整孔现浇箱梁模板支撑架课堂上验算案例.doc

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1、.整孔现浇箱梁简单支撑架验算课堂交流案例（例题）2021年11月5日、兴土桥梁公司一、基本条件1、某现浇钢筋混凝土箱梁横截面图如图1.1所示图1.1、某现浇箱梁横截面简图2、某现浇简支钢筋混凝土箱梁桥跨布置结构如图1.2所示图1.2、某现浇简直箱梁桥跨布置结构简图二、已知支撑架所采用的周转材料2.1、钢管支撑柱：直径350mm、壁厚12mm，Q235钢材；2.2、工字钢：I45b，材质Q235；2.3、贝雷桁架梁：国标3m1.5m普通桁架；2.4、桁撑结构杆件自行选择。三、结构设计完成任务3.1、现浇钢筋混凝土箱梁模板支撑架纵向整体设计结构；3.2、现浇钢筋混凝土箱梁模板支撑架横桥向结构设计；

2、3.3、结构设计检算：、竖向钢管支撑柱设计检算：数量、强度、刚度、横向布置间距；、横桥向一次主梁（工字钢梁）设计检算：数量、强度、刚度（挠度）；、纵向二次主梁（贝雷桁架）设计检算：数量、强度、刚度（挠度）、横向布置位置。四、支撑架纵向总体结构布局设计4.1、支撑架纵向整体结构布置设计（首次布置）根据贝雷桁架的几何构造尺寸和抗弯刚度条件，结合以往方案设计的统计经验，普通贝雷桁架的布置跨度在12m15m时，相对成本较低。从结构计算的角度考虑，为了手工计算省事，优先按等跨布置，其次按对称跨布置，再次为不对称跨布置。根据本桥桥跨结构尺寸，墩间净跨29.6m，需要布置9个标准3m，外加一节2.0m非标桁

3、片。不好按等跨和对称布置，只能按不对称跨布置。首次布置按钢管支撑柱全高进行设计布置。首次纵向整体布置结构如图4.1所示。图4.1、首次纵向整体布置结构简图4.2、最终（优化、调整后）的纵向整体结构布置设计最终（优化、调整后）的纵向整体结构布置如图4.2所示。图4.2、最终（优化、调整后）的纵向整体结构布置图五、计算现浇梁支撑架结构设计荷载5.1、计算箱梁横截面面积箱梁横截面面积分布（荷载分布）如图5.1所示。图5.1、箱梁横截面荷载分布简图5.2、计算支撑架结构设计荷载现浇箱梁横截面面积A=9.94m2，箱梁顶宽B=13m。箱梁混凝土一般为C50C55高性能混凝土，重度一般为=（2626.5）

4、kN/m3。5.2.1、结构恒载：q1=A=258.4（kN/m）；5.2.2、模板恒载：q2=2.5B=32.5（kN/m）（按外钢模+芯模+底模等综合估算，取2.5kN/m2）；5.2.3、支撑架结构恒载：q3=15%q1=38.8（kN/m）（估算法，一般按以往经验先估算）；5.2.4、人机活载：q4=2.0B=26（kN/m）（参考相关施工技术规范取值）；5.2.5、支撑架设计线性荷载（总荷载）：q=1.2（q1+q2+q3）+1.4q4=432（kN/m）；荷载的比例系数：K=q/q1=1.67！（支撑架设计荷载很少超过梁段重量的1.6倍！）按现行铁路工程相关规范规定，临时支撑架设计

5、荷载计取以上四项荷载，并要求强度检算预留不小于1.3的安全储备系数；按现行公路工程相关规范规定，临时支撑架设计荷载还要额外计取混凝土灌注冲击力荷载（活荷载）、计五项荷载，强度设计不小于钢结构设计控制应力即可，不需要额外预留安全储备系数。六、支撑架纵向布置结构结构内力计算6.1、建立支撑架纵向力学模型根据纵向布置结构图4.1尺寸，结合5.2.5的设计荷载，支撑架纵向整体荷载分布力学模型如图6.1所示。注：为简化计算，省略了A、D轴外端悬臂部分，实际上存在的。实践做方案时可加上此部结构和荷载。图6.1、支撑架纵向荷载分布模型6.2、计算支撑架纵向结构内力使用力学求解器进行计算（可以手工计算：力法、

6、位移法、图乘法等），计算结构简图如图6.2所示。图6.2、支撑架纵向整体结构内力计算简图6.3、结构设计控制内力：（1）、各轴钢管柱支反力（分担荷载）：Ra=1314kN，Rb=4463kN，Rc=4744kN，RD=1476kN；（2）、最大剪力：Tmax=2432kN；（贝雷桁架梁的控制剪力）（3）、最大弯矩：Mmax=2513（kN-m），Mmin=-4214（kN-m）；（贝雷桁架梁的控制弯矩）七、支撑架结构杆件设计7.1、支撑柱N17.1.1、钢管支撑柱几何参数本工程支撑柱拟采用直径350mm、壁厚12mm，Q235钢材。其几何特征参数：横截面惯性矩Ix=Iy=18220cm4，回转

7、半径ix=iy=12cm，横截面面积A=127.4cm2。7.1.2、计算直径350mm、壁厚12mm支撑能力（工作能力）从本桥纵向地形条件分析，墩旁支撑柱的支撑高度相对最大，跨中B、C轴的支撑高度不会超过墩旁支撑柱。故按墩旁支撑柱推算其承载能力。墩旁支撑柱梁底至承台顶高度H=1260cm。柱顶至梁底结构的高度约247cm（包括箱梁底模结构高度+支撑平台高度），钢管支撑柱净支撑高度约h=1013cm。支撑柱的承载能力（工作能力）：（1） 当墩旁支撑柱（N1）全高为自由受压约束时：自由约束高度ho=h=1013cm。其长细比=ho/i（x，y）=84.4！对应稳定系数=0.659。其工作能力：N

8、=0.659127.4（cm2）210（Mpa）=1763kN（2）、当在支撑柱全高范围内等分高度设置一道桁撑时：每段自由受压高度ho=h/2=506.5cm。其长细比=ho/i（x，y）=42.2！对应稳定系数=0.891。其工作能力：N=0.891127.4（cm2）210（Mpa）=2384kN（3）、假设支撑按三等分增加桁撑约束三等分的每段自由受压高度ho=338cm，其长细比=ho/i（x，y）=28.1！对应稳定系数=0.942。工作能力：N=0.942127.4（cm2）210（Mpa）=2520kN！比较：三等约束高度时，承载能力比二等分增加5.7%，增加幅度不大！说明稳定系数

9、达到90%时，再增加约束已经无大意义！7.1.3、计算各轴需要直径350mm、壁厚12mm钢管柱数量按钢管柱承载能力和分担荷载比较计算，计算结果见表7.1.3.表7.1.3：各轴钢管支撑柱数量计算汇总表轴号各轴分担荷载（kN）钢管柱工作能力（kN）钢管柱数量n（根）每根柱分担荷载kN安全储备系数A131417632（0.74）6572.68B446323843（1.87）14881.60C474423843（1.99）15811.51D147617632（0.84）7382.39注：墩旁A、D分担荷载小，按全高约束受压设计；跨中B及C轴分担荷载较大，钢管柱按1/2约束设计。最终确定钢管柱数量：

10、墩旁AD轴各布置2根，跨中BC轴各布置3根。各轴钢管支撑柱横向荷载，按等荷载分配原则计算布置位置！7.1.4、计算钢管支撑柱最大压缩量（刚度）：最大荷载下钢管柱的最大压缩量：=0.6mm！施工中可忽略不计！7.1.5、计算钢管柱横向布置位置（间距）此计算，应结合横桥向L1主梁结构内力计算确定。（一）、墩旁A、D轴两根钢管柱支撑布置间距（1）、从图7.2.1中，支撑于腹板中心处：550cm。应L1主梁结构内力差距较大，需要进行调整。（2）、从图7.2.3中，得到第二次微调后：600cm。假设墩旁A、B支撑柱横向间距确定为600cm。墩旁A、D轴支撑柱横向布置结构如图7.1.1所示。结合贝雷桁架梁

11、的横向布置进行整体设计。图7.1.1、墩旁A、D轴支撑柱横向布置结构简图（二）、跨中B、C轴三点支撑柱布置间距（1）、按等荷载分配布置间距：291+359+359+291=1300cm（2）、为使得每根钢管柱分担荷载基本一致，微调后的布置间距：276+374+374+276=1300cm。跨中B及C轴支撑架横向布置结构如图7.1.2所示。图7.1.2、跨中B及C轴支撑架横向布置结构图7.2、横桥向一次主梁L1结构设计7.2.1、计算L1主梁结构设计内力7.2.1.1、计算墩旁（A、D轴）两点支撑点L1结构内力墩旁支撑柱A轴和D轴L1主梁所分担的荷载，由前述6.3（结构设计控制内力）条可知：两点

12、支撑L1主梁分担的最大荷载Q= RD=1476kN。利用力学求解器进行计算。（1）、假设两根钢管柱支撑于腹板中心处，横向支撑布置如图7.2.1所示。图7.2.1、墩旁AD轴支撑柱布置在腹板纵向处布置结构简图（2）、墩旁A、D轴两点支撑于腹板中心处的L1主梁结构内力计算结果简图如图7.2.2所示。图7.2.2、A、D轴支撑于腹板中心处L1主梁结构内力计算简图L1主梁结构控制内力：最大剪力：Tmax=392.7kN；最大正弯矩：Mmax=-38.1（kN-m），最大负弯矩：Mmin=-436kN-m）；两根钢管柱横向布置间距：L=550cm。从图7.2.2的计算结果可以看出，L1主梁没有正弯矩，显

13、然L1主梁支撑点间距布置不合理，说明两点支撑距离太近，需要进行调整！（3）、对两点支撑的L1主梁结构内力进行修正从图7.2.2中可知，L1主梁正负弯矩差别较大（不需要研究剪力），应当使得L1主梁正负弯矩绝对值相当，力求L1主梁用料最省。故此，需要进行对两点支撑间距进行调整。负弯矩较大，增加支撑柱布置间距，以降低柱顶负弯矩、增大跨中正弯矩。对钢管柱间距微调（试算法）。假设将钢管支撑柱置于外侧翼缘板和腹板交界处，调整后的横向支撑布置如图7.2.3所示。图7.2.3、调整后的横向支撑布置简图（4）、两点支撑间距修正后L1主梁结构内力支撑间距修正后，L1主梁结构内力计算结果如图7.2.4所示。图7.2

14、.4、支撑间距修正后L1主梁结构内力计算简图L1主梁结构控制内力：（支撑间距调整后）最大剪力：Tmax=504.1kN；最大正弯矩：Mmax=146.3（kN-m），最大负弯矩：Mmin=-363.6（kN-m）；两根钢管柱横向布置间距：L=600cm。说明：调整后，L1主梁的正负弯矩绝对值还是差别较大！可以再次较大横向间距，直至L1主梁正负弯矩绝对值基本一致！7.2.1.2、计算跨中（B、C轴）三点支撑点L1结构内力由前述6.3（结构设计控制内力）条可知：三点支撑L1主梁分担最大荷载Q=Rc=4744kN。（1）、按等面积分配法布置三点支撑柱的布置位置跨中BC轴三根支撑柱按等面积分配法布置结

15、构图如图7.2.5所示。图7.2.5、跨中BC轴三根支撑柱按等面积分配法布置结构图（2）、跨中（B、C轴）L1主梁，按等面积分配法三点支撑结构内力计算结果利用力学求解器计算结果如图7.2.6所示。图7.2.6、跨中（BC）轴L1主梁三点支撑结构内力计算简图跨中（BC）轴L1主梁结构控制内力：（等面积分配）三根支撑柱支点反力：边最大R1=1738.5kN，中支点R2=1267kN；最大剪力：Tmax=1148kN；最大正弯矩：Mmax=237（kN-m），最大负弯矩：Mmin=-775（kN-m）；两根钢管柱横向布置间距：291+359+359+291=1300cm。内力计算结果分析：由于L1主

16、梁是三点支撑连的续梁，相对按等面积分配法布置后，L1主梁内力会产生重分配。造成三根支撑柱分担荷载产生差异。边支撑柱分担荷载1738.5kN，比平均荷载多157.2kN，偏差9.94%。如果不调整，其偏差荷载不超过一般结构设计预留安全储备系数，能够满足支撑架施工安全。若想精益求精，需要对支撑柱横向布置间距进行微调，使得三根钢管支撑柱分担荷载基本一致！（3）、跨中（B、C）轴三点支撑柱布置间距微调后布置图这种微调主要以支反力为对象，。由于边支撑柱分担荷载较大，将两外侧支撑柱位置向外移动15cm。跨中BC轴三根支撑柱微调后布置结构图如图7.2.7所示。图7.2.7、跨中BC轴三根支撑柱微调后布置结构

17、图图（4）、跨中（B、C轴）L1主梁，三点撑间距调整后结构内力计算结果利用力学求解器计算结果如图7.2.8所示。图7.2.8、跨中B、C轴L1主梁结构内力计算简图跨中（BC）轴L1主梁结构控制内力：（等面积分配）三根支撑柱支点反力：边最大R1=1628kN，中支点R2=1495kN；最大剪力：Tmax=1081kN；最大正弯矩：Mmax=324（kN-m），最大负弯矩：Mmin=-688（kN-m）；两根钢管柱横向布置间距：276+374+374+276=1300cm。内力计算结果分析：由于L1主梁是三点支撑连的续梁，支撑点距离调整后，L1主梁内力计算结构：边支撑柱分担荷载1628kN，比平均

18、荷载多47.7kN，偏差2.95%。调整后，三根支撑柱分担荷载差距很小了，可以不再进行调整！以此作为L1主梁设计控制内力！L1主梁支撑点（支座）位置确定后，绘制支撑柱横向布置结构图。7.2.2、L1主梁结构设计7.2.2.1、计算I45b工字钢几何特征参数本方案L1主梁拟采用工字钢：I45b，材质Q235。I45b工字钢几何特征参数：Ix=33760cm4，d=13.5mm，Ix/Sx=38cm;A=111cm2。7.2.2.2、L1一次主梁结构强度检算L1一次主梁所需I45工字钢根数，经过试算法得到：墩旁A、D轴L1主梁各采用2根I45b工字钢组合梁、水平并置使用；跨中B、C轴L1主梁各采用

19、3根I45b工字钢组合梁、水平并置使用。各轴L1主梁强度检算结果如表7.1所示。表7.1：L1主梁强度检算汇总表轴 号布置根数n控制弯矩（kN-m）控制剪力（kN）最大弯矩应力（Mpa）最大剪应力（Mpa）备注A、D 2-363.6504.1121.249.1均满足要求B、C3-6881081152.872.2均满足要求备注：各轴L1主梁说需根数，可以采用。也可按控制应力反求所需根数。L1主梁弯曲拉压应力计算公式：；L1主梁剪切应力计算公式：。7.2.2.3、L1一次主梁刚度（挠度）检算各轴L1主梁挠度检算详见表7.2。表7.2：L1主梁挠度检算（刚度）汇总表轴 号布置根数n控制弯矩M大（kN

20、-m）作用跨度L（m）允许挠度L/400(mm)最大挠度大(mm)备注A、D 2146.36153.9均满足要求B、C33243.749.42.2均满足要求备注：弯曲梁挠度检算利用结构力学中的立法和位移相似定律。假设在最大弯矩跨内作用单位荷载：q=1（kN/m）。单位荷载的最大弯矩：；单位荷载下的最大挠度：；结构力学中位移相似定律：；所求最大挠度：7.3、计算纵向主梁L2贝雷桁架梁7.3.1、贝雷桁架的几何参数见表7.3.1表7.3.1：贝雷梁的承载力设计值及几何特性（TB10110附录D）型 号几何特性容许内力单排单层不加强型Ix（cm4）W（cm3）弯矩(kNm)剪力(kN)250497.

21、23578.5788.2245.2注明：本方案支撑架贝雷桁架梁一律采用普通型贝雷片。7.3.2、计算贝雷桁架所需数量L2主梁结构设计控制内力：最大剪力：Tmax=2432kN；最大弯矩：Mmax=2513（kN-m），Mmin=-4214（kN-m）；（1）、按照抗剪能力计算：n=Tmax/245.2=9.92（片）；（2）、按照抗弯能力计算：n=Mman/788.2=4214/788.2=5.34（片）综合抗剪和抗弯能力选用：n=10片！7.3.3、贝雷桁架梁（10排）弯曲能力检算贝雷桁架梁材质16锰钢、级别Q345。L2主梁最大弯曲应力：=126.2Mpa，远远小于Q345钢材弯曲应力控制

22、值（310Mpa），结构强度满足要求。7.3.4、计算贝雷桁架梁的最大挠度（刚度）L2主梁最大挠曲弯矩：Mmax=2513（kN-m），作用在跨度L=900cm。利用结构力学中的力法，假设在最大弯曲挠度跨内作用一单位荷载，单位荷载力学模型如图7.3.1所示。其单位力荷载作用下的做大弯矩：=10.125（kN-m）图7.3.1、单位荷载力学模型单位荷载下的最大挠度：=1.62410-3（cm）由结构力学中的相似定律：；最大挠度：=4.03mm，小于允许挠度L/400=22.5mm，满足要求！7.3.4、5组（10片）贝雷桁架梁横向布置结构设计按照等面积分配法布置贝雷桁架横向间距，再以贝雷桁架的标

23、准横撑尺寸进行微调，以确保每片贝雷桁架梁均匀受载。每两排采用标准横撑连接，形成稳定的桁架体系。10片分成5组，每组贝雷桁架梁布置中心位置如图7.3.2所示。图7.3.2、五组贝雷桁架梁布置中心位置示意图本方案采用10排贝雷桁片组成5组桁架梁。每两排贝雷桁架梁采用标准横撑45cm、和135cm两种间距固定架组拼成桁架梁。其中45cm间隔横撑架两组，间隔135cm桁撑架四组。10排贝雷桁架梁横向布置结构如图7.3.3所示。图7.3.3、10排贝雷桁架梁横向布置结构图7.5、稳定桁撑结构设计横撑按受压性质看待，以长细比为设计对象。按现行钢结构设计规定长细比不大于250；对称斜撑和交叉剪刀撑按受拉性质看待，以长细比为设计对象。按现行钢结构设计规定长细比不大于350。桁撑杆件节点连接强度按钢结构设计规定相关规定设计。