晁峪大桥现浇梁膺架支撑结构检算报告(2014915)

1、宝鸡至兰州客运专线（陕西段）站前工程 BLZQ-2 标晁峪大桥现浇箱梁膺架支撑结构检算报告2014 年 9 月目目 录录1、 工程概况.42、 晁峪大桥现浇箱梁膺架支撑结构概况.43、 检算依据.54、 膺架结构形式分析与检算方法.54.1 膺架结构形式分析 .54.2 检算方法 .65、 空间有限元分析模型与计算参数.66、 晁峪大桥 32M 现浇箱梁膺架结构主要检算与分析 .106.1 贝雷片检算.106.2 双 I56A工字钢梁检算 .116.3 I18 工字钢分配梁检算.126.4 模板底方木分配梁检算.126.5 底模板检算.146.6 钢管桩检算.146.7 钻孔桩基础检算.156

2、.8 采用扩大基础设计及配筋计算 .166.9 地基承载力检算 .177、 晁峪大桥 24M 现浇箱梁膺架结构主要检算与分析 .197.1 贝雷片检算.197.2 双 I56A工字钢梁检算 .207.3 I18 工字钢分配梁检算.217.4 钢管桩检算.217.5 扩大基础设计及配筋计算 .227.6 地基承载力检算 .247.7 其他 .258、 结论.251、工程概况新建宝兰客运专线陕西段 BLZQ-2 标段晁峪大桥中心里程为DK661+459，桥全长 224m，全桥孔跨布置 1-24m+5-32m+1-24m 梁简支梁，8 个墩台。箱梁设计采用支架现浇施工方法。箱型简支梁采用单箱单室、斜

3、腹板。箱梁顶宽 12.2m，底宽 5.3m，箱梁中心顶板厚 28.5cm，底板厚为 28cm，腹板厚为 45cm，支座处分别加厚至53.5cm、60cm、100cm。箱梁腹板设内径 10cm 通风孔，顶板设内径16cm 泄水孔，底板设内径 9cm 泄水孔。梁高 263.5cm，箱梁一般构造见图 1-1。图 1-1 半支点半跨中截面构造图（单位：cm）2、晁峪大桥现浇箱梁膺架支撑结构概况根据设计情况，晁峪大桥七跨简支箱梁采用支架现浇施工。结合工程施工特点及工期总体安排，0#7#台七跨采用膺架组合体系现浇法施工。其中2#梁6#梁跨中设两排临时支墩，临时支墩基础采用钻孔桩或扩大基础，钻孔桩桩径1.0

4、m，单排设置4根，桩长至基岩顶面，条形基础尺寸为9.61.80.8m。第跨跨中设两排临时支墩，第一层钢筋混凝土基础设计为C30钢筋混凝土，结构尺寸为：长122061061010053.528.52845262.853060宽高 9.61.80.8m，主筋采用16mm钢筋，箍筋采用16钢筋。第二层扩大基础设计为C20素混凝土，结构尺寸为：长宽高 11.23.40.8m。第1#跨和第7#跨为24.6m梁，采用贝雷片加强的形式，中间不设临时支墩。临时支墩采用61012mm钢管支撑，4根一排布置，横梁采用双拼I56工字钢。纵向采用18排贝雷梁。贝雷片与横梁间连接采用U型卡对交接点进行牢固连接，为便于支

5、架及模板拆除，在大横梁与钢管立柱间设置砂箱，砂箱行程设置20cm。小横梁采用I18工字钢，工字钢间距采用60cm。具体布置形式见附图。3、检算依据本次检算主要依据和参考下列规范标准和资料：1） 新建铁路宝鸡至兰州客运专线BLZQ-2标段晁峪大桥施工图（宝兰客专施桥09）2） 32m后张法预应力混凝土简支箱梁(现浇) （宝兰客专施桥参91）3） 铁路桥涵设计基本规范 （TB 10002.1-2005） ；4） 铁路桥涵施工规范 （TB 10203-2002） ；5） 铁路混凝土与砌体工程施工规范 （TB 10210-2001） ；6） 钢结构设计规范 （GB 50017-2003） ；7） 装配

6、式公路钢桥多用途使用手册 （黄绍金 刘陌生 编著，人民交通出版社，2001） ；8） 建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008） 。4、膺架结构形式分析与检算方法4.1 膺架结构形式分析为科学合理的选取力学模型进行检算，首先需对其结构形式进行分析。根据装配式公路钢桥多用途使用手册 ，贝雷架的强度、刚度和稳定性，包括连接销、焊缝等的校核，可统一的将单排贝雷片当作等效的梁处理，检算其最大剪力和最大弯矩即可。除内力外，还应检算贝雷片的最大挠度。各排贝雷片之间的横向联系，主要是增加结构的整体性，若各排贝雷片的受力和变形大致相当，可忽略横向联系的作用力。双 I56 工字钢主梁负责将贝雷梁传来的荷载传递给

7、钢管柱，主要进行强度与刚度检算。因钢管柱与墩身进行连接，因此只做抗压强度检算。4.2 检算方法4.2.1 检算工具本次检算采用有限元软件 MIDAS/civil 作为检算工具。4.2.2 有限元单元的选取对钢管柱以上膺架结构作为一整体单元模型进行分析计算。对钢管柱、底模方木、底模板等受力计算较为简单，直接按照结构力学理论及规范进行计算。5、空间有限元分析模型与计算参数根据装配式公路钢桥多用途使用手册第三章表 3-5，可查得贝雷片的等效惯性矩和截面矩。由装配式公路钢桥多用途使用手册第三章表 3-6，可查得贝雷片的容许内力值为：该数值综合考虑了贝雷片上下弦杆、竖杆和斜杆的强度及面内外的稳定性，还考

8、虑了焊缝、接头、节点板以及连接销的强度，即内力检算的结果可以代表强度和稳定性的检算结果。建立单排单层贝雷架的有限元模型如下图所示。 图 5-1 单排单层贝雷架的有限元模型利用有限元软件 MIDAS/civil 建立了钢管柱以上膺架结构有限元分析模型如图 5-2、5-3 所示。图 5-2 32m 现浇梁膺架有限元分析模型立体图图 5-3 24m 现浇梁膺架有限元分析模型立体图钢材材料 A3 钢和 16Mn 钢特性取值如下：弹性模量：E= 210109 Pa 泊松比：=0.3；密度：=7850 kg/m3在横桥向划分为四个区域： 1）翼板区；2）斜腹板区；3）两腹板之间的顶底板区。横桥向截面划分如

9、图5-4所示。在纵向分为端部截面段、一般截面段和两者之间的变截面段。图5-4 横桥向截面区域划分晁峪大桥现浇箱梁荷载取值如下表所示。表5-1 荷载取值表顶底板腹板翼板顶底板腹板翼板1面积m21.82.0541.2852.1692.8621.285-2顶板横桥向宽度m2.1321.2712.6971.8671.5362.697-3底板横桥向宽度m2.1320.5183.451.8670.7833.45-混凝土单位重量KN/ m3262626262626单位面积混凝土重量KN/ m256.1664.08540.09267.67389.29540.092模板及支架荷载2.52.51.2a)施工人员、

10、施工料具荷载；b)倾倒、振捣混凝土荷载2.52=5KN/ m22.52=5KN/ m21.46截面总荷载kN/ m77.4876.79567.06286.343104.65567.062-荷载系数41.25KN/ m2KN/ m2序号类别一般截面端部截面7均布荷载kN/ m236.4148.319.5-19.546.3133.76、晁峪大桥 32m 现浇箱梁膺架结构主要检算与分析6.1 贝雷片检算图 6-1 贝雷片弯矩图（单位 kNm）图 6-1 为贝雷片梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的受力弯矩图，由图可知，贝雷片梁的最大弯矩为 141.8，小于mkN 788.2，满足要求。mkN 图

11、 6-2 贝雷片梁剪力图（单位 kN）图 6-2 为贝雷片梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的受力剪力图，由图可知，贝雷片梁的最大剪力为 186.4，小于kN245.2，满足要求。mkN 图 6-3 贝雷片梁变形曲线图（单位 m）图 6-3 为贝雷片梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的变形曲线图，由图可知，贝雷片梁的最大弹性变形为 8.1mm，非弹性变形为：，则总变形量为cmfm36. 08133556. 02mm，小于跨度mm 的规范要求。7 .116 . 31 . 8f3 .2640010500400l6.2 双 I56a 工字钢梁检算图 6-4 双 I56a 工字钢梁应力云图（单

12、位 MPa）图 6-4 为双 I56a 工字钢梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的应力图，由图可知，I56a 工字钢最大应力为 90.1MPa，小于215MPa，满足强度要求。图 6-5 双 I56a 工字钢梁位移变形图（单位 mm）图 6-5 为双 I56a 工字钢梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的位移变形图，由图可知，I56a 工字钢最大位移变形为5.2mm，小于跨度的规范要求。400l6.3 I18 工字钢分配梁检算图 6-6 I18 工字钢分配梁应力云图（单位 MPa）图 6-6 为 I18 工字钢分配梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的应力图，由图可知，I18 工字钢最

13、大应力为 138.9MPa，小于215MPa，满足强度要求。6.4 模板底方木分配梁检算底模板下设 150mm150mm 方木作为分配梁，方木间距为30cm 布设。根据弹性力学平面应变问题的理论，可认为每根方木均匀的承担横向 30cm 范围内的施工荷载。根据线弹性、小变形的理论，结构静力平衡方程可用变形前的结构尺寸列写，因而可将模板底方木单独进行受力分析和检算。则按简支梁计算在腹板位置的方木受的均布荷载为：箱梁底横向方木检算：44.5kN/m3 . 03 .148q跨中弯矩：2.003 kNm86 . 05 .44822qlM支反力：13.35 kN26 . 05 .442qlQ150150m

14、m 方木的顺纹允许弯应力MPa，弹性模量 12wMPa，当高度为 150mm 时，截面抵抗矩3109E=5.62510-4m3，惯性矩615. 015. 0622bhW=4.21910-5m4，毛截面矩1215. 015. 01233bhI=4.21910-4m3415. 0215. 015. 0S方木受到的最大应力=3.6MPaMPa，满足要求！410625. 5003. 2WM 12w方木最大剪应力=0.89MPa15. 010219. 410219. 41035.13543IbQSMPa，满足要求！ 2w方木的挠度变形：=0.2mm=1.5mm，5943410219. 41093846

15、. 0105 .4453845EIqlf400600400l满足要求！6.5 底模板检算底模板采用 =15mm 的竹胶板，竹胶板弹性模量E=12103MPa，静曲强度25MPa，底模方木间距 30cm。按照单向板进行检算。 模板强度检算底模板方木按照 30cm 间距布设，因为方木宽度为 15cm，所以模板悬空段长度仅为 15cm。取板宽 1mm 为一计算单元，则q=0.148N/mm，则： 416.3Nmm8150148. 02M37.5mm3215161W=11.1MPa25MPa ，满足要求！5 .373 .416WM 模板刚度检算惯性矩=281.25mm4，121511233bhI毛截面

16、矩=28.125mm34152151S=0.29mm=0.375mm ，25.2811012384150148. 053845344EIql 400150满足要求！6.6 钢管桩检算图 6-7 膺架体系支点反力图（单位 kN）图 6-7 为晁峪大桥现浇箱梁膺架体系在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的钢管柱处的支点反力图，由图可知，最大反力为1211kN。钢管桩最大高度 10m，采用 60010mm 的钢管，i=208.62mm则：长细比=47.9，查表得 =0.83862.20810000il=3339.5kN 215)01. 03 . 0(3 . 0(838. 022ANN=1211kNN

17、= 3339.5kN，满足要求！6.7 钻孔桩基础检算由于中支墩钢管桩立柱和钻孔桩基础同轴，从上述的计算可知，钻孔桩最大的提供的支承力为 1211kN。根据现场提供的地质资料，钻孔桩承载力计算如下表所示：表 6-1 钻孔桩承载力计算表1.0桩身周长U(m)编号143.2301150.8266801754.03150.81301163.41068.1500桩端阻力0.5AR(kN)单桩轴向受压容许承载力p(kN)1264.5桩径(m)桩端截面积A(m2)0.78543.1416第i层桩侧摩阻力值i（kPa)桩周摩阻力和桩尖承载力影响系数i、第i层桩侧阻力0.5Uiili(kN)名称土层分层厚度l

18、i(m)桩身在各土层的厚度层底深度l(m)回填土3.2圆砾土9.2196.3花岗岩10桩侧阻力0.5Uiili(kN)桩端极限承载力取值R(kPa)如上表所示，长 10m 的钻孔桩承载力为 1264.5kN1211kN，满足承载力要求！6.8 采用扩大基础设计及配筋计算如设计采用钢管立柱座落于扩大基础上，第一层基础上考虑配筋，建立钢筋混凝土基础模型如下图所示。图 6-8 钢管柱钢筋混凝土承台检算模型第一层钢筋混凝土基础设计为 C30 钢筋混凝土，结构尺寸为：长宽高 9.61.80.8m，主筋采用 16mm 钢筋，箍筋采用16 钢筋。配筋采用 MIDAS/civil 中的“RC Beam Des

19、ign”功能，其计算结果见图 6-9，计算结果显示满足要求。第二层扩大基础设计为 C20 素混凝土，结构尺寸为：长宽高 11.23.40.8m，从第一层基础传递下来的力为：5614.7 kN，则第二层基础承受258 . 08 . 16 . 92 . 141300R的压应力为：0.33MPaMPa，第二层基础混凝土强8 . 16 . 97 .5614bAR0 .11度满足要求！6.9 地基承载力检算扩大基础地基应该满足的承载力要求为：kPafc1714 . 32 .112 . 1258 . 04 . 32 .117 .5614当扩大基础的地基承载力达到 200kPa 以上时，能够满足要求！图 6

20、-9 第一层钢筋混凝土基础配筋计算结果图7、晁峪大桥 24m 现浇箱梁膺架结构主要检算与分析7.1 贝雷片检算图 7-1 加强型贝雷片弯矩图（单位 kNm）图 7-1 为贝雷片梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的受力弯矩图，由图可知，贝雷片梁的最大弯矩为 652.0，小于mkN 1687.5，满足要求。mkN 图 7-2 加强型贝雷片梁剪力图（单位 kN）图 7-2 为贝雷片梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的受力剪力图，由图可知，贝雷片梁的最大剪力为 264.8，大于kN245.2，略超允许值 8%，应对支点处的贝雷片进行加强立杆补mkN 强。图 7-3 加强型贝雷片梁变形曲线图（单

21、位 m）图 7-3 为贝雷片梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的变形曲线图，由图可知，贝雷片梁的最大弹性变形为 26mm，小于跨度mm 的规范要求。7 .4840019500400l7.2 双 I56a 工字钢梁检算图 7-4 双 I56a 工字钢梁应力云图（单位 MPa）图 7-4 为双 I56a 工字钢梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的应力图，由图可知，I56a 工字钢最大应力为 91.8MPa，小于215MPa，满足强度要求。图 7-5 双 I56a 工字钢梁位移变形图（单位 mm）图 7-5 为双 I56a 工字钢梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的位移变形图，由图可知，

22、I56a 工字钢最大位移变形为5.4mm，小于跨度的规范要求。400l7.3 I18 工字钢分配梁检算图 7-6 I18 工字钢分配梁应力云图（单位 MPa）图 7-6 为 I18 工字钢分配梁在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的应力图，由图可知，I18 工字钢最大应力为 83.2MPa，小于215MPa，满足强度要求。7.4 钢管桩检算图 7-7 膺架体系支点反力图（单位 kN）图 7-7 为晁峪大桥现浇箱梁膺架体系在箱梁混凝土自重和设计施工荷载作用下的钢管柱处的支点反力图，由图可知，最大反力为1165kN。钢管桩最大高度 10m，采用 60010mm 的钢管，i=208.62mm则：长细

23、比=47.9，查表得 =0.83862.20810000il=3339.5kN 215)01. 03 . 0(3 . 0(838. 022ANN=1165kNN= 3339.5kN，满足要求！7.5 扩大基础设计及配筋计算根据设计一侧贝雷片直接落在第一层基础上，考虑配筋，建立钢筋混凝土基础模型如下图所示。图 7-8 贝雷片钢筋混凝土承台检算模型第一层钢筋混凝土基础设计为 C30 钢筋混凝土，结构尺寸为：长宽高 121.20.6m，主筋采用 16mm 钢筋，箍筋采用12 钢筋。配筋采用 MIDAS/civil 中的“RC Beam Design”功能，其计算结果见图 7-9，计算结果显示满足要求。第二层扩大基础设计为 C20 素混凝土，结构尺寸为：长宽高 13.62.80.8m，从第一层基础传递下来的力为：5079.2 kN，则第二层基础承受的压256 . 02 . 1122 . 14820R应力为：0.35MPaMPa，第二层基础混凝土强2