1100mm，底板厚度：400mm，顶板厚度：240mm，翼缘板厚度取平均值(220+572)/2=396mm，混凝土容重γ=26KN/m3。施工荷载P施=2KPa，振捣荷载P振=2KPa，其他临时设施构件（胶合板、方木、顶板支架等）P临=2KPa。按最不利荷载进行组合控制，那么最不利组合方式为：12P=+pq活恒，荷载分项系数取11.2,取21.4翼缘板、底板、腹板处恒载=hp恒，为混凝土容重，h为翼缘板、底板、腹板处梁体计算高度，活载=6apKP活。则：满堂支架算例1-1（1）B—B截面荷载计算15P=h=260.396KPa=10.3KPa翼；P=h=26(0.40.24)KPa=16.64KPa底；P=h=262.2KPa=57.2KPa腹梁体平均荷载P平=(57.2×2.8+8.2×16.64)/11=27KPa计算底板下荷载组合P=28.4KPa底；计算腹板下荷载组合P=77KPa腹；计算翼板下荷载组合P=20.8KPa翼,平均荷载组合=40.8KPaP平(2)梁端部A-A截面荷载计算：P=20.8KPa翼，P=77KPa腹，P=77KPa底。平均荷载组合P=40.8KPa平满堂支架算例1-116位于梁端部及腹板下方枕木取最大荷载P=77KPa腹进行计算：如图1.3所示，支架顶的上层方木铺设的中心距为d=30cm，下方的型钢[10#槽钢计算的中距为l=0.6m，方木上方所受的均布线荷载值P770.3/23.1/qlKNmKNm腹。则方木所受的弯矩221123.10.61.04KNm88Mql，由2.3.1得到方木的截面模量3167cmW，惯性矩3833cmI。顶面方木梁体均布荷载[10顶面方木[10（a）平面图（b）立面图图1.3支架顶面方木计算图（单位：cm）上层枕木计算满堂支架算例1-117满堂支架算例1-1最大截面正应力：3max-61.04106.22MPa11MPa16710MfW；（满足要求）最大截面剪应力：3max-430.530.523.10.6101.04MPa1.4MPa220010vqlfA；（满足要求）最大挠度：4439-8x5523.10.610==0.52mm[]1.5mm384EI38491083310qlff；（满足要求）上层枕木采用10×10cm方木，中心距30cm强度、刚度满足要求。上层枕木计算18[10#槽钢计算[10#槽钢计算沿纵向置于支架顶托上，横向的中心距为60cm，纵向的跨度为90cm，其布置图参见图1.4，[10#槽钢计算上方沿纵向铺设中距为30cm的方木，其计算图参见图1.5。方木上方所受的均布线荷载值770.323.1KN/mq=，则方木加在[10#槽钢计算的集中力770.30.613.9KNF=支架立杆[10图1.4纵向[10#槽钢计算布置图（单位：cm）12(1)图1.5纵向[10#槽钢计算计算图19最大截面正应力：3max-6M5.2210130.5MpaW4010f=215Mpa；（满足要求）最大截面剪应力：3-6xmax-8-3xQS20.8510241047.7MpaI198105.310wft=125Mpa；（满足要求）最大挠度：=0.53mm[]2.25mmff；（满足要求）弯矩图剪力图20（1）梁中部支架（60x90cm）单根立杆承受荷载面积20.54mS，支架及以下荷载按照梁体平均荷载P平=40.8KPa均布分配取值，则立杆所承受的压力F=40.8×0.54=22KN。根据《路桥施工计算手册》P438，查得其回转半径i=15.78mm，计算长度取横杆步距L=600mm，换算长细比0L600mm==38.0215.78mm=i，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录C，得轴心受压稳定系数：φ=0.946，立杆截面面积：A=489mm2。轴向应力：3N-6F221047.6MpaA0.94648910f=215Mpa（满足要求）。21（2）梁端部支架（60x60cm）梁端部支架按纵向0.6m×0.6m布置，单根立杆承受荷载面积20.36mS，则立杆所承受的压力F=77×0.36=27.7KN根据《路桥施工计算手册》P438，查得其回转半径i=15.78mm，计算长度取横杆步距L=600mm，换算长细比0L600mm==38.0215.78mm=i，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）附录C，得轴心受压稳定系数：φ=0.946，立杆截面面积：A=489mm2。轴向应力：3N-6F27.71059.9MpaA0.94648910f=215Mpa（满足要求）。22分配梁采用I20工字钢，中心距40cm；分配梁顶铺12cm×10cm方木，中心距60cm；方木顶搭设满堂支架（横向60cm×纵向90cm×竖向60cm）。详见右图。梁中部方木上方所受的集中力为单根支架承受的最大力F=22KN，则方木所受的弯矩11220.42.2KNm44MFl，由2.3.1得到方木的截面模量3240cmW，惯性矩31440cmI。最大截面正应力：3max-62.2109.2MPa11MPa24010MfW；（满足要求）最大截面剪应力：max-430.530.5221.4MPa1.4MPa224010FfA；（满足要求）最大挠度：3339-8x220.410==0.23mm[]1mm48EI489101