滿堂支架驗(yàn)算報(bào)告110627

1、新建鐵路南寧至廣州線黎塘西至桂平段預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁滿堂支架驗(yàn)算報(bào)告中南大學(xué)二一一年六月目錄1、工程概況12、計(jì)算參數(shù)13、支架立桿驗(yàn)算23.1 荷載計(jì)算23.2 強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算33.3 支架抗風(fēng)驗(yàn)算44、模板強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算55、方木強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算65.1 橫向方木強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算65.2 縱向方木強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算76、地基承載力計(jì)算77、有限元法驗(yàn)算87.1. 有限元模型的建立87.2 有限元分析結(jié)果97.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比118、結(jié)論12新建鐵路南寧至廣州線黎塘西至桂平段預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁滿堂支架驗(yàn)算報(bào)告1、工程概況預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為變截面單箱單室結(jié)構(gòu)，梁體底面位于柱面上，其跨度布置為34.167+

2、62.468+33.584m，全橋采用滿堂支架法施工。滿堂支架采用的鋼管規(guī)格為48mm3.5mm。其結(jié)構(gòu)形式如下：縱向立桿間距除中墩15m范圍內(nèi)加密為0.3m，其余均按0.6m間距布置；橫向立桿間距從梁體軸線往外分別為0.6m、0.3m、0.6m、0.9m、1.2m，箱梁腹板所對(duì)應(yīng)位置處間距為0.3m；水平橫桿底板以下按照0.9m步距布置，底板以上按照0.6m步距布置。具體布置如圖1所示。圖1 支架橫斷面布置圖2、計(jì)算參數(shù)各種材料的容重及彈性模量等參數(shù)如表1所示。表1 材料特性值名稱容重(kn/m3)彈性模量(mpa)鋼材78.52.06105竹膠板250.1105方木8.3311103混凝土

3、263.45104鋼管截面特性如表2所示。表2 鋼管截面特性外徑(mm)壁厚(mm)面積(cm2)截面慣性矩(cm4)截面模量(cm3)回轉(zhuǎn)半徑(cm)483.54.8912.195.081.58施工人員、機(jī)具運(yùn)輸及堆放荷載取值為f1= 3.0kn/m2。振搗混凝土產(chǎn)生的荷載取值為f2=2.0 kn/m2。傾倒混凝土?xí)r沖擊所產(chǎn)生的荷載取值為f3=2.0 kn/m2。3、支架立桿驗(yàn)算3.1 荷載計(jì)算便于分析起見，在計(jì)算過程中假定混凝土為理想流體材料，即材料顆粒之間不存在剪應(yīng)力，這個(gè)假定對(duì)于一次澆筑完成的箱梁是恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)榛炷辽形闯跄?，?yīng)力重分布現(xiàn)象不明顯；對(duì)于兩次澆筑的箱梁，先澆的混凝土底板已

4、經(jīng)初凝，具備了一定的應(yīng)力重分布能力，上述假定會(huì)有一定偏差，但總體來說底板初凝形成的應(yīng)力重分布對(duì)于支架受力是有利的。由于竹膠板的剛度較小，在澆筑混凝土?xí)r作用在底部支架上的荷載是不均勻的，通常腹板位置支架承受的荷載相對(duì)較大，翼緣位置支架承受的荷載相對(duì)較小，而腹板之間的支架承受的荷載介于上述兩者之間。因此，主要對(duì)腹板及腹板之間的支架立桿進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，考慮到立桿的布置情況及箱梁截面尺寸，取圖2所示三個(gè)控制截面進(jìn)行驗(yàn)算，橫截面計(jì)算位置如圖3所示。進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。圖2 計(jì)算截面示意圖圖3 橫斷面驗(yàn)算位置立桿荷載計(jì)算結(jié)果如表3所示（截面a-b表示截

5、面a的計(jì)算位置b）。表3 立桿荷載計(jì)算結(jié)果名稱截面1-1截面3-2截面2-1截面2-2永久荷載梁體重量(kn/m2)90.1740.20137.5497.76模板重量(kn/m2)0.380.380.380.38方木重量(kn/m2)0.970.900.970.90支架自重(kn)0.550.640.470.55可變荷載(kn/m2)7.007.007.007.00單根立桿荷載效應(yīng)組合(kn)22.1922.2216.4523.823.2 強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算立桿強(qiáng)度根據(jù)以下式子進(jìn)行驗(yàn)算：立桿穩(wěn)定性根據(jù)以下式子進(jìn)行驗(yàn)算：n 單根立桿所承受的軸向壓力；軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；a 鋼管橫截面面積；鋼材

6、的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取205 n/ mm2；穩(wěn)定系數(shù)由構(gòu)件的長細(xì)比通過查表而得，其中為鋼管的計(jì)算長度，驗(yàn)算時(shí)按最不利情況取=2.1m。則，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)為=0.381。綜上，有。故支架強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。3.3 支架抗風(fēng)驗(yàn)算風(fēng)荷載作用下立桿的彎矩按以下式子進(jìn)行計(jì)算：其中： la立桿縱距，l0為立桿計(jì)算長度，為橫向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 =0.7zs w0式中：z-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.46 s-腳手架風(fēng)荷載體形系數(shù)，取1.3-腳手架擋風(fēng)系數(shù)，取0.087w0-基本風(fēng)壓，計(jì)算中取0.862mpa。=0.71.461.30.0870.862=0.1 kn/m2?？紤]風(fēng)荷載效應(yīng)時(shí)，立桿穩(wěn)定性按下式進(jìn)行驗(yàn)算：

7、代入數(shù)據(jù)，得 綜上可知支架抗風(fēng)穩(wěn)定性滿足要求。4、模板強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算底模下部支點(diǎn)為規(guī)則排列的橫向方木，故底模按照均布荷載作用下3跨單位寬度的連續(xù)單向板進(jìn)行驗(yàn)算。單位寬度模板力學(xué)性能及計(jì)算參數(shù)如下：（1）彈性模量e=0.1105mpa；（2）截面慣性矩：i=1001.53/12=28.12cm4；（3）截面抵抗矩：w=1001.52/6=37.50cm3；（4）荷載：q=147kn/m；（5）底模支撐方木的中心間距：l=0.15m；（6）竹膠板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：=11mpa。模板強(qiáng)度及剛度分別按以下兩式進(jìn)行驗(yàn)算：則有8.82mpa mpa 故模板強(qiáng)度及剛度均滿足要求。5、方木強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算5.1

8、橫向方木強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算橫向方木承受底模傳遞的均布荷載，按照3跨連續(xù)梁進(jìn)行驗(yàn)算。橫向方木橫斷面為10cm5cm矩形截面，其力學(xué)性能及計(jì)算參數(shù)如下：（1）彈性模量e=0.11105mpa；（2）截面慣性矩：i=51000/12=416.67cm4；（3）截面抵抗矩：w=5100/6=83.33cm3；（4）荷載：q=22.05kn/m；（5）縱向方木中心間距（按最不利取）：l=0.6m。（6）木材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值： =13mpa。橫向方木強(qiáng)度及剛度分別按以下兩式進(jìn)行計(jì)算：則有 故橫向方木強(qiáng)度及剛度滿足要求。5.2 縱向方木強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算縱向方木承受橫向方木傳遞的集中荷載，考慮到縱橫方木的搭接與荷載的

9、不利位置，縱向方木按受集中荷載作用的兩跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。縱向方木橫斷面為15cm10cm矩形截面，其力學(xué)性能及計(jì)算參數(shù)如下：（1）彈性模量e=0.11105mpa；（2）截面慣性矩：i=103375/12=2812.5cm4；（3）截面抵抗矩：w=10225/6=375cm3；（4）兩相鄰立桿縱向間距(按最大取)：l=0.6m；（5）荷載：q=13.23kn；（6）竹膠板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值： =13mpa?？v向方木強(qiáng)度及剛度分別按以下兩式進(jìn)行計(jì)算：則有 故縱向方木的強(qiáng)度及剛度均滿足要求。6、地基承載力計(jì)算地基承載力按照計(jì)算，為單根立桿的軸向力，為立桿底部鋼墊板邊長，此處為0.15m，為底部混凝土厚

10、度，此處為0.3m，代入數(shù)據(jù)可得所需地基承載力為42.35kpa，通過地基處理可以達(dá)到要求。7、有限元法驗(yàn)算采用有限元軟件midas/civil對(duì)上述計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行校核。7.1. 有限元模型的建立分別取圖2所示截面1和截面2位置處部分梁段進(jìn)行有限元建模驗(yàn)算，驗(yàn)算時(shí)作用于模板上的均布荷載簡(jiǎn)化為兩部分，一為腹板位置的均布荷載，一為腹板之間底板上的均布荷載，兩種荷載均按照截面尺寸取最大值。建立有限元模型時(shí)，以順橋向里程增大方向?yàn)閤軸正向，豎直向上為z軸正向，y軸正向按照右手規(guī)則確定。支架及方木采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，模板采用板單元進(jìn)行模擬，支架立桿底部的鋼墊板及混凝土墊層均采用實(shí)體單元模擬，在混凝土底部節(jié)

11、點(diǎn)約束三個(gè)方向的自由度，有限元模型如圖4所示。 (1) 截面1有限元模型 (2) 截面2有限元模型圖4 有限元模型示意圖截面1計(jì)算模型共14549個(gè)節(jié)點(diǎn)，11807個(gè)單元，其中梁?jiǎn)卧?883個(gè)，板單元1980個(gè)，實(shí)體單元7944個(gè)；截面2計(jì)算模型共16095個(gè)節(jié)點(diǎn)，14512個(gè)單元，其中梁?jiǎn)卧?438個(gè)，板單元2178個(gè)，實(shí)體單元8896個(gè)。7.2 有限元分析結(jié)果考慮到計(jì)算時(shí)邊界條件對(duì)局部模型的影響，分析時(shí)不考慮模型的邊界部分。支架立桿的軸力、軸力作用下的應(yīng)力、壓彎組合應(yīng)力、地基承載應(yīng)力分別如圖5圖8所示。(1) 截面1 (2) 截面2圖5 立桿軸力計(jì)算結(jié)果(單位：kn)(1) 截面1 (2)

12、 截面2圖6 立桿軸力作用下的應(yīng)力(單位：mpa)(1) 截面1 (2) 截面2圖7 立桿壓彎組合應(yīng)力(單位：mpa)(1) 截面1 (2) 截面2圖8 地基承載應(yīng)力(單位：kpa)計(jì)算模板和方木的應(yīng)力及位移時(shí)，取截面1位置處的立桿間距，截面2位置處的均布荷載，所得結(jié)果較之實(shí)際情況是偏大的。計(jì)算結(jié)果分別如圖9圖12所示。圖9 模板應(yīng)力云圖(單位：mpa)圖10 橫向方木應(yīng)力圖(單位：mpa)圖11 縱向方木應(yīng)力圖(單位：mpa)圖12 結(jié)構(gòu)變形圖(單位：mm)7.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比將有限元計(jì)算結(jié)果與解析法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比如表4所示。由表4可知，兩種方法計(jì)算得到的結(jié)果是比較接近的，通過有限元解法計(jì)算得到的位移較大，這是因?yàn)樵谟媒馕龇ㄟM(jìn)行計(jì)算時(shí)沒有考慮立桿的豎向變形，總體來說最大位移均沒有超過4mm。表4 計(jì)算結(jié)果對(duì)比內(nèi)容解析解有限元解容許值立桿軸力(單位：kn)-23.82-25.64-30軸向強(qiáng)度驗(yàn)算(單位：mpa)-48.71-52.39-205穩(wěn)定性驗(yàn)算(單位：mpa)-127.85-137.51-205地基