支架设计复核计算书.doc

安徽泾县青弋江大桥改建工程斜拉桥主梁支架现浇验算报告浙江大学土木工程测试中心二一年六月安徽泾县青弋江大桥改建工程斜拉桥主梁支架设计复核计算书1、 工程概况青弋江大桥位于泾县县城西北侧，连接大桥南路与大桥北路，跨越青弋江。桥梁范围为：KO+390.000K0+610.000，全长220米。桥梁结构采用主引桥布置，其中引桥为137m简支预应力组合箱梁，主桥为独塔双索面双边箱断面预应力砼箱梁矮塔斜拉桥。跨径组合为（37+270+37）m，总长220m。桥梁主塔位于主梁两侧，拉索则位于主梁两侧的悬臂处。主梁采用双边箱断面预应力混凝土箱梁，中心梁高2.5m，为跨度的1/28。箱梁顶板厚2528cm，底板厚55cm，边腹板厚2040cm，中腹板厚3050cm。顶板与腹板、顶板与悬臂段交界处设置10.2m的倒角。全桥共有4种横梁，其中端横梁厚1.5m，中横梁厚2米，标准横梁厚0.3m，在近塔的无索区设置3道0.5m米厚的横梁以改善主梁过塔段的力学性能。2、支架体系介绍斜拉桥主梁采用支架现浇。箱梁底模、侧模和内模均采用竹胶板，竹胶板底纵桥向每0.3m(在腹板和端中横隔梁下为20cm)设置10cmX15cm方木一道，详细布置参见支架横断面布置图所示，最大间距为90cm；贝雷梁上钢管支架采用48X3.5mm规格，即为材料壁厚3.5mm，内径48mm，材质为A3钢。立杆纵、横向间距为0.9m（横向20cm工钢同步）；在腹板、端、中横隔梁下横向16#槽钢加密为0.6m。翼缘侧竖向钢管设置斜向支撑钢管。支架体系组合为：支架基础（混凝土承台）直径60cm钢管桩6.3#槽钢（6根/桩）3根36a工字钢贝雷梁16a槽钢钢管支架48X3.5mm或者之间纵横向枕木(腹板处)。全桥支架体系的纵断面及平面布置情况如图2-1图2-2所示。图2-1 支架横断面布置图（a）（b）图2-2 支架平面布置图为了评估本桥梁施工支架体系的安全性，按各支架体系的结构及受力特点，采用杆系有限元方法进行评估。3、计算依据本方案分析计算时，主要依据下列标准和技术文件。1) 安徽泾县青弋江大桥改建工程桥梁施工图（08Q012），2009.7；2)泾县青弋江大桥现浇梁专项施工方案，2010；3)路桥施工计算手册人民交通出版社，2001；4)钢结构设计规范（GB50010-2002)；5)装配式公路钢桥多用途使用手册，人民交通出版社，2001；6）公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）4、支架方案复核模型4.1 有限元模型采用MIDAS软件对贝雷梁支架体系进行计算，计算模型如图4-1、图4-2和图4-3所示。模型主要采用了梁单元，模型共有节点共计46227个，单元共计67272个。根据支架体系的实际设计，边界条件设置时，钢管柱底部约束Dx、Dy、Dz；旧石墩约束Dx、Dy、Dz及Rx、Ry、Rz；在与墩接触地方的单元约束Dz，贝雷梁与下面承重工字钢、重工字钢与下面槽钢、贝雷梁与上面分配梁槽钢、方木与下面钢管支架之间联系用铰接弹性连接进行模拟。图4-1支架体系MIDAS计算模型图图4-2支架体系MIDAS计算模型局部放大图1图4-3支架体系MIDAS计算模型局部放大图2图4-4支架体系MIDAS计算模钢管柱边界约束图4.2 构件截面及材料性能本支架体系各主要构件的截面形式如表4-1所列；所用材料的容许应力如表4-2所示。本计算分析中，钢材的弹性模量取2.1e+11Pa。表4-1 支架体系各主要构件截面类型序号构件名称截面形式备注1贝雷架上、下加强弦杆10#槽钢双拼2贝雷架竖杆、斜杆8#工字钢3贝雷架加强竖杆8#工字钢4贝雷片间联系8#角钢5槽钢-16a16a型钢钢管柱间联系；贝雷梁上分配梁6槽钢-16.3型钢位于钢管柱上方7工字钢-1I36a型钢位于钢管柱上方8方木100mm*150mm9脚手架48*3.5mm10钢管600*10mm表4-2 钢材的容许应力应力种类钢 号应力种类钢 号16MnA3轴向应力（Mpa）200弯曲应力（Mpa）158弯曲应力w （Mpa）210剪切应力（Mpa）98剪应力 （Mpa）120挤压应力（Mpa）2404.3 计算荷载及工况4.3.1 计算荷载自重：按实际重量计算,同时考虑到施工人员与堆料、混凝土振捣及模板系统等施工临时荷载，以混凝土自重乘以1.2的系数进行考虑；风荷载：基本风压取0.25kN/m2。支架体系所承受的荷载如表4-3。表4-3方木所承受上部结构传来荷载一览表（单位：ton/m）荷载类型荷载值中央顶板0.72088竖向腹板1.44711（中）/0.69586（边）斜腹板1.701315翼缘1.12460腹板变厚处补偿0.25168底部齿块0.316875顶部齿块0.50700横梁-中央顶板1.88491（中横梁处）；0.78538（无索区横梁处）；0.62830（标准横梁处）；1.57076（端横梁处）；横梁-竖向腹板1.04639（中横梁处）；0.43599（无索区横梁处）；0.34879（标准横梁处）；0.87199（端横梁处）；横梁-斜腹板2.46889（中横梁处）；1.02871（无索区横梁处）；0.82297（标准横梁处）；2.05741（端横梁处）；4.3.2 计算工况本次计算主要考虑如下工况： 混凝土重量（含施工临时荷载）+10年一遇水平风荷载；评估支架系统的刚度、强度及稳定性是否满足要求。5、支架方案复核结果5.1 挠度计算结果支架在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大竖向变形为14.3mm，如图5-1所示，满足规范不大于1/400的要求(a)支架整体竖向挠度图(b)贝雷梁竖向挠度图(c) 贝雷梁局部竖向挠度图图5-1支架在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下竖向变形图（mm）5.2应力计算结果5.2.1钢管柱钢管柱的应力结果如图5.2所示；钢管柱的主要反力结果如图5.3所示。钢管柱在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下的最大组合应力值为-63.05MPa8.MPa，小于容许应力值，满足要求。（a）（b）图5-2 钢管柱在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大组合应力图（MPa）（a）（b）图5-3 钢管柱在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下反力图（ton）5.2.2贝雷梁下面承重工字钢贝雷梁下面承重工字钢的应力计算结果如图5.4所示。贝雷梁下面承重工字钢在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下的最大组合应力值为-104.9MPa99.3MPa，小于容许应力值，满足要求。（a）（b）图5-4 贝雷梁下面承重工字钢在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大组合应力图（MPa）5.2.3贝雷梁上分配梁贝雷梁上分配梁的应力计算结果如图5.5所示。贝雷梁上分配梁在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下的最大组合应力值为-115.1MPa114.3MPa，小于容许应力值，满足要求。（a）（b）图5-5 贝雷梁上分配梁在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大组合应力图（MPa）5.2.4直径48mm钢管支架直径48mm钢管支架的应力计算结果如图5.6所示。中间顶板下的钢管支架应力结果如图5.6（b）、5.6（c）所示，最大组合应力值为-126.9MPa88.3MPa，小于容许应力值，满足要求。斜腹板及实体翼缘下的钢管支架应力结果如图5.6（d）、5.6（e）所示，最大组合应力值为-159.1MPa-4.8MPa，应力值较大，建议加密钢管支架。（a）整体钢管支架（b）中央顶板处钢管支架（c）中央顶板处钢管支架局部放大（d）斜腹板及实体翼缘处钢管支架（e）斜腹板及实体翼缘处钢管支架局部放大图5-6直径48mm钢管支架在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大组合应力图（MPa）5.2.3贝雷梁贝雷梁的应力计算结果如图5.7所示。跨中部分的贝雷梁的应力计算结果如图5.7（b）所示，最大组合应力值为-98.0MPa79.8MPa，小于容许应力值，满足要求。支座附近的贝雷梁的应力计算结果如图5.7（c）所示，最大组合应力值为-309.4MPa188.4MPa，应力过大。（a）整体贝雷梁（b）跨中部分贝雷梁（c）支座附近贝雷梁图5-7 贝雷梁在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大组合应力图（MPa）5.3稳定性验算结果稳定性验算结果如图5-8至5-11所示。临界荷载系数低的仅有1.1，应增加柱间联系。图5-8 模态1位移等值线图及临界荷载系数图5-9 模态2位移等值线图及临界荷载系数图5-10 模态3位移等值线图及临界荷载系数图5-11 模态4位移等值线图及临界荷载系数6、支架验算结论及建议通过对该斜拉桥主梁现浇支架体系的分析计算可知：钢管柱、钢管柱上方承重工字钢、贝雷梁上方的分配梁和直径48mm钢管支架的强度、刚度满足要求，钢管柱附近的贝雷梁的应力过大。建议：1）、对钢管柱附近的贝雷梁进行局部加强，如增加竖杆；2）、合理布置纵向柱间平联。调整后模型如下图所示：（a） （b） （c） （e）图6-1 调整后支架模型图6.1调整后贝雷梁应力计算结果：调整后贝雷梁竖杆应力计算结果如图6-2所示，最大组合应力值为-207.5MPa192.1MPa。（a）（b）图6-2 调整后贝雷梁竖杆在自重、混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大组合应力图（MPa）调整后贝雷梁上下弦杆应力计算结果如图6-3所示，最大组合应力值为-286.5MPa204.5MPa，在钢管柱附近应力过大