7.1墩柱系梁计算书

  本标段拟采用在墩柱上预留孔穿钢棒搭设支承平台施工。在墩身预埋PVC管，拆模后穿设9cm的钢棒，钢棒上架设两组I40b的工字钢作为承重主梁，主梁上铺设I16的工字钢作为分配梁。本标段墩柱系梁截面尺寸均为2.0m×1.8m，考虑最不利情况，按柱间距最大的墩柱作为计算模型，取王元大桥左线15#墩墩柱系梁。墩柱系梁简图如下：

7.1.1支承平台布置

   墩柱系梁施工支承平台采用在两墩柱上各穿一根3m长φ9cm钢棒，上面采用墩柱两侧各一根12m(墩心距为7.0米，墩柱直径为2.2米，总长36.8米，故选择两根6米长工字钢对接，在接头处的两侧及顶面、底面用2cm厚20cm长16cm宽的钢板焊接，安装时接头放置在中墩支点处)长I56a工字钢做横向主梁。主梁上面安放一排单根长3m的I16工字钢，间距为50cm作为分布梁。分布梁上铺设墩柱系梁底模，在I56a和I16工字钢之间安装木楔块调节底板标高偏差。传力途径为：墩柱系梁底模——纵向分布梁（I16工字钢）——横向主梁（I56a工字钢）——支点φ9cm钢棒。

7.1.2计算参数

计算依据及采用程序

本计算书采用的规范如下：

《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）

《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

《路桥施工计算手册》

 其他现行相关规范、规程

主要材料

1）I16工字钢

截面面积为：A=2611mm2

截面抵抗矩：W=140.9×103mm3

截面惯性矩：I=1127×104mm4

弹性模量E=2.1×105Mpa

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。

2）I56a工字钢

横向主梁采用2根I56a工字钢，横向间距为220cm。

截面面积为：A=13538mm2，

X轴惯性矩为：IX=65576×104mm4，

X轴抗弯截面模量为：WX=2342×103mm3，

钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。

3）钢棒

钢棒采用φ90mm高强钢棒(A45)，

截面面积为：A=3.14×452=6358.5mm2

惯性矩为：I=πd4/32=3.14×904/32=3.8×104mm4

截面模量为：W=πd3/32=7.15×104mm3

抗剪强度设计值［τ］=125Mpa。

7.1.3设计荷载

1）砼自重

砼自重统一取200cm梁高为计算荷载，

砼方量：V=1.8×2.0×(7.0-2.2)=17.28m3，钢筋砼按26KN/m3计算，

砼自重：G=17.28×26=449.28KN

均布每延米荷载：q1=449.28KN/(7.0-2.2)m=93.6kN/m

2) 组合钢模板及连接件0.95kN/m2，侧模和底模每延米共计18.24m2，          q2=3.61kN/m

3) I16工字钢: 3m长I16工字钢间距0.5m，每延米2根共计6米，工字钢单位重0.205KN/m,合计：q3=6×0.205=1.23kN/m

4）I56a工字钢:共2根，单根长12米，共重：2×12×106.27kg=2550.48kg

q4=2.125KN/m

5) 施工荷载:

小型机具、堆放荷载：q5=2.5KPa

振捣混凝土产生的荷载：q6=2KPa

荷载组合及施工阶段

系梁自重及支架自重均按恒载考虑组合系数1.2，施工荷载按活载考虑组合系数1.4。

1）I16工字钢分布梁计算模型：

I16工字钢分布梁直接承受底模以上的自重，I16工字钢分布在圆柱两侧的I56a工字钢上，两工字钢主梁紧贴圆柱，间距按圆柱直径2.20cm，故I16工字钢分布梁计算跨径为220cm，系梁底宽为180cm，按简支梁计算，如下图:

    2）工字钢主梁计算模型：

    工字钢主梁承受由每根分布梁传来的重力，按均布荷载考虑，两根工字钢各承受一半的力，工字钢搭在两圆柱预埋的钢棒上，故工字钢计算跨径为两圆柱中心的间距，取为7.0m。计算简图如下：

3）钢棒计算模型

钢棒为悬臂结构模型，此墩柱为双柱墩，系梁砼强度达到设计值80%以上，卸载落梁，两个墩上的钢棒按照均衡受力考虑。因工字钢紧贴墩柱放置，故只需验算钢棒的抗剪承载力。受力简图如下:

7.1.4计算结果

1）I16工字钢分布梁计算

荷载q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)×1.8=1.2×(93.6+3.61+1.23)+1.4×(2.5+2)×1.8=129.468KN/m

I16工字钢分布梁布设间距0.5m，单根承受0.5×129.468=.734KN

则单根槽钢在系梁底位置均布荷载q=.734/1.8=35.936KN/M

计算跨径2.2m

跨中弯矩：M=ql2/8=35.936×2.22/8=21.758KN.M

σ=M/W=21.758/140.9×103mm3=154MPa＜【215MPa】

由结构力学均布荷载下的跨中最大挠度计算公式：f=5ql4/384EI=5×35.936×2.24/384×2.1×1127=4.631mm<[f]=l0/400=2200/400=5.5mm(满足要求)

    2）I56a工字主横梁计算

    荷载：q=1.2×(q1+q2+q3+q4)+1.4×(q5+q6)×1.8=1.2×(93.6+3.61+1.137+2.125)+1.4×(2.5+2)×1.8=131.91KN/m

I56c工字钢设两根，单根承受q=0.5×131.91KN=65.953KN/M

计算跨径7.0m

跨中弯矩：M=65.953×72/8=403.96KN.M

   σ=M/W=403.96/2342×103mm3=172MPa＜【215MPa】

跨中挠度：f=5ql4/384EI=5×65.953×74/(384×2.1×65576)=14.973m<[f]=l/400=7.0/400=17.5mm

3）钢棒切应力计算

荷载：q=1.2×(q1+q2+q3+q4)+1.4×(q5+q6)×1.8

=1.2×(93.6+3.61+1.137+2.125)+1.4×(2.5+2)×1.8

=65.953KN/m

Q={65.953×(7.0-2.2)+2.125×(24-(7.0-2.2)×2)/2}/2=165.937KN

    τ=4/3×Q/A=4/3×165.937×103/6358.5=34.796MPa<[τ]=125Mpa

结论:综合以上计算得知，此墩柱系梁支架能满足施工受力要求。

7.2脚手架设计及受力验算

  首先对提升机脚手架材料进行初选择，并通过严格检算来验证所选材料是否符合相关规范要求，提升机脚手架拟采用2根I32a工字钢作为主梁，8根【14a槽钢作为纵、横梁，Φ40mm钢棒作为插入墩身的主要承购构件，纵、横梁上部布置12m高双排Φ48钢管脚手架，脚手架架上满铺脚手板。

1.荷载取值

恒载：竖向钢管（Φ48mm×3.5mm）自重：

g=3.14×（0.0242-0.02252）×7850×10=17.2N/m

q=12×（12+3）×2×2×17.2=12384N=12.38KN

横向及斜向钢管自重（共9层）：

Q=9×(9.1+4.6)×2×2×17.2+（12+8）×4×4×17.2=9859N=9.86KN

Φ25连接钢筋自重：(8+3)×4×9×0.8×3.85=1219 N=1.22 KN

扣件自重：按850个计，每个取重量最大的1.6kg

共计1.6×850×10=11200N=13.6KN

钢管脚手架等自重小计：12.38+9.86+13.6+1.22=37.06KN

脚手板自重按满铺取0.15KN/m2×7=1.05KN/m2

纵横梁自重：14.53×2×2×10=581.2N/m=0.6KN/m

主梁自重：52.69×10=526.9N/m=0.5KN/m

横载合计（转为线荷载）：

Q1=37.06/(9.1+4.6)/2+0.6+0.5+1.05×0.8=3.29KN/m

活载：

施工人员等荷载：1.0kpa×0.8=0.8KN/m

荷载组合：横载分项系数取1.2，活载分项系数取1.4

q=3.29×1.2+0.8×1.4=5.07KN/m,每根纵梁承受线荷载为2.54 KN/m

2、纵梁验算

根据《路桥施工计算手册》差得：

Mmax=0.125×q×l2=0.125×2.54×7.5×7.5=17.86 KN.m

2[14a槽钢截面抵抗矩W=80.5×2=161cm3

δmax= Mmax/W=17.86/161=110.93Mpa<[δ]=145Mpa 满足要求。

3.横梁验算

纵梁将荷载传给横梁，其集中荷载为

P=2.54×7.5/2×2=19.05KN

只有在集中荷载作用下弯矩为：

Wmax=19.05×1.2=22.86 KN.m。

只有在均布荷载作用下弯矩为

W=1/2×q×l2=1.83 KN.m。

经叠加后支座处弯矩最大

Mmax=22.86+1.83=24.69 KN.m

根据《路桥施工计算手册》查得：

2【14a槽钢截面抵抗矩W=80.5×2=161cm3

δmax= Mmax/W=24.69/161=153.35Mpa>[δ]=145Mpa

能够满足《钢结构》中[δ]=215 Mpa

4.主梁验算

每根I32a工字钢主要承受集中荷载：

P=4.72×(9.1+4.6)/2=32.33 KN

Wmax=32.33×1.4=45.26 KN.m

I32a工字钢载面抵抗矩W=692cm3

δmax= Mmax/W=45.26/692=65.4Mpa<[δ]=145Mpa

满足要求。

5.钢棒验算

Φ40mm钢棒主要承受剪切力，所受最大剪力为Q=32.33×2=.66KN,按普通螺栓受剪验算。根据《路桥施工计算手册》查得：抗剪强度设计值【ft】=80 Mpa

每根工字钢有4根钢棒，仅考虑三根同时受力，每根钢棒所受剪应力：

ft=.66/3/1.256=17.16Mpa<[ft]=80Mpa,满足要求。下载本文