安溪县益民路分离式立交桥现浇箱梁支架计算书
益民路分离式立交桥 现浇箱梁贝雷支架计算书
建安大道与益民路分离式立交桥位于拟建的建安大道与益民路交叉处，该工程采用建安大道下穿益民路的方式。建安大道与益民路呈80度交角，桥梁中心对应于建安大道里程桩号为K0+450.384，对应于益民路的里程桩号为LK0+450.384，桥上部采用三跨一联跨径为15.46+26+15.46m的等截面连续梁预应力混凝土梁桥。梁桥为单箱四室结构，箱梁顶板宽18.5m，底板宽8.0m(计算按12米计)，悬臂板端部厚20cm,中腹板厚均为50cm，顶板厚25cm，底板厚25cm，梁高1.4m，桥面横坡为双向人字坡1.5%。箱梁顶面横坡采用箱梁绕桥面设计高程旋转而成，箱梁截面左右对称。
一、计算依据
㈠、《路桥施工计算手册》；
㈡、《安溪益民路分离式立交桥工程》施工图； ㈢、《装配式公路钢桥多用途使用手册》； ㈣、《公路桥涵施工技术规范》； ㈤、《公路桥涵设计规范》； ㈥、《贝雷梁使用手册》； ㈦、《建筑荷载设计规范》。
二、支架设计要点
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㈠、钢管桩基础
支架基础采用钢管桩做为基础。现浇箱梁支架基础平面布置图详见图ZJ-1, 现浇箱梁支架横断面图详见图ZJ-2。
1、两边跨跨径L=15.46m桥宽18.5m等截面标准现浇箱。距桥台台身边缘0.75m设置一排钢管桩做为第一支墩；距1#桥墩边缘0.75m设置一排钢管桩做为第二支墩。两支墩之间的钢桩中心距中心的距离为12.45m。单中支墩：钢管桩φ50*0.7cm，7根，钢管桩间距按2.5m和3.0m两种间距布置。钢管桩上布置2I36b、L>1800cm工字钢作横梁。横梁上布置支架贝雷片纵梁。
2、中跨跨径L=26m桥宽18.5m等截面标准现浇箱梁。跨中设两个中支墩，中支墩钢桩中心距中心的距离按2.0m设置。边支墩距两边桥墩边缘0.75m各设置一排钢管桩做为边支墩。边支墩和各中支墩之间的钢桩中心距中心的距离为10.65m。每个中支墩：钢管桩φ50*0.7cm、7根，钢管桩间距按2.5m和3.0m两种间距布置。钢管桩上布置2I36b、L>1800cm工字钢作横梁。横梁上布置支架贝雷片纵梁。
㈡、支架纵梁
用国产贝雷片支架拼装成支架纵梁，两排一组。支架结构均采用简支布置。
1、0#台～1#墩、2#墩～1#台：跨径L=15.46m桥宽18.5m等截面标准现浇箱梁两边跨，均设两个支墩。两支墩贝雷纵梁计算跨度为12.45m由14排单层贝雷纵梁组成；贝雷纵梁间距按1.2m等间距布置。支架贝雷平面布置图见图“ZJ-3”。
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2、1#墩～2#墩：跨径L=26m桥宽18.5m等截面标准现浇箱梁中跨，跨中设两个中支墩。1#墩～第一个中支墩、第二个中支墩～2#墩贝雷纵梁计算跨度均为10.65m由14排单层贝雷纵梁组成；贝雷纵梁间距按1.2m等间距布置。支架贝雷平面布置图见图“ZJ-3”。
㈢、模板及支撑
现浇箱梁支架拟采用梁柱式支架。
箱梁模板采用厚度为1.4cm 的竹胶合板；竹胶合板下顺桥向放置10cmx4cm方木衬板，间距为由计算推算；方木衬板下设10x10cm的方木，间距为由计算推算；10x10cm的方木设15x20cm的方木或枕木，间距为100cm；15x20cm的方木下方安放贝雷片，贝雷片一个断面设计14片，间距如附图所示；贝雷片下方设计2I25工字钢和钢管桩。其中翼板下支撑采用木模和钢托架，钢托架采用[10槽钢加工，以榀为单位，顺桥向1.5m设计一榀。
三、受力分析
安溪县益民分离式立交桥箱梁共有三大板块，按上述分折，边跨度为12.45m，中跨分解两跨后，跨度为10.65m，桥梁体为等截面，且工字钢横梁和贝雷纵梁布置一样。所以本次计算仅对12.45m的边跨进行计算及受力分析，如果能达到各设计规范要求，则中间跨一定能满足受力要求。
1、本桥箱梁为等截面箱梁，梁高1.4m，底板宽8.0m（计算按12m），顶板宽18.5m，顶板厚0.25m，底板厚0.25m，具体情况如下
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图所示。
现浇梁标准断面图 (图一)
2、对箱梁截面混凝土的混凝土方量的计算，利用电脑软件精确计算出每个计算节点断面面积。
3、施工时按两步浇筑进行，第一次浇筑底板和腹板混凝土，第二步浇筑顶板及翼板混凝土。为简化计算，确保安全，计算时假定两步混凝土同时施工。箱梁节点与节点部分按均布荷载考虑，并取最不利的一片纵梁进行验算。
四、 施工荷载计算取值 ㈠、恒载
1、梁体混凝土自重：箱梁混凝土标号为50，配筋率为2.5%，所以梁体混凝土自重取26KN/m3，冲击系数取1.1；
2、木模板自重取0.75KN/m2； 3、钢构自重取78KN/m3 ； 4、方木自重取7.5KN/m3 ； 5、[20槽钢自重：0.26KN/m；
6、贝雷自重取1KN/m（包括连接器等附属物）； ㈡、活载
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1、施工人员、机具、材料及其它临时荷载，在计算模板及下面小方木时按均布荷载为2.5KN/m2 计算，并以集中荷载2.5KN 进行比较，取二者产生的弯矩最大者。
2、振捣荷载：水平方向取２.0KN/m2，竖向取４.0KN/m2 ㈢、荷载组合
根据《建筑荷载设计规范》，均布荷载设计值=结构重要性系数×（恒载分项系数×恒载标准值＋活载分项系数×活载标准值）。结构重要性系数取三级建筑：0.9，恒载分项系数为1.2，活载分项系数为１.4。
五、各构件验算
㈠、底模板计算（方木衬板计算） 1、强度验算
条件：δ＜[δm]
δ=M/W=(ql2/8)/(bh2/6) ＜[δm]
其中：l—底模板下方木衬板间距(m)； b—为模板宽，取b=1m；
h—为模板厚，14mm厚胶合板，取h=0.014m； [δm]—木材抗弯强度，取[δm]=13Mpa； q—作用在模板上的线荷载；
q=0.9x[(26Hx1.1+7.5x0.014x1)x1.2+(4+2.5)x1.4]=30.89H+8.30
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受力简图 （图二）
其中：H—为混凝土厚度，将上式代入强度条件有：
l＜[3.40/(30.89H+8.30)]1/2 计算结果如下：
当H=0.25+0.25=0.5时，l＜0.38m 当H=1.4时，l＜0.26m 2、挠度验算
条件：fmax＜[f]
fmax=5ql4/384EI＜1/400
即：ql4＜384EI/5x400
其中：E=1x107KN/m2 I=bh3/12=1x0.0143/12 则：l＜[4.39/(30.89H+3.26)]1/4 其中q不计振动荷载
当H=0.25+0.25=0.5时：l＜0.70m 当H=1.4时：l＜0.55m
因此在腹板的位置采用衬板方木间距为25cm，空箱位置采用35cm倒角介于两者之间间距为30cm。按以上计算布置可以满足模板强度及刚度的要求。如下图：
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受力简图 （图三）
㈡、侧模计算 1、强度验算
新浇注混凝土对模板侧压力计算公式：
P=0.22rt0β1β2υ1/2
或 P=rH
其中：P—新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力（N/mm2）； r—钢筋混凝土的容重，取26KN/m3；
t0—新浇筑砼初凝时间（h）根据施工情况，本计算取4h； β1—外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有
缓凝作用的外加剂时取1.2，本计算取1.2；
β2—混凝土坍落度影响系数，本计算取1.15； υ—混凝土浇筑速度，本计算取6m3/h
H—混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总
高度，本计算取最大值为1.4m； P=0.22rt0β1β2υ1/2
=0.22x26x4x1.2x1.15x61/2
=77.34KN/m2
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或 P=rH=26x1.4=36.4 KN/m2
根据取两式结果的较小值及混凝土侧压力不宜超过90KN/m2的规定，所以P取36.4KN/m2。
组合荷载为：q=0.9 x (1.2x36.4x0.25+2x1.4x0.25)=10.5KN/m
受力简图 （图四）
Q235钢材的抗拉强度设计值为215MPa，钢模的允许挠度： 面板为1.5mm，I=26.97cm4，W=32.7cm3，E=2.1x105MPa 抗弯强度验算：
M= ql2/8=10.5x0.32/8=0.118KN〃m W=bh2/6=32.7x10-6 m3
δ=M/W=0.118/32.7x10-6=3.61Mpa＜[δ]=215 Mpa 2、挠度验算
挠度条件：fmax＜[f]
fmax=5ql4/384EI＜[f]=1/400 =0.75mm
其中：E=1x107KN/m2 I=bh3/12=1x0.0143/12
即：fmax= 5q l4/384EI=5x10.5x0.34 x 12/384x1x107x1x0.0143 =0.48 mm＜0.75mm
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故抗弯强度以及挠度满足要求。 ㈢、10x10cm方木计算
取1米板宽计，按最不利荷载进行计算。 1、强度验算
条件：δ＜[δm]
δ=M/W=(ql2/8)/(bh2/6) ＜[δm]
组合荷载：
q=0.9x[(1.1x26x1xH+7.5x1x0.014+7.5x0.1x0.04x3)x1.2+(4+2)x1.4]=30.89H+8.4KN/m
受力简图 （图五）
其中：H—为混凝土厚度，将上式代入强度条件有：
l＜[17.3/(30.89H+8.4)]1/2 计算结果如下：
当H=0.25+0.25=0.5时，l＜0.85m 当H=1.4时，l＜0.58m 2、挠度验算： 条件：fmax＜[f]
fmax=5ql4/384EI＜1/400
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即：ql4＜384EI/5x400
其中：E=1x107KN/m2 I=bh3/12=0.1x0.13/12 则：l＜[16/(30.89H+3.36)]1/4 其中q不计振动荷载
当H=0.25+0.25=0.5时：l＜0.96m 当H=1.4时：l＜0.77m
经以上计算分折，方木间距控制50cm为宜，这样布置可以满足方木强度及刚度的要求。如下图：
受力简图 （图六）
钢托架以榀为单位，沿桥纵向每1.5m间距设一道钢托架。钢托架采用[8的槽钢加工而成，强度要达设计要求。
㈣、15x20cm方木验算
取最高梁处腹板进行计算，间距按1m设计。 1、强度验算 组合荷载：
q=0.9x[(1.1x26x1.4x1+7.5x0.014x1+7.5x0.1x0.04x1x3+7.5x0.1x0.1x2)x1.2+(4+2.5)x1.4]=43.25+0.11+0.10+8.19+0.17=51.82KN/m
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受力简图 （图七）
M=ql2/8=51.82x1.02/8=6.48KN〃m W=bh2/6=0.2x0.152/6=7.5x10-4m3
δ=M/W=6.48x103/7.5x10-4=8.64Mpa＜[δm]=13 Mpa 2、挠度验算
挠度条件：fmax＜[f]
fmax=5ql4/384EI＜[f]=1/400 =0.75mm
其中：E=2.1x105KN/m2 I=bh3/12=0.12x0.13/12
即：fmax= 5ql4/384EI=5x51.82x14 x 12/384x2.1x105x0.2x0.153 =0.57＜0.75mm
㈤、贝雷支架纵梁在均布荷载下的计算 本计算按最不利因素考虑，取边跨进行验算。
受力简图 （图八）
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1、荷载组合
⑴、在AutoCAD中进行计算得出，每一跨混凝土自重为： q1=42.18KN/m q2=28.15KN/m q3=43.57KN/m 如下图：
受力简图 （图九）
⑵、模板自重
取7.5KN/m3，皆按1m板宽范围进行计算 7.5x1x0.014=0.11KN/m ⑶、方木衬板自重 按1m范围以5根进行计算 7.5x0.1x0.04x5=0.15KN/m ⑷、10x10cm方木自重 按1m范围以3根进行计算 7.5x0.1x0.1x3=0.23KN/m ⑸、15x20cm方木自重 按1m范围以2根进行计算
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7.5x0.15x0.2x2=0.45KN/m
各构件均布荷载为：0.11+0.15+0.23+0.45+0.5=1.5KN/m(其中：钢托架按0.56KN/m计算)
则组合荷载为：
q1=0.9x[(42.18+1.5)x1.2+(4+1.5)x1.4]=47.17+6.93=54.10KN/m q2=0.9x[(28.15+1.5)x1.2+(4+1.5)x1.4]=32.02+6.93=38.95KN/m q3=0.9x[(43.57+1.5)x1.2+(4+1.5)x1.4]=48.68+6.93=55.61KN/m 2、验算强度 贝雷片力学性能为： I=250500cm4 W=I/70=3578.5 cm3
[M]=2730kg/cm2x3578.5cm3=9769305kg〃cm=97.69t〃m [Q]= 2730kg/cm2x10.24cm2=27955kg=28.0t 不均匀拆减系数：1.20
受力简图 （图十）
⑴、AB
①、纵梁最大弯距
Mmax=q2l2/8=38.95x12.452/8=754.67t〃m
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单片贝雷片承受弯矩：
M=754.67x1.2/14=64.68t〃m＜[M]=97.69t〃m 满足要求。 ②、纵梁最大剪力 A支点：
Qmax=54.10x1.66/2+12.45x38.95/2=44.90+242.46=287.36t B支点：
Qmax=55.61x1.35/2+12.45x38.95/2=37.54+242.46=280.00t 单片贝雷片容许剪力：
A支点：Q=287.36x1.2/14=24.63t＜[Q]=28.00t B支点：Q=280.00x1.2/14=24.00t＜[Q]=28.00t 满足要求。 3、挠度验算 q=梁自重+内模重 q1=42.18+0.11=42.29KN/m q2=39.07+0.11=39.18KN/m q3=43.57+0.11=43.68KN/m 如下图：
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受力简图 （图十一）
⑴、AB跨12.45m贝雷纵梁最大挠度 fmax=5q2l4/(384EI)
=（5x39.18x12.454x10/(384x2.1x106x250500x20) =0.75cm
[f]=L/400=1245/400=3.11cm fmax＜[f] 满足规范要求。
㈥、单片贝雷片最不利荷载计算
根据桥的横断面图，在AB跨当中从两边向中间数第五片贝雷片处在最不利荷载位置。如下图所示：
贝雷梁横断面图 （图十二）
其中两片贝雷各承重:
q=[15.46x1.4x0.25+15.46x(0.9+0.5)x0.5x0.5+15.46x0.5x0.5]x2.6=(5.411+3.4785+3.865)x2.6=33.16t
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模板自重：0.75x15.46x1.25x10-1=1.45t
方木衬板自重：7.5x0.1x0.04x15.46x6 x10-1=0.28t 10x10cm方木自重：7.5x0.1x0.1x15.46x4 x10-1=0.46t 15x20cm方木自重：7.5x0.2x0.15x15.46x3 x10-1=1.04t 各构件均布荷载为：1.45+0.28+0.46+1.04 =3.23t 最大剪力：
Qmax=(33.16+3.23)/2=18.20t<[Q]=28t 满足要求。 最大弯矩：
依据结构受力分折，将均布荷载等效转化如下受力简图：
单片贝雷受力简图 （图十三）
通过计算得到弯矩如下图：
单片贝雷弯矩图 （图十四）
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Ｍmax=85.71t〃m<［M］=97.69 t〃m 满足要求。
㈦、2I25工字钢计算
当贝雷纵梁产生最大剪力时，对钢管桩2根I25工字钢横梁进行强度验算。
通过对贝雷支架剪力验算，钢管桩上的2I25工字钢完全也可以满足结构受力要求。工字钢支在钢管桩上，跨度很小，产生的弯矩很小，故弯应力不进行验算。
㈧、单桩承载力计算
由于或支点管桩布置一样，A、B点中A承受的压力最大，所以只要以A点下的钢管桩来验算。
A支点：Q=287.36x1.2/7=49.26t 经计算单桩承载力Q＞49.26t。 ㈨、钢管桩稳定性计算 1、内力计算
由于或支点管桩布置一样，A、B点中A承受的压力最大，所以只要以A点下的管桩来验算。
A支点单根钢管桩的竖向力：N=288.21x1.2/7=49.41t φ50x0.7cm钢管：A=50x3.14x0.7=109.9x102mm2。 L=5.6m，I=0.35x50x10=175mm λ=L/I=5.6x1000/175=32mm 查表得φ=0.5
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δ=N/φAn=49.26x103/0.5x109.9x102=8.42KN/mm2 δ＜[δ]=14KN/mm2 故满足要求。 2、横向稳定性验算
由于贝雷支架纵向没有受到较大动载作用，只有振捣混凝土时才产生较少的侧向力，所以贝雷支架纵向稳定性就不必要计算，只需对雷支架横向稳定性进行计算即可。
贝雷支架横向水平推力主要是受到风荷载的作用而产生的，所以要进行水平方向推力的验算。依据《桥梁设计规范》JTJ021-89取值，及计算分折过程如下：
风荷载标准值：ωk=βzμsμzωo 其中：ωk -为风荷载标准值（KN/m2）； βz-为高度z处的风振系数，取1.0；
μs-为风荷载体型系数,取+0.8； μz-为风压高度变化系数，取1.3； ωo-为基本风压（Pa）; 设计风速V=24.4m/s
则ωo=V2/1.6=24.42/1.6=372.1Pa 在Auto CAD中查得面积S=21.64m2。 风力P=ωkxS
=βzμsμzωoS
=1.0x0.8x1.3x1.0x372.1x21.64=8374N=8.37KN
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由于风荷载带来的弯矩为： M=PxL=8.37x7=58.59KN〃m
桩身应力：δ=M/W=58.59/1.38x10-3=42456Kpa=42.46Mpa
δ＜[δ]=145Mpa
故贝雷支架的稳定性满足规范要求。 二、支架预压方案 1、预压范围
本次预压拟在两边跨选择一跨进行预压，预压主要观测支架的挠度变形、非弹性变形和临时钢管墩的基础沉降量。
2、预压方式
本次预压拟采用水压、箱梁的两翼板加高，内贴彩色塑料布两层，塑料布搭接采用万能胶粘贴，两翼板加高用钢管对拉联结，以防止侧向变形。
⑴、空箱范围：顶板厚0.25m、底板厚0.25m，钢筋砼重量为(0.25+0.25)x2.6=1.3t/m2,换算成水压高度h水=1.3m(按设计100%预压。
⑵、端横梁处：宽度0.812m、高度1.4m、长度9m，钢筋砼重量为0.812x1.4x12x2.6=35.47t，采用砂袋堆载：砂袋堆宽为1.2 m(倒角)，则需要堆高为h砂=35.47/(12x1.2x1.6) =1.54m（砂的容重为1.6t/m3）。
⑶、中横隔梁处：宽度0.675m、高度为1.4m、长度12m，钢筋砼重量为：0.675x1.4x12x2.6=29.48t，采用砂袋堆载：砂袋堆宽为
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1.0 m(倒角)，则需要堆高为h砂=29.48/(12x1.0x1.6) =1.54m（砂的容重为1.6t/m3）。
⑷、腹板处：根据梁高度变化计算各变化点重量，用砂袋重量100%进行预压。
3、测量观测
需要观测的数据：边跨贝雷支架的挠度、临时钢管桩支墩的地基沉降量、及模板系统非弹性变形。
观测点的布置
边跨贝雷支架的挠度及模板系统非弹性变形在箱梁底每隔5m设一个观测断面，每断面设三个点，每个点挂一个线锤。临时支墩的地基沉降量，在临时支墩上布置钢筋头。
观测时间
当未上预压荷载前实施第一次观测，当荷载到1/3时进行第二次观测，当荷载到2/3时进行第三次观测，当荷载全部上去后进行第四次观测，而后每12小时观测一次，直至卸载。最后整理数据对原预拱度进行调整实施，再进行下一道工序施工。
三、安全措施
1、支架下方由于要通车和行人，所以必须做好安全防护工作。如挂防护网、立警示牌、特别是在钢管桩周边要有防撞设施；
2、要确保钢管桩基础承载力满足受力要求。人行道和绿化带等地块要进行硬化处理，同时要做好排水等工作；
3、贝雷片吊装前，应使贝雷片连接牵固，吊点正确牢固；
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4、控制好钢管桩的垂直度，严禁出现倾斜现象；钢管桩的焊接要牢固，特别要注意钢管桩对接处的焊缝，最少要满足三块钢板加围焊要求；
5、钢管桩之间要进行对拉斜撑，槽钢与钢管桩交接处两侧必须满焊。两排钢管桩之间必须采用槽钢对拉斜撑加固；
6、在贝雷片和钢管桩上做沉降观测点，成立安全保证小组对支架搭设过程进行监控，并定期对沉降成果进行反馈，及时发现问题，做到第一时间解决问题；
7、贝雷片拆除之前，必须设立禁区；
8、拆除贝雷片时，应按规定的程序进行，避免机械与桥箱梁造成碰撞，施工人员与拆下的模板之间，应有一定的安全距离；
9、施工过程中用电必须经过专业电工指导，在带电导线附近进行电焊作业时，应采取必要措施，电焊钢筋时，应防电弧光击眼灼伤;
10、支架预压时，堆载要均匀布置，不能有太大的偏差； 11、支架预压采用水压，防止漏水至关重要，为保险起见在上荷载之前多做试验，确保万无一失；
12、灌水后严禁闲杂人员上架，以免发生溺水。同进要派专人值班，严禁无关人员在支架上逗留；
13、泄水时要安装泄水孔，泄水孔采用阀门；
14、成立观测小组，若发现诸如临时墩水平位移等，应及时反馈，以便采取措施。
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