连续梁悬臂浇筑临时固结验算书

鹤壁至辉县高速公路工程鹤壁至辉县高速公路工程 南水北调大桥南水北调大桥 70 70 120120 70 m70 m 连续梁悬臂浇筑连续梁悬臂浇筑 0 0 块墩梁临时固结验算书块墩梁临时固结验算书 施工单位施工单位 中城建鹤壁至辉县高速公路项目部中城建鹤壁至辉县高速公路项目部 计算计算 江光军江光军 20142014 年年 3 3 月月 1 1 1 计算依据计算依据 1 鹤壁至辉县高速公路南水北调大桥设计图 2 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 3 钢管混凝土结构技术规程 CECS 28 2012 4 混凝土结构设计规范 GB 50010 2002 5 钢结构设计规范 GB 50017 2003 2 2 临时固结概述临时固结概述 悬臂法施工时 主墩临时固结 临时支座 是上部构造施工安全和质量的关键 工序 施工临时支座时 应确保其施工质量 连续梁在采用分段悬臂浇筑过程中 永久支座不能承受施工中产生的不平衡力矩 需采取临时锚固措施 以提供竖向支 撑 抵抗施工中产生的各种不平衡力矩 保证 T 构平衡 同时 验算不考虑固定 支座受力 并不是固定支座不能受力 而是因为墩梁固结后 在悬臂荷载作用下 固定支座受力很小 所以不予考虑 这样偏安全 所有荷载均由临时支座 支撑 承 担 本桥设计文件提供了临时固结方案 采用 墩顶临时垫块 和 墩外钢管支撑 加预应力 两套措施 并要求施工单位 自行补充构造细节 作必要的计算 选择 支撑钢管的根数 尺寸 规格及预应力数量 根据现行连续梁悬臂施工临时固结的习惯做法 一般只在墩顶或墩外采用一套 固结措施 以提供竖向支撑 抵抗施工中产生的不平衡力矩 本着这一思路 施工 单位拟对本桥采用墩外钢管柱加锚固钢筋 取消预应力 取消墩顶临时垫块的施工 方案 3 3 临时固结验算临时固结验算 3 13 1 悬臂施工荷载组合悬臂施工荷载组合 设计文件未提供不对称荷载作用时的支座不平衡弯距数据 现对桥墩两侧悬臂 施工不平衡荷载设定为 a 浇筑混凝土相差 1 4 个梁体节段 b 移动挂篮时相差一个梁段 c 风荷载 d 结构自重 2 e 其它施工荷载 以荷载系数计入 a b 两项取其中最大者与 c d 进行荷载组合 计入荷载系数 以此计算出单 根临时固结立柱的最大轴力及最小轴力 630mm钢管砼柱 临时固结支撑布置图 3 23 2 不同工况下不平衡力距产生的支座反力不同工况下不平衡力距产生的支座反力 轴力轴力 计算计算 连续梁在双伸臂过程中所产生的不平衡力矩 当条件相同时 距离越远力矩越 大 所以取最后一个节段即第 15 节段计算 a a 浇筑混凝土相差 浇筑混凝土相差 1 41 4 个梁体节段个梁体节段 假定浇筑混凝土时相差 1 4 梁段 当浇筑第 15 节梁段时 示意图如下 该段梁体长为 4m 重量为 1045KN 考虑混凝土超灌系数 1 05 动载系数 1 2 不平衡荷载为 1045 4 1 05 1 2 329KN 取节段中点为力作用点 距一侧支撑距离为 54m 不平衡荷载产生的支座反力计 3 算如下 R拉 329 54 6 2961KN R压 329 2961 3290KN b b 移动挂篮时相差一个梁段 移动挂篮时相差一个梁段 浇筑第 15 节梁体前 挂篮在第 14 节梁体上移动 当一侧挂篮到位时 距临时 支撑 52m 另一侧挂篮如果未动 距临时支撑 48m 挂篮重量按 80T 80 10 800KN 计算 如下图所示 拉压 由此不平衡荷载产生的支座反力计算如下 R拉 6 800 54 800 52 R拉 800 52 54 6 267KN R拉为负值 说明计算结果临时支座未出现拉力 显然 浇筑混凝土相差 1 4 个 梁体节段 比 移动挂篮时相差一个梁段 产生的不平衡反力大得多 所以 不平 衡荷载组合只需考虑 a 项 c c 风荷载计算 风荷载计算 1 风荷载参照 公路桥涵设计通用规范 提供的公式计算 Fwh K0F1F3WDAWH 式中 Fwh 横桥向风荷载标准值 KN WD 设计基准风压 KN 按当地 50 年一遇的基本风压 查表得 0 4 KN AWH 横向迎风面积 K0 设计风速重现换算系数 对施工架设期桥梁 K0 0 75 K1 风载阻力系数 按桥面系构造的风载阻力系数取值 K1 1 0 4 K3 地形 地理条件系数 一般地区 K3 1 2 横向迎风面积 迎风面积按上图计算 AWH1 59 3 177 AWH2 4 5 2 59 133 3 风荷载计算 将以上各项数据代入公式 Fwh1 K0F1F3WDAWH 0 75 1 1 0 4 177 53KN Fwh2 K0F1F3WDAWH 0 75 1 1 0 4 133 40KN 4 由风荷载产生的不平衡拉 压 力 风荷载受力简图如上图所示 单侧立柱 4 根 上端与梁体锚固 下端锚固在桥 墩承台上 为一框架结构 可用结构力学求解器解算 将梁体视为刚体 下端支座 按固结 计算参数只需计算立柱的 EA EI 值 EA EI 值计算表 5 材质 规格 E KN m2 I m4 A m2 EIEA Q235 630 10mm2 06 1080 0007560 01561557363213600 C40 614mm3 25 1070 0070 2961227500 9623250 40 00 53 00 1234 5678 9 1011 7 207 207 207 20 1 003 601 00 2 90 3 00 5 60 5 90 风荷载受力图 6 1234 5678 9 1011 95 95 61 69 61 69 95 96 34 47 11 21 12 04 36 15 36 15 35 29 36 15 风荷载轴力图 如上图所示 由风荷载产生的不平衡轴力为 96KN 1234 5678 9 1011 82 68 84 72 82 68 84 72 82 68 84 72 82 68 84 72 146 66 206 47 208 04 229 34 185 17 125 36 43 58 123 79 96 73 43 58 105 69 96 73 102 49 105 69 d d 结构自重计算 结构自重计算 该桥位于 R 2200m 曲线上 如上图所示 与直线梁比较 曲线梁每个节段重力作 用点都偏离墩中心 以 0 号段为例 偏心值 f 如下图所示 7 f 2200 2200 cos 弧度 2200 L 设偏心距离为 e 各梁段对墩中心的力距为 M 梁段重力为 N e 等于各梁段对墩 中心力距之和除以各梁段重力之和 即 e 0 19 N M 2 25357 4748 各项参数计算见下表 梁体偏心各项参数计算表 节段 编号 节段长 m L m 圆心角 弧度 f m N KN M KN m 052 50 0011363640 00142054323 76 136 50 0029545450 00960231831 418 239 50 0043181820 02051131758 836 3312 50 0056818180 03551131684 260 4315 50 0070454550 0546021605 588 53 518 750 0085227270 07990011678 4134 63 522 250 0101136360 11251321489 9168 73 525 750 01170454507213 83 529 250 0132954550 19444321341 5261 94330 0150 24749541454 4360 104370 0168181820 3111291302 2405 114410 0186363640 38203441165445 124450 0204545450 46021121120 2516 8 134490 0222727270 54565931084 9592 144530 0240909090 63837821059 4676 154570 0259090910 73836781045772 合计合计 N 25357 225357 2 M 47484748 对于桥墩一侧立柱 荷载取 1 2T 构重量减去 15 号梁段 1 4 重量加挂篮重 考虑 超灌及锯齿块等其它荷载 取 1 1 系数 则验算荷载为 P 25357 1045 4 1 1 800 28405 结构计算简图如下 28405 00 1234 56789 7 207 207 207 20 1 001 991 611 00 梁体自重偏载受力图 9 1234 56789 6422 98 6665 22 7537 27 7779 51 0 000 00 梁体自重偏载轴力图 1234 56789 7 23 7 23 7 23 7 23 7 23 7 23 7 23 7 23 6415 73 7 22 32454 02 6408 517793 97 32454 02 7 23 7786 72 弯距图 10 由于曲线梁相对桥墩存在梁体偏心 临时固结单根立柱受力不均匀 最大轴力 7780KN 压力 最小 6423KN 压力 3 33 3 单根立柱最大与最小轴力组合单根立柱最大与最小轴力组合 单根立柱轴力组合计算表 KN 工况梁自重不对称砼风荷载合计 最大值 KN 77803290 4968699 最小值 KN 6423 2961 4 965587 单根立柱 Nmax 8699KN 计算结果表明 采用此种结构的临时支撑 在任何情 况下都不会出现拉应力 无需设置预应力抗拉钢筋 但对支撑的抗压强度要求很高 且在钢管两端与承台和梁底接触处需配制与钢管等强度的抗压钢筋 一方面起锚固作 用 另方面替代钢管承压 3 43 4 单根立柱承载力验算单根立柱承载力验算 计算参数 钢管采用 DN600 螺旋管 外径 630mm 壁厚 8mm 截面面积 15633mm2 材质 Q235 强度设计值 215N mm2 混凝土采用 C45 截面面积 296092mm2 强度设计值 21 1N mm2 钢管混凝土柱轴向受压承载力按 钢管混凝土结构技术规程 CECS 28 2012 提供的公式计算 应满足下式要求 N Nu 式中 N 轴向压力设计值 Nu 钢管混凝土柱的轴向受压承载力设计值 Nu 1 eNo 当 0 5 时 No 0 9ACfc 1 0 9 296092 21 1 1 2 0 538 11672906N 11673KN 0 538 cc aa fA fA 1 21296092 21515633 式中 No 钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值 钢管混凝土的套箍指标 11 与混凝土强度等级有关的系数 当混凝土强度 C50 时 2 与混凝士强度等级有关的套箍指标界限值 当混凝土强度 C50 时 1 Ac 钢管内的核心混凝土横截面面积 296092mm2 fc 核心混凝土的轴心抗压强度设计值 C45 为 21 1N mm2 Aa 钢管的横截面面积 15633mm2 fa 钢管的抗拉 抗压强度设计值 Q235 钢为 215N mm2 1一考虑长细比影响的承载力折减系数 e 钢管混凝土柱考虑偏心率影响的承载力折减系数 按下列公式计算 当 eo rc 1 55 时 e 0 93 c r e0 85 1 1 1 307 0 013 0 85 1 1 1 e0 0 013 N M2 7191 785 式中 e0 柱端轴向压力偏心距之较大者 rc 核心混凝土横截面的半径 M2 柱端弯矩设计值的较大者 N 轴向压力设计值 1按下式计算 1 1 0 1154 DLe Le L 式中 Le 柱的等效长度 D 钢管的外直径 D 0 63 考虑柱端约束条件的计算长度系数 根据梁柱刚度的比值 按 钢结 构设计规范 GB50017 确定 当两端固结时 0 549 考虑柱身弯距分布梯度影响的等效长度系数 无侧移框架柱 1 L 柱的实际长度 L 7 2m 代入公式 Le L 0 549 1 7 2 3 95 1 1 0 115 1 0 115 0 834 DLe463 0 95 3 12 所以 Nu 1 eNo 0 83 0 93 11673 9010KN Nmax 8699KN 单根立柱承载力符合要求 3 53 5 临时支撑承压钢筋配置临时支撑承压钢筋配置 1 1 承压钢筋根数计算 承压钢筋根数计算 在钢管两端与梁底及承台接触处 需要配置与钢管等强度的抗压钢筋 以保证 梁底与承台混凝土不被压坏 同时起连接锚固作用 考虑采用 HRB 25 螺纹钢 材料属性为 截面面积 A 490 9mm2 标准强度设计 值为 300N mm2 单根力 490 9 300 1000 147kN 临时支撑钢管截面积 156cm2 所能承受的压力为 156 102 215 1000 3354KN 每根钢管支撑需要配置 HRB 25 螺纹钢筋根数为 3354 147 23 根 2 2 钢筋锚固长度计算 钢筋锚固长度计算 钢筋的锚固长度按 混凝土结构设计规范 的规定计算 普通钢筋 La a fy ft d 式中 fy 普通钢筋的抗拉强度设计值 HRB 钢筋为 300 M