梅溪湖橋梁支架貝雷架檢算報告

1、梅溪湖路跨龍王港河橋支架檢算報告中南大學土木工程檢測中心二一一 年 四 月梅溪湖路跨龍王港河橋支架檢算報告工程名稱： 梅溪湖路跨龍王港河道路橋梁工程委托單位： 湖南望新建設(shè)集團股份有限公司檢算單位： 中南大學土木工程檢測中心檢算人員：報告編寫：報告審核：報告批準：中南大學土木工程檢測中心二一一 年 四 月目 錄第1章 概述11.1 工程概況11.2 檢算依據(jù)11.3 檢算內(nèi)容和方法11.4 主要檢算結(jié)論2第2章 支架檢算42.1 基本資料42.2 荷載計算42.3 計算模型52.3.1 模型建立52.3.2 邊界條件52.3.3 荷載52.4 竹膠板檢算72.4.1 強度檢算72.4.2 剛度

2、檢算72.5 方木檢算92.5.1 強度檢算92.5.2 剛度檢算92.6 扣件式支架檢算102.6.1 強度檢算102.6.2 剛度檢算102.6.3 穩(wěn)定性檢算132.7 貝雷梁檢算142.7.1 強度檢算162.7.2 剛度檢算182.7.3 穩(wěn)定性檢算192.8 地基驗算20第1章 概述1.1 工程概況梅溪湖路跨龍王港河連續(xù)箱梁橋，起止樁號K0+876.169K1+32.693，全長162.75m，橋面總寬38.0m，按完全獨立的左右兩幅設(shè)計，橋?qū)捑鶠?9米，中間設(shè)2米寬的中央分隔帶。人行道4.5m，非機動車道3.25m，機動車道11.25m。橋跨采用（45+48+43.75+26）m

3、和（26+43.75+46.39+42）m四跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用圓柱式橋墩，橋臺為輕型臺，均按嵌巖樁設(shè)計?？琮埻醺酆拥啦糠植捎娩摴?、貝雷梁組合式支架現(xiàn)澆法施工，其余部分均采用滿堂支架法施工。1.2 檢算依據(jù)（1）相關(guān)圖紙和計算文件（2）中華人民共和國行業(yè)標準建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ130-2001）（3）中華人民共和國國家標準混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 50010-2002）（4）中華人民共和國國家標準建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB 50007-2002）1.3 檢算內(nèi)容和方法本支架主要檢算內(nèi)容如下：（1） 對竹膠板進行強度、剛度檢算；（2） 對方木進行強

4、度、剛度檢算；（3） 對扣件式支架進行強度、剛度及穩(wěn)定性分析和檢算；（4） 對貝雷桁架進行強度、剛度及穩(wěn)定性分析和檢算；（5） 對2I50a工字鋼進行強度、剛度檢算；（6） 對鋼管樁進行強度、剛度檢算；（7） 對地基承載力進行檢算；根據(jù)規(guī)范規(guī)定，模板、支架和腳手架屬于臨時結(jié)構(gòu)，其強度設(shè)計采用容許應(yīng)力法。對本支架的檢算采用大型通用有限元軟件ANSYS11.0。支架體系所用的鋼管規(guī)格及力學性能見表1-1，支架體系所用的方木規(guī)格及力學性能見表1-2，支架體系所用的竹膠合板規(guī)格及力學性能見表1-3，模板、鋼筋、混凝土自重標準值及荷載分項系數(shù)如表1-4所示。表1-1 Q235鋼管規(guī)格及力學性能規(guī) 格截面

5、積mm2重 量N/m彈性模量慣性矩抵抗矩回轉(zhuǎn)半徑強 度備 注EIXWifN/mm2cm4cm3cmN/mm248×3.548938.42.06×10512.195.081.58205標準管48×2.839721.010.24.251.60非標管表1-2 方木規(guī)格及力學性能木材品種彈性模量EN/mm2抗彎強度FmN/mm2抗剪強度FvN/mm2慣性矩Ix mm4抵抗性W mm3Bh=60×80Bh=60×80級杉木900011.01.202.56×1066.4×104表1-3 方木規(guī)格及力學性能品 種彈性模量EN/mm2抗彎強

6、度Fm N/mm2 1000×15膠合板（按14mm厚計算）慣矩性 Ix mm4抵抗矩 WMm3竹膠合板 989813 2.29×105 3.27×104表1-4 自重標準值及荷載分項系數(shù)序 號構(gòu) 件 名 稱自重標準值荷載分項系數(shù)1模板及小楞G1K0.5 KN/m21.22新澆混凝土自重G2K25 KN/m31.23施工人員及設(shè)備荷載Q1K2.0 KN/m21.44振搗混凝土產(chǎn)生的荷載Q2K 3 KN/m21.41.4 主要檢算結(jié)論（1）強度：經(jīng)檢算，本支架竹膠板最大主拉應(yīng)力為0.653MPa，方木的最大主拉應(yīng)力為2.55MPa，扣件式支架最大等效應(yīng)力為63.3M

7、Pa，貝雷梁最大等效應(yīng)力為28.3MPa，2I50a工字鋼最大等效應(yīng)力為89.6MPa，鋼管樁最大等效應(yīng)力為78.2MPa。（2）剛度：經(jīng)檢算，本支架竹膠板最大豎向位移為2.5mm，方木的最大豎向位移為2.5mm，扣件式支架最大豎向位移為2.5mm，貝雷梁最大豎向位移為9.1mm。（3）穩(wěn)定性：經(jīng)檢算，邊跨扣件式支架體系的穩(wěn)定性系數(shù)為6.071，跨河道組合式支架體系的穩(wěn)定性系數(shù)為13.437。（4）地基承載力：立桿底端地基的最大平均壓力為154kPa?？梢娫撝Ъ荏w系滿足強度、剛度、穩(wěn)定性及地基承載力四方面的要求。第2章 支架檢算2.1 基本資料支架所用鋼管規(guī)格為48×2.8mm，鋼管

8、采用Q235鋼材，其抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值為205MPa，彈性模量為2.06×105MPa。支架立桿縱距為70cm，立桿橫距70cm，橫桿步距按1.2m設(shè)置。鋼管頂部設(shè)可調(diào)頂托，頂托內(nèi)設(shè)橫向方木（級杉木），截面尺寸為8×10cm，在橫向方木上布置縱向方木（級杉木），截面尺寸為6×8cm。底模面板采用15mm竹膠合板，側(cè)模采用定型鋼模。河道內(nèi)支承基礎(chǔ)采用C30砼條形基礎(chǔ)，鋼管樁直徑60cm，壁厚10cm，采用120mm槽鋼斜撐水平焊接固定。鋼管樁底、頂部采用20mm厚鋼板作墊板。鋼管樁橫向間距5m，縱向間距10m，橫向布置7根鋼管樁，縱向6排。頂部由2排50型工

9、字鋼焊接一體搭設(shè)橫梁，貝雷架安裝在工字鋼橫梁上。貝雷架縱向搭設(shè)長度70m，縱向翼板施工便道搭設(shè)間距90cm，腹板搭設(shè)間距45cm布置，整體上下采用120mm槽鋼連接固定。底模、頂模分配梁采用10cm×8cm杉木方組成，橫向間距20cm，模板采用竹膠板、翼模板采用定型鋼模，翼模板下支架采用鋼扣件滿堂支架固定在貝雷架上，立桿橫向、縱向均按70cm布置搭設(shè)。2.2 荷載計算全橋由兩幅箱梁組成，此處取一幅箱梁計算。重力加速度取10m/s2，恒載分項系數(shù)取1.2，活載分項系數(shù)取1.4。底模板、方木及支架自重可由程序自動計算得出。此處考慮支架自重以外的荷載。圖2-1為單幅箱梁截面示意圖，截面面積

10、為13.299m2。其中單邊翼板部分面積為1.1025m2，荷載分布寬度為3.5m，頂板、底板及腹板面積為12.906m2，荷載分布寬度為12.17m，箱梁全截面面積為16.8744m2。荷載計算如下：（1） 模板荷載為q1=0.5KN/m2（2） 翼板下方模板荷載為q2-1=1. 1025×25/3.5=7.875KN/m2（3） 底板下方模板荷載為q2-2=12.906×25/12.17=26.512KN/m2（4） 施工人員及施工機械運輸或堆放荷載為q3=2KN/m2（5） 振搗混凝土時產(chǎn)生的豎向荷載為q4=3KN/m2圖2-1箱梁截面示意圖2.3 計算模型2.3.1

11、 模型建立在ANSYS計算模型中，同時建立竹膠板、方木、扣件式支架及工字鋼的模型。采用BEAM188單元模擬立桿，用BEAM4單元模擬方木，用LINK8單元模擬橫桿，用SHELL63單元模擬竹膠板。整個支架體系共計單元17039個，節(jié)點7440個。2.3.2 邊界條件（1） 約束立桿底部的所有線位移自由度；（2） 約束鋼管樁底部的所有線位移自由度；（3） 耦合鋼管樁頂部與I50a工字鋼的所有線位移及扭轉(zhuǎn)角位移自由度；（4） 耦合I50a工字鋼與貝雷梁接觸點的所有線位移自由度；（5） 耦合貝雷梁與分配梁接觸點的所有線位移自由度；（6） 耦合分配梁與扣件式支架立桿底端的所有線位移自由度；（7） 耦

12、合扣件式支架立桿頂端與方木接觸點的豎向位移自由度。2.3.3 荷載每根立桿所受荷載由模板及方木自重、混凝土自重、活荷載三部分組成。這些荷載全部直接以面荷載的形式施加在竹膠板上，底板下方的竹膠板面荷載為：（1） 翼板下方荷載為：f1=1.2×（q2-1+q1）+1.4×（q3+q4）=17.05KN/m2；（2） 底板下方荷載為：f2=1.2×（q2-2+q1）+1.4×（q3+q4）=39.388KN/m2；梅溪湖路跨龍王港河橋支架體系荷載及邊界約束情況如圖2-2及圖2-3所示。圖2-2支架體系有限元模型及邊界條件（側(cè)立面）圖2-3支架體系有限元模型（橫

13、立面）2.4 竹膠板檢算2.4.1 強度檢算計算得到的最大層間剪應(yīng)力為0.16MPa，最大主拉應(yīng)力為0.65MPa，小于竹膠板彎曲強度f=60MPa，故竹膠板強度滿足要求。竹膠板最大層間剪應(yīng)力云圖如圖2-4所示，竹膠板主拉應(yīng)力云圖如圖2-5所示。2.4.2 剛度檢算計算所得最大豎向位移為2.5mm，如圖2-6所示。從圖中可以看出最大豎向位移及其發(fā)生的位置（最大豎向位移為圖中標注MN處）。注意圖中變形為放大100倍之后的效果。圖2-4竹膠板層間剪應(yīng)力云圖圖2-5竹膠板主拉應(yīng)力云圖圖2-6竹膠板豎向位移云圖2.5 方木檢算2.5.1 強度檢算計算得到的主拉應(yīng)力為2.55MPa，方木強度滿足要求。最

14、大主拉應(yīng)力發(fā)生在邊跨跨中上方的縱向方木。其他位置方木的應(yīng)力很小，接近0.283MPa。圖2-7顯示了最大主拉應(yīng)力云圖，從圖中可以看出最大主拉應(yīng)力為的位置和大?。ㄗ畲笾骼瓚?yīng)力為圖中標注MX處）。2.5.2 剛度檢算計算所得最大豎向位移為2.5mm，如圖2-8所示。從圖中可以看出最大豎向位移及其發(fā)生的位置（最大豎向位移為圖中標注MN處）。注意圖中變形均為放大100倍之后的效果。圖2-7方木主拉應(yīng)力云圖圖2-8方木豎向位移云圖2.6 扣件式支架檢算2.6.1 強度檢算計算得到的最大Von Mises等效應(yīng)力為63.3MPa，小于205MPa，扣件式支架強度滿足要求。最大等效應(yīng)力發(fā)生在邊跨跨中、橫向中

15、部位置的立桿。橫桿的應(yīng)力很小，接近7.05MPa。圖2-9顯示了Von Mises等效應(yīng)力云圖，從圖中可以看出最大等效應(yīng)力發(fā)生的位置，等效應(yīng)力最大的立桿及剪刀撐桿如圖2-10所示。從圖2-10可以看出最大Von Mises等效應(yīng)力為63.3MPa。2.6.2 剛度檢算計算所得最大豎向位移為2.5mm，如圖2-11至圖2-13所示。從圖中可以看出最大豎向位移及其發(fā)生的位置（最大豎向位移為圖中標注MN處）。注意圖中變形均為放大100倍之后的效果。圖2-9扣件式支架等效應(yīng)力云圖圖2-10等效應(yīng)力最大的立桿圖2-11支架體系豎向位移云圖圖2-12扣件式支架豎向位移云圖圖2-13扣件式支架最大豎向位移所

16、在橫斷面2.6.3 穩(wěn)定性檢算計算得到第一階失穩(wěn)狀態(tài)的變形如圖2-14所示，臨界失穩(wěn)荷載乘子為6.071。因此，該支架的穩(wěn)定性系數(shù)為n=6.071。故支架穩(wěn)定性滿足要求。從圖2-14可以看出，支架體系的第一階失穩(wěn)為橫橋向平面外彎曲。圖2-14扣件式支架第一階失穩(wěn)模態(tài)（橫立面）2.7 貝雷梁檢算貝雷梁的上、下弦桿和加強弦桿均為2根10#槽鋼（背靠背），豎桿和斜桿為8#工字鋼，一榀貝雷梁的兩片之間采用支撐架聯(lián)接，支撐架由40×40×4、63×63×6和100×63×8三種型號的角鋼聯(lián)接而成。一榀3m長的貝雷梁有限元模型如圖2-15所示。采

17、用大型有限元分析軟件ANSYS11.0建立貝雷架模型。貝雷梁是16Mn鋼，2I50a工字鋼橫梁和鋼管柱的材料屬性都是A3鋼。彈性模量取2.1×1011Pa，泊松比取0.3，密度取7850Kg/m3。采用BEAM188單元模擬貝雷梁桿件、工字鋼及鋼管樁。共計生成梁單元32068個，節(jié)點52284個。根據(jù)2.1節(jié)的計算，貝雷架上總荷載設(shè)計值為F=1.2×（q1+q2）+1.4×（q3+q4）=1.2×(0.5×19+16.8744×25)+ 1.4×5×19=650.6kN/m在貝雷梁上緣的節(jié)點加載，共計加載節(jié)點844

18、0個，于是每一個貝雷梁加載節(jié)點的荷載為：f=F/N=650.6×50/8440=3.854KN貝雷架有限元模型如圖2-16所示。圖2-15 3m貝雷梁有限元模型圖2-16貝雷架有限元模型2.7.1 強度檢算貝雷梁在荷載作用下的Von Mises應(yīng)力云圖如圖2-17所示，最大Von Mises應(yīng)力為28.3MPa<235MPa，貝雷梁強度滿足要求。貝雷梁下工字鋼的等效應(yīng)力云圖如圖2-18所示，最大等效應(yīng)力為89.6MPa，工字鋼強度滿足要求。工字鋼下鋼管樁的等效應(yīng)力云圖如圖2-19所示，最大等效應(yīng)力為78.2MPa，鋼管樁的強度滿足要求。圖2-17貝雷梁等效應(yīng)力圖2-18 2I50a工字鋼等效應(yīng)力圖2-19 鋼管樁等效應(yīng)力2.7.2 剛度檢算貝雷梁在荷載作用下的豎向位移如圖2-20所示，最大豎向位移為f1=9.1mm?？紤]到貝雷片之間采用銷釘連接，故考慮非彈性撓度f2，計算過程如下：（n為奇數(shù)時）（