盖梁支架计算书B版

1、 虎门二桥S4标沙田枢纽立交主线桥盖梁施工支架计算书（B版）广东省长大公路工程有限公司虎门二桥S4标项目经理部2015年10月·广州目录1 工程概况11.1 工程简介12 盖梁施工方案简介72.1 0#墩L型悬臂盖梁落地支架简介72.2 1#14#墩悬臂盖梁支架简介82.3 圆柱墩盖梁抱箍支架简介83 盖梁施工支架计算103.1 计算说明103.2 计算参数103.3 0#墩L型悬臂盖梁施工支架计算103.4 1#14#墩悬臂盖梁施工支架计算153.5 圆柱墩盖梁施工支架计算204 抱箍计算234.1 设计指标234.2 D160cm计算234.3 D180cm抱箍计算291 工程概

2、况虎门二桥项目起点位于广州市南沙区东涌镇，终点位于东莞市沙田镇，主线全线长12.891km，含大沙水道、坭洲水道两座悬索桥，其中大沙水道桥采用主跨为1200m悬索桥，坭洲水道桥采用548+1688m双跨钢箱梁悬索桥。坭洲水道桥跨越坭洲水道（狮子洋）桥位处河面宽度约2300m，西塔中心里程为K8+052.618，东塔中心里程为K9+740.618。坭洲水道桥总体布置图如下图所示。 坭洲水道桥总体布置图1.1 工程简介沙田枢纽立交主线桥里程范围为K11+426.618K12+941.618，分左右两幅，每幅共有49个墩(0#墩作为东引桥与沙田立交的过渡墩，其墩身施工方案已划入东引桥工程段，其盖梁施

3、工划入沙田枢纽立交工程段)，总共98个墩，桥墩有板式墩、双柱圆柱墩、三柱圆柱墩、四柱圆柱墩等四种类型。板式墩共有32个，其中板厚1.6m的有28个，板厚1.8m的有4个；双柱墩共27个，其中柱径1.8m的有5个，柱径1.6m的有22个；三柱墩共有21个，其中柱径1.6m的有19个，柱径2.2m的有2个；四柱墩共有9个，柱径均为1.6m。本工程段墩身最大高度为20.263m，墩身最大方量为166.6m3。左右幅0#18#墩、21#46#墩、49#墩上设有盖梁，其中左右幅0#墩盖梁为变高L型悬臂梁，左右幅1#14#墩盖梁形式为变高T形悬臂梁，其余均为矩形梁（左右幅19#20#、47#48#墩上为连

4、续小箱梁，不设盖梁）。左右幅0#墩盖梁为预应力变高L型悬臂盖梁，盖梁截面呈L型，采用C40混凝土，长度为18.7m，截面形式为3.5×(2.21.1)+1.2m，1.2m加高块位于预制小箱梁侧，宽度1.05m。盖梁方量108.0m³。左右幅1#14#墩变高悬臂盖梁为预应力混凝土结构，采用C40混凝土，盖梁长度均为18.7m，截面尺寸为2×（2.21.1）m，悬臂长度5.05m，混凝土方量61.7m3。矩形盖梁下均为圆柱墩，分双柱、三柱和四柱等三种类型。双柱墩矩形盖梁最大长度为18.7m，最大柱间距11.3m，最大混凝用方量62.73m3，此三个参数的最值同步出现（

5、左幅15#16#墩、右幅15#18#墩）。三柱墩矩形盖梁最大长度25.15m，最大柱间距9.58m，最大方量87m3，此三个参数的最值同步出现（左幅24#墩）。四柱墩矩形盖梁最大长度29.730m，最大柱间距7.61m，最大方量100.2m3，此三个参数的最值同步出现（右幅31#墩）。其中左幅27#墩、41#墩及右幅31#墩盖梁为主线桥和匝道桥共用，盖梁在平面上有折角。本工程范围内主线桥盖梁横坡在-2%至2%之间，左幅27#墩、41#墩及右幅31#墩盖梁为主线桥和匝道桥共用，匝道部分盖梁横坡分别为2%、4%和2%。表1.1-1 沙田枢纽立交主线桥墩身及盖梁参数一览表桥墩形式墩号墩柱高（m）柱径

6、板厚（m）柱间距（m）盖梁形式盖梁横坡盖梁截面尺寸（m）盖梁长度（m）盖梁方量（m3）板式墩左右幅0#18.191.8/变高L型悬臂梁2%3.5×(1.12.2)+1.218.700108.0左幅1#14#右幅1#14#12.29219.1461.6/变高悬臂梁2%2×(1.12.2)18.70061.7左右幅47#48#17.52117.8291.8/双柱圆柱墩左幅15#16#右幅15#18#11.78312.6661.811.300矩形梁2%2×1.818.70062.73左幅42#46#49#右幅32#46#49#15.82920.2631.68.9509.

7、324矩形梁-2%2%2×1.814.95015.32450.3三柱圆柱墩左幅17#18#2124#2840#右幅21#26#11.41618.9211.66.5209.580矩形梁2%2×1.819.04025.15073.087.0左右幅19#20#12.10912.2562.25.0009.000/四柱圆柱墩左幅25#26#右幅27#30#12.61414.4691.66.6807.240矩形梁2%2×1.826.03027.72088.596.2左幅27#41#右幅31#13.15918.3451.67.0497.610折角矩形梁主线2%匝道2%/4%2&

8、#215;1.828.04729.73094.2100.2 悬臂墩墩高范围为12.292m19.146m，双柱圆柱墩柱高范围为11.464m20.263m，三柱圆柱墩柱高范围为11.416m18.921m，四柱圆柱墩范围为12.614m18.345m。矩形盖梁梁高均为1.8m，变高矩形梁盖梁梁高形式呈1.1m2.2m线性变化。除0#墩盖梁宽度为3.5m外，其余所有盖梁宽度均为2.0m，盖梁长度从14.9527.72m不等，除左幅1#16#及右幅1#18#盖梁采用C40混凝土外，其余盖梁均采用C35混凝土。单个盖梁最大方量为100.2m3，其中大悬臂板式墩盖梁混凝土方量均为67.1m3。左右幅0

9、#墩盖梁上设有12束15-15预应力钢束。左右幅#14#板式墩盖梁设有8束15-15预应力钢绞线，左幅15#16双柱墩盖梁以及右幅15#18#双柱墩盖梁设有4束15-12预应力钢绞线。桥位区地形平缓，场内河涌、沟渠、鱼塘密布，软土较厚，地面标高约为-0.53.3m（填土面标高）。悬臂盖梁构造图，如下图所示。图1.1-1 0#墩L形悬臂盖梁构造图图1.1-2 1#14#墩悬臂盖梁构造图圆柱墩盖梁构造图，如下图所示。图1.1-3 双柱墩矩形盖梁构造图图1.1-4 三柱墩矩形盖梁构造图图1.1-5 四柱墩矩形盖梁构造图（直）图1.1-6 四柱墩折角矩形盖梁构造图（折）2 盖梁施工方案简介2.1 0#

10、墩L型悬臂盖梁落地支架简介0#墩L型悬臂盖梁支架采用采用“钢管桩+贝雷+分配梁+支撑桁架”体系。支架共设置8根钢管桩，纵向四排布置，纵向钢管桩间距为6m。两边钢管桩采用820×8mm螺旋钢管，钢管桩下部采用振动锤打入土层12m。中间两排钢管桩采用426×6mm螺旋钢管，直接支撑于承台之上。贝雷承重梁跨径为6m，两端悬挑3m。为满足盖梁底板线形要求，分配梁上设调节桁架。钢管桩与贝雷之间垫梁采用双拼I25a工字钢，垫梁上设卸荷沙箱，贝雷与调节桁架之间分布梁采用I25a工字钢。支架体系横向布置如下：钢管桩横向对称布置2排，间距为3；贝雷承重梁采用2片贝雷形式，用1.02m的花窗连

11、接，总计4榀。盖梁悬臂部分下调节桁架为5布置，在横桥向间距82.5cm。盖梁施工时，盖梁横坡通过调节钢管桩顶标高使支架承重主梁横坡与盖梁横坡保持一致来实现。支架布置见下图。表2.2-1 0#墩L型悬臂盖梁支架布置图2.2 1#14#墩悬臂盖梁支架简介1#14#墩悬臂盖梁支架采用“钢管桩+贝雷+分配梁+支撑桁架”体系。钢管采用426×6mm螺旋钢管，支撑于承台上。贝雷承重梁跨径为7.5m，两端悬挑8.25m。为满足盖梁底板线形要求，分配梁上设调节桁架。钢管桩与贝雷之间垫梁采用双拼I25a工字钢，垫梁上设卸荷沙箱，贝雷与调节桁架之间分布梁采用I25a工字钢。支架体系横向布置如下：钢管桩横

12、向对称布置2排，间距为2.5m；贝雷承重梁采用2片贝雷形式，用1.02m的花窗连接，总计4榀。盖梁悬臂部分下调节桁架为3排布置，在横桥向间距80cm。1#14#墩悬臂盖梁左幅横向坡度2%，右幅横向坡度-2%。盖梁施工时，盖梁横坡通过调节钢管桩顶标高使支架承重主梁横坡与盖梁横坡保持一致来实现。支架布置见下图。表2.2-2 1#14#墩悬臂盖梁施工支架布置图2.3 圆柱墩盖梁抱箍支架简介除左右幅0#14#墩盖梁外，该标段其余盖梁下均为圆柱墩，端部悬臂长度较短，盖梁最大方量100.2m³。考虑采用“抱箍+工字钢主梁+分配梁”体系。承重梁采用双拼56a工字钢，支撑于抱箍之上，最大跨径为11.

13、3m。分配梁采用I25a工字钢，直接支撑于承重主梁之上，间距为75cm一道。为满足盖梁端部高度变化处底板线形，此处分配梁上设调节桁架，每端均为3排布置，在横桥向间距90cm。根据柱径，抱箍直径有两种规格，分别为D160cm抱箍和D180cm抱箍，高度均为50cm，每个抱箍上共布置24个8.8级M24高强螺栓。沙田枢纽立交圆柱墩盖梁横坡通过调节抱箍顶面标高使承重主梁横坡与盖梁横坡保持一致来实现。支架布置见下图。图2.3-1 圆柱墩盖梁抱箍支架布置图3 盖梁施工支架计算3.1 计算说明沙田枢纽立交主线桥左右幅0#墩L型悬臂盖梁除标高外，结构尺寸一致，本计算书左幅0#墩盖梁支架作为计算对象。沙田枢纽

14、立交主线桥左右幅1#14#墩悬臂盖梁除标高外，结构尺寸等都相同，本计算书以左幅1#墩盖梁支架作为计算对象。沙田枢纽立交主线桥圆柱墩盖梁长度、墩柱数量以及柱间距均不一致，对于盖梁施工支架而言，应分承重主梁受力最不利和抱箍受力最不利两种情况，两者不同时出现。因此后续分别针对两种最不利情况予以单独计算。抱箍计算采用手算形式。3.2 计算参数 采用通用有限元分析软件midas/civil对盖梁支架进行模拟计算。盖梁支架结构中采用Q235钢材和Q345钢材，材料容许应力值分别如下：Q235钢： w=210Mpa；Q345钢： w=310Mpa；本计算采用极限状态法，荷载组合形式为：1.2×恒载

15、+1.4×活载。 砼荷载：砼容重取26kN/m3。 模板重：模板荷载取2kN/m2。 施工荷载：施工荷载取4kN/m2。 混凝土倾倒荷载取2kN/m2，振捣混凝土产生的振动荷载取2kN/m2。3.3 0#墩L型悬臂盖梁施工支架计算0#墩L型悬臂盖梁采用分层浇筑法，先浇筑盖梁3.5×（2.21.1）m部分，待已浇筑层混凝土强度达到设计强度90%之后，再浇筑盖梁1.5×1.2m加高层，后浇加高层及模板等重量由已浇筑盖梁承受，因此该型盖梁施工支架混凝土荷载只考虑首次浇筑混凝土荷载。图3.3-1 L型悬臂盖梁施工支架模型3.3.1 支架变形支架最大变形（为施工支架跨径），

16、满足要求。图3.3-2 变形形状图3.3.2 支架应力L型悬臂盖梁施工支架在最不利工况作用下各构件最大组合应力统计如下表所示：部件名称计算应力（MPa）材料强度（MPa）是否满足边钢管桩78.5210是中钢管桩92.8210是垫梁168.8210是贝雷弦杆202.5310是贝雷腹杆292.6310是花窗194.5310是分配梁155.2210是调节桁架200.6210是图3.3-3 边钢管桩组合应力分布图图3.3-4 中钢管桩组合应力分布图图3.3-5 垫梁组合应力分布图图3.3-6 贝雷弦杆应力分布图图3.3-7 贝雷腹杆应力分布图图3.3-8 贝雷花窗应力分布图图3.3-9 分配梁应力分布

17、图图3.3-10 调节桁架应力分布图3.4 1#14#墩悬臂盖梁施工支架计算1#14#墩悬臂盖梁结构尺寸以及盖梁下板式墩形式均一致（墩高有所差别），本计算以墩高最大的左幅1#墩悬臂盖梁支架计算来包络1#14#墩悬臂盖梁支架的计算。图3.4-1 悬臂盖梁支架模型3.4.1 支架变形支架最大变形（为施工支架悬臂长度），满足要求。图3.4-2 支架变形形状图3.4.2 支架应力悬臂盖梁施工支架在最不利工况作用下各构件最大组合应力统计如下表所示：部件名称计算应力（MPa）材料强度（MPa）是否满足钢管桩63.6210是垫梁109.9210是贝雷弦杆243.8310是贝雷腹杆250.1310是花窗77.

18、2310是分配梁73.7210是调节桁架82.6210是图3.4-3 钢管桩组合应力分布图图3.4-4 垫梁组合应力分布图图3.4-5 贝雷弦杆组合应力分布图图3.4-6 贝雷腹杆组合应力分布图图3.4-7 贝雷花窗组合应力分布图图3.4-8 分配梁组合应力分布图图3.4-9 调节桁架组合应力分布图3.4.3 边钢管桩入土深度计算图3.4-10 支架反力图由上图可得，边钢管桩承受打最大荷载，边管桩采用820mm螺旋钢管。0#墩（K11+426.618）场地土层地质情况如下：1.6m厚素填土层1.9m厚淤泥层3.5m厚细砂混淤泥层5.2m厚淤泥质粉质粘土（QZK46，里程桩号K11+424.31

19、）。单桩容许承载力计算公式如下：（不考虑桩端部承载力）其中，U管桩的周长 钻入各土层的厚度 与对应的土层与桩壁的极限摩阻力，素填土层取30kPa，淤泥层取20kPa，淤泥质粉质粘土层取25kPa。按管桩入土深度12m计算，则管桩承载力满足要求。3.5 圆柱墩盖梁施工支架计算由于所有圆柱墩盖梁之高度和宽度均一致，而且所有圆柱墩盖梁支架采用之承重主梁、分配梁等材料一致，因此所有圆柱墩盖梁支架分配梁及调节桁架受力情况一致。可见对于圆柱墩盖梁支架（不考虑抱箍）而言，当盖梁柱间距最大时，支架承重主梁受力最不利。经比较，左幅1516#墩及右幅1517#墩双柱墩盖梁柱间距最大，为11.3m，可知其支架主梁受

20、力最为不利。 本计算以左幅15#墩盖梁支架（不考虑抱箍）计算来包络所有圆柱墩盖梁支架计算。图3.5-1 圆柱墩盖梁支架模型3.5.1 支架变形支架最大变形（为施工支架主梁跨径），满足要求。图3.5-2 支架变形形状图3.5.2 支架应力支架2I56a承重主梁最不利荷载下的组合应力为120.5MPa<210MPa，弯曲应力90.5 MPa<210MPa，满足要求。支架I25a分配梁最不利荷载下的组合应力为17.1 MPa<210MPa，满足要求图3.5-3 承重主梁组合应力分布图图3.5-4 承重主梁弯曲应力分布图图3.5-5 分配梁组合应力分布图3.5.3 支点反力承重主梁最

21、大支点反力为397.9KN（未考虑分项系数结果）。.3.5-6 支点反力图4 抱箍计算4.1 设计指标各材料或构件的强度设计值如下：Q235钢：（抗拉、抗压、抗弯） （抗剪）角焊缝：（抗拉、抗压、抗剪）8.8级M24螺栓预拉力：P=175kN4.2 D160cm计算左幅24#墩盖梁长度为25.15m，盖梁混凝土方量为87m3，墩柱为3柱墩，两跨等跨布置，跨径为9.58m，为双柱墩盖梁之外所有3柱墩盖梁和4柱墩盖梁柱间距最大的，显然该盖梁支架的中柱抱箍受力最为不利。其承重主梁反力计算结果如下图(未考虑分项系数结果)：4.2-1 支架支点反力图经计算，该支架中柱抱箍承受的竖向压力最大，F=510.

22、1KN×2=1020.2KN，该盖梁支架中柱抱箍承受的竖向荷载P=1020.2KN。 以最大值为抱箍体需承受的竖向压力P进行计算，该值即为抱箍体需产生的摩擦力。 抱箍设计主要包括钢带与墩柱的摩擦设计和钢带与外伸牛腿的焊接设计两方面的内容，抱箍尺寸见附图。4.2.1 钢带与墩柱摩擦力方面的计算1) 钢带对墩柱的压应力 式中：摩擦系数，取0.3 B钢带宽度，本方案取500mm K荷载安全系数，取2.0 P上部荷载D抱箍直径，本计算取为1600mm 墩柱砼的抗压强度容许值，其值不大于0.8fcd，本方案墩 柱混凝土设计标号C30，轴心抗压强度设计值fcd=13.8MPa, 则， 代入相关量

23、得2) 钢带内应力（受力如下图）由上图分析可知： ，化简得：，式中：t钢带厚度，取12mm r墩柱半径800mm代入相关得：3) 时，半个钢带伸长量为 半个钢带加工长度式中：E钢材的弹性模量，为205000MPa代入相关量得：L=2510mm两半抱箍接头间隙取为24mm，则取L=2486mm，接头处采用12根8.8级高强螺栓，分三排布置，螺栓直径取为24mm。螺栓布置简图如下（详情见附录图纸）钢带所受拉力P：螺栓设计拉力式中：钢带横截面积 螺栓有效面积，取为459mm² 0.8螺栓群应力折减系数 8.8级高强螺栓的抗拉强度设计值，为400MPa4.2.2 牛腿焊缝计算按照焊缝传递应力

24、与母材承受应力相协调的原则，假定由腹板焊缝承受全部的剪力及弯矩，其受力如图：单个牛腿承受荷载N=P/4=255.05KN，将其等效为剪力与弯矩M的合成，即：，腹板焊缝形式如下：1) 弯矩M作用下腹板焊缝强度：式中：焊缝有效宽度，取 焊缝焊脚尺寸，取 焊缝长度，取500mm 单条焊缝的抗弯截面模量，2) 剪力作用下腹板侧焊缝剪应力：式中符号意义同上。3) 在钢带拉力P作用下焊缝应力：钢带拉力由腹板及加劲肋焊缝共同承担综上，腹板焊缝强度安全。经过以上计算可知，初拟抱箍尺寸安全可行，但在实际施工前必须进行实际堆载试验进行可行性验证。4) 牛腿法兰板的厚度计算：根据抱箍设计图及其受力分析后，取两加劲肋

25、之间的法兰板进行验算。按法兰板面板最大平均压力，作用在三边支承的矩形上（一边由钢带，一边由加劲肋板支承，见下图）。由a/b=120/400=0.3查表得，三边支承弯矩系数式中：a、b为三边支承板自由边的长度和两边肋的宽度。三边支承板的弯矩为：式中：q作用在板单位面积上的压力； a、b三边支承板自由边的长度和两边肋的宽度； N该板承受的拉力，取为代入相关数据得：，安全。5) 肋板焊缝计算：按照焊缝传递应力与母材承受应力相协调的原则，由于肋板焊缝传力很小，可略去不计，即假定腹板焊缝只承受拉力，翼缘焊缝承受全部弯矩，根据抱箍设计图及螺栓受力情况分析得肋板焊缝受力如图：图中：将P等效为拉力V与弯矩M的

26、合成，V=P=352.5KN，M=pe=352.5×0.06=21.2KN·m则腹板焊缝拉应力翼缘焊缝弯曲应力：翼缘焊缝拉应力：翼缘焊缝组合应力：安全。式中：焊缝有效宽度，取 焊缝焊脚尺寸，取 焊缝长度，腹板和翼缘焊缝分别取为400mm和338mm 单条焊缝的抗弯截面模量，4.2.3 高强螺栓扭紧力矩计算1) 螺栓设计预拉力下的扭紧力矩抱箍钢带所受的拉力由螺栓预拉力提供，因此须计算螺栓的扭紧力矩，根据钢结构施工质量验收规范（GB50205-2001）第65页“附录B 紧固件连接工程检验项目”中第B.0.3条规定：其中，Tc螺栓终拧扭矩值 K扭矩系数，取为0.22 Pc螺栓预

27、拉力，8.8级M24螺栓预拉力为175kN D螺栓的公称直径则，2) 钢带拉力P作用下，螺栓扭紧力矩其中，P螺栓实际需承受的拉力值，取为p/n=1085/12=90.4KN则，再考虑1.5倍安全系数，则，综上，螺栓扭紧力矩要求如下：71.6kg·mTc92.4kg·m4.3 D180cm抱箍计算左幅1516#墩及右幅1517#墩双柱墩柱径为180cm，经统计，所有墩柱直径为180cm的盖梁尺寸及混凝土方量均一致，即该型D180cm抱箍所承受的下传荷载一致。其反力计算结果见3.5.3节图3.5-6，抱箍承受荷载P=397.9×2=795.8KN（该值为未考虑荷载分项

28、系数结果）。抱箍尺寸见附图。4.3.1 钢带与墩柱摩擦力方面的计算1) 钢带对墩柱的压应力 式中：摩擦系数，取0.3 B钢带宽度，本方案取500mm K荷载安全系数，取2.0 P上部荷载D抱箍直径，本计算取为1800mm 墩柱砼的抗压强度容许值，其值不大于0.8fcd，本方案墩 柱混凝土设计标号C30，轴心抗压强度设计值fcd=13.8MPa, 则，代入相关量得2) 钢带内应力（受力如下图）由上图分析可知： ，化简得：，式中：t钢带厚度，取12mm r墩柱半径900mm代入相关得：3) 时，半个钢带伸长量为 半个钢带加工长度式中：E钢材的弹性模量，为205000MPa代入相关量得：L=2824mm两半抱箍接头间隙取为24mm，则取L=2800mm，接头处采用12根8.8级高强螺栓，分三排布置，螺栓直径取为24mm。螺栓布置简图如下（详情见附录图纸）钢带所受拉力P：螺栓设计拉力式中：钢带横截面积 螺栓有效面积，取为459mm² 0.8螺栓群应力折减系数 8.8级高强螺栓的抗拉强度设计值，为400MPa4.3.2 牛腿焊缝计算按照焊缝传递应力与母材承受应力相协调的原则，假定由腹板焊缝承受全部的剪力及弯矩，其受力如图：单个牛腿承受荷载N=P/4=198.95KN，将其等效为剪力与弯矩M的合成，即：，腹板焊缝形式