国道109线大东项目十六标互通立交现浇箱梁满堂支架及门洞检算

摘要：本文针对国道109线跨国道210东胜至榆林高速公路东胜南互通立交主线桥现浇箱梁支架及门洞进行力学及整体抗倾覆的检算，选择了合适的材料。

关键词：现浇箱梁 满堂支架及门洞 检算

第一章 总体说明

一、工程简介

国道109线大饭铺至东胜段高速公路工程，是国家重点公路布局方案“十三纵十五横”中经过内蒙古自治区的“三纵四横”威海至乌海的重要组成部分，是内蒙古自治区公路的主骨架，是实施西部大开发战略通往内蒙古自治区的重要干线，也是呼和浩特至鄂尔多斯矿区腹地的唯一运输通道。其中东胜南互通立交主线桥，全长73.16 米，为预应力砼连续箱梁，其孔跨布置均为33米+33米，分左右双幅桥梁，单幅桥面宽度为21m，梁肋高度为1.5m，跨越国道210线高速公路。连续箱梁采用门式支架现浇法施工，在上跨G210高速段设净高5米、净宽7米的门洞，以满足既有路交通的正常运营。

二、门洞及满堂脚手架的布置

1、门洞的布置

门洞设4排立柱，每排4根，采用直径为1.2m的C20素混凝土，立柱基础设置宽1.3米、高0.6米的混凝土（设置适量钢筋）台阶，并起车辆防撞作用，长度根据桥宽调整。考虑梁底净高及施工成本等因素，门洞搭设无法采用军用梁，采用12米长工字钢、Ix=21714cm4，Wx=1090 cm3的40b工字钢。

2、钢管脚手架的布置

支架材料为碗扣式钢管脚手架，施工前对支架基础进行碾压并硬化达到要求，然后搭设支架。地面进行硬化方法为：场地平整后用压路机压实，先铺10M卵石垫层，后铺C10素砼10M（软弱地段换填垫片石和灰土），并做好排水处理。支架间距顺桥向（空心段0.9m、实心段0.45m），横桥向0.9m，步长60cm。钢管上下均采用可调节支撑，支架底托下延横桥向垫15*15枕木，支架顶托延纵桥向垫12*12方木，上铺10*10方木，间距30cm。所有支架依据搭设高度设置剪刀撑。

三、计算说明

1.本工程施工检算荷载计算项目按《公路桥涵施工技术规范》执行。

2.外模板采用MZJ50（A）型竹胶板，其规格尺寸为2440×1220×10mm，其抗弯强度设计值为[fm]=50MPa，弹性模量为Em=5000Mpa;横向10×10厘米方木布置中心间距为30厘米，纵向12×12厘米方木布置间距为90厘米，方木为东北落叶松，其顺纹抗弯强度设计值[fw方木]=17MPa，抗剪强度设计值[fv方木]=2.6MPa，弹性模量E方木=10000MPa;支架采用φ48×3.0mm钢管，立杆间距为90×90厘米，其竖向允许承载力[N]=36KN，其抗压强度设计值[fy钢管]=205MPa，钢材弹性模量为Eg=2.06×105MPa （材料力学指标参考《建筑模板施工手册》及《建筑工程施工计算手册》）。

第二章 现浇箱梁满堂支架检算

一、检算对象：

该检算采用箱梁处肋板处及墩顶横隔梁处（纵横向均加密为45×45）最大荷载作为检算截面。见纵横端面图。

二、检算项目：

1. 竹胶板强度及刚度

2. 10×10横向方木强度及刚度

3. 12×12纵向方木强度及刚度

4. 支架的强度、刚度、稳定性及抗倾覆系数

5. 地基应力计算

三、载标准值计算：

1. 模板、支架自重、杆件：

竹胶板：q11=0.3KN/m2

方木：q12=0.04KN/m2 扣件杆件： q13=1.13KN/m2

2. 新浇筑钢筋砼：

梁端：q2=1.50×26=39KN/m2

肋板处：q2=（0.5×0.45+0.4×1.50）×26=21.45KN/m

3. 施工人员和施工料、具等行走运输或堆放的荷载：

（1）.计算模板及直接支撑模板的小棱时，均布荷载取q31=2.5KN/m2，另以集中荷载P=2.5KN进行检算;

（2）.计算直接支撑小棱的梁或拱架时，取均布荷载q32=1.5KN/m2

（3）.计算支架立柱及支撑拱架的其它结构构件时，取均布荷载

q33=1.0KN/m2

4. 振捣砼时产生的荷载：

对水平面板取q4=2.0KN/m2

四、竹胶板强度及刚度检算：

1.计算模型：

竹胶板计算模型取跨度为30厘米的两端简支梁进行检算，计算范围为1×0.3米。

简化模型为：

2.荷载计算：

计算时荷载组合：1+2+3+4

情况一：qmb1 =（0.04×1+0.3×1+39×1+2.5×1+2.0×1）×0.3

=13.152KN/m

情况二：qmb2 =（0.04×1+0.3×1+39×1+2.0×1）×0.3

=12.402 kN/m

Pmb =2.5 KN

（2）.刚度计算时荷载组合：1+2

qmb3=（0.04×1+0.3×1+39×1）×0.3=11.802 KN/m

3.截面参数计算：

I=bh3/12=1000×103/12=83333mm4

W=1/6bh2=1×1.0×0.012/6=1.67×10-5 m3

4.内力计算：

情况一：

M1=1/8（qmb1・l2）=1/8×13.152×0.32

=0.148KN・m

情况二：

M2=1/8（qmb2・l2）+1/4（Pm・l）

=1/8×12.402×0.32+1/4（2.5×0.3）

=0. 327KN・m

情况二产生的弯矩较大，故抗弯强度检算采用Mmax=M2。

5.强度计算：

σ= Mmax/W=0.327×103/（1.67×10-5）×10-6

=19.6 Mpa<[fw竹胶板]=50 Mpa

强度满足要求。

6.刚度：

f=（5qmb3l4）/（384EI）

=5×9.462×3004/（384×5000×281250）

=0.71mm<300/400=0.75mm

刚度满足要求！。

五、横向方木检算：（10×10cm）

1.计算模型：方木排距根据采用的模板刚度来确定，本工程竹胶板规格为2.44×1.22m，方木间距按30cm。安全起见，新浇钢筋混凝土荷载q2采用横阁板梁端荷载39KN/m2;计算模型简化为跨度90厘米的两端简支梁。

2.荷载计算：

（1）.强度计算：1+2+3+4

情况一：qhm1 =（0.04+0.3+39+2.5+2.0）×0.3

=13.152KN/m

情况二：qhm2 =（0.04+0.3+39+2.0）×0.3

=12.402 kN/m

Pm=2.5KN

（2）.刚度检算：

qhm3=（0.04+0.3+39）×0.3=11.802 KN/m

3.截面特性计算：

I=

=

=833.3cm4=8.33×106mm4

W=

=

=166.7cm3=1.667×105mm3

4.内力计算：

情况一

M1= =13.152×0.92/8 =1.33KN・m

Q1==13.152×0.9/2=5.92KN

情况二

M2=

=13.152×0.92/8+2.5×0.92/4

=1.838KN・m

Q2=+=13.152×0.9/2+2.5×0.9/2=7.04KN

通过比较可知，情况二内力较大，故以情况二进行强度检算。

5.强度检算：

σ= =0.817×106/（1.667×105）=11.026MPa

τ===1.06Mpa

6.刚度计算：

10×10cm方木强度满足要求、刚度也满足使用要求。

六、纵向方木检算：（12×12cm）

一）.肋板处

1.计算模型：纵向方木列距由其所承担的横向方木的刚度控制，沿纵桥向的跨距由其本身的刚度控制，本项目立杆的纵向步距均为90厘米，因此，按计算跨墩为90厘米的简支梁进行检算，计算范围为0.9米×0.9米。

2. 荷载计算：

q2=（0.5×0.45+0.4×1.50）×26=21.45KN/m

（1）.强度计算：1+2+3+4

qzm1=（0.04+0.3+21.45+1.5+2.0）×0.9

=22.761kN/m

（2）.刚度检算：1+2

qzm2=（0.04+0.3+21.45）×0.9=19.611 kN/m

3.截面特性计算：

I=

=

=1.44cm4=1.44×107mm4

W=

=

=2.4cm3=2.4×105mm3

4.内力计算：

M=

=

=2.3KN・m

Q=0.5×q1・l=0.5×22.761×0.9=10.24KN

5.强度检算：

σ=

=

=9.58MPa

τ=

=

=1.067MPa

12×12cm方木强度满足要求！

6.刚度计算：

12×12cm方木刚度满足使用要求！

二）.墩顶横隔梁处

计算类似肋板处，经检算，12×12cm方木强度及刚度均满足使用要求！

七、扣件立杆检算：

一）.肋板处

1.计算模型：

计算单元取立杆中心0.9×0.9米范围内的荷载进行计算。其受力简图如下：

2.荷载计算：

（1）.强度计算：1+2+3+4 其中1中考虑扣件杆件自重。

P1=（0.3+0.04+1.13+1.0+2.0）×0.9×0.9 +21.45×0.9=22.93KN

（2）.刚度计算：1+2

P2=（0.3+0.04+1.13）×0.9×0.9 +21.45×0.9=20.496KN

3.立杆强度计算：

分配到每根扣碗杆件立杆的荷载：

N=P=22.93KN<[N]=36KN

满足扣件杆件横杆步距为90cm的承载力要求！

4. 立杆稳定性检算：

每根立杆承受轴向压力N=22.93KN，取横杆步距L0=1.0m（实际步距为60cm，便于安全取1m），验算立杆的稳定，按 验算：

ф48×3mm钢管环形截面面积

截面回转半径

则钢管为3号钢，并为焊接钢管，根据《钢结构设计规范》规定，属于b类截面。由λ=62.7查表，得

将以上各值代入下式即得：

经计算满足稳定性要求！

5.刚度计算：

Δ===0.23mm

支撑立柱刚度满足要求！

二）.墩顶横隔梁处

类似肋板处计算，经检算支撑立柱满足要求！

八、支架整体抗倾覆检算

水平荷载按竖向合力的5%考虑，竖向总合力为：

W+Ey=（1.13+0.04+0.3）×23×19=642.4 KN，

水平荷载：Ex=5%×642.4=32.1 KN

横向抗倾覆系数为：

==42.62

纵向

==35.22

满足规范要求。

九、地基承载力检算：

地基承载力根据跳板截面大小而定，地基承载力应满足：对于5X20cm木板横阁板梁端：

肋板下地基：

第三章 现浇梁支架门洞检算

一、检算项目：

1.竹胶板的强度及刚度

2.横向方木的强度及刚度

3.工字钢纵梁的强度及刚度

4.门洞支架的强度及稳定性

5.门洞地基底承载力

二、荷载标准值计算：

1.模板、支架及方木自重：

模板自重：按每平方米30公斤考虑：q11=0.3KN/m2

支撑自重：按每平方米50公斤考虑：q12=0.5KN/m2（含方木）

工字钢纵梁自重：按每米56.1公斤计算：q13=0.561KN/m

2.钢筋混凝土自重：肋板下工字钢间距为40cm，其余部分按90cm（实际为75cm）。

肋板：q1=0.4×1.50×26=15.6KN/m;

其余：q1=0.9×0.45×26=10.53KN/m

3.施工人员及施工材料、机具行走运输设备堆放荷载标准值：

计算模板和方木时，均布荷载q31=2.5KN/m2

计算直接支撑的方木，取均布荷载q32=1.5KN/m2

计算支架立柱时，取均布荷载q33=1.0KN/m2

4.振捣混凝土时产生的荷载：对水平模板按2KN/m2

三、模板及支撑方木的检算同前（略）：

四、工字钢纵梁的力学检算：

一）、肋板处（工字钢间距40cm）

1 计算模型：按跨度为8米的简支梁进行计算，肋板处计算范围为0.4×8米。（实际跨度小于8米。）

2 荷载组合形式：

（1）强度计算 1+2+3+4

q1=15.6+0.3×0.4+0.5×0.4+0.561+1.5×0.4+2.5×0.4

=18.081KN/m

（2）刚度计算 1+2

q2=15.6+0.3×0.4+0.5×0.4+0.561=16.48KN/m

3 承载力计算：

（1）工字钢参数：Ix=21714cm4，Wx=1090 cm3

（2）内力计算：

M===144.648KN・M

（3）强度计算：

σ=M/W=144.648×106/（1090×103）=132.7Mpa

（4）挠度计算：

挠度满足要求。

二）、一般位置（工字钢间距90cm）

1 计算模型：按跨度为8米的简支梁进行计算，肋板处计算范围为0.9×8米。

2通过检算，挠度满足要求。

总结：该桥现浇时按此方案已施工结束，效果极佳，采用工字钢和方木等普通材料，极大程度节约资源，同时确保了梁体施工的安全质量。