1、城际铁路特大桥工程门式墩墩柱模板专项施工方案计算书编 制： 审 核： 批 准： 版 本 号: ESZAQDGF001 编制单位： 编 制: 审 核： 批 准： 二XX年X月 目 录一 模板计算21.1 计算依据21.2 设计荷载21.3 荷载分项系数21.4 选用材料21.5 荷载的计算21.6 盖梁底模的计算21.7 盖梁侧模的计算21.8 盖梁拉杆的计算21.9 盖梁背肋和分配梁的计算21.9.1 底模背肋和分配梁的计算21.9.2 侧模背肋和分配梁的计算21.10 墩柱模板计算21.11 墩柱侧压力的计算21.12 墩柱模板面板的计算21.13 墩柱模板横肋的计算21.14 墩柱模板竖肋2、的计算2竖向小肋的计算2竖向大肋的计算21.15 墩柱模板拉杆的计算21.16 墩柱模板连接螺栓的计算21.16.1 抗剪螺栓的计算2抗拉螺栓的计算2二 碗扣式支架计算22.1 计算依据22.2 碗扣支架布置22.3 荷载的计算22.3.1 荷载类型22.3.2 荷载取值22.4 结构的计算2荷载的分项系数2荷载效应组合2立杆承载力的计算22.4.4 贝雷梁上方木计算22.4.5 贝雷梁上工字钢验算2三 贝雷梁支架计算23.1设计依据23.2设计荷载23.3选用材料23.4 设计荷载计算23.5 荷载组合系数23.6贝雷梁的布置23.7贝雷梁的计算2贝雷梁荷载计算23.7.2 等效截面换算233、.7.3 贝雷梁内力计算23.7.4 贝雷梁应力和变形计算23.8贝雷梁的稳定性23.9 横向分配梁的计算23.10 刚管柱的计算23.11 刚管桩的屈曲分析23.12 钢管柱基础的计算23.12.1 钢管桩基础的计算23.12.2 地脚螺栓计算2四 边坡锚喷防护计算24.1 设计依据24.2 设计荷载24.3 选用材料24.4 荷载计算24.4.1 边坡1：1稳定性分析24.4.2 边坡1：0.3荷载计算24.5 锚喷混凝土厚度计算24.6 锚杆长度和布置计算24.7 锚杆支护总体稳定性2五 地锚设计25.1 设计依据25.2设计荷载及安全系数25.3 选用材料25.4 地锚设计2锚固螺栓的4、计算2地锚混凝土的计算2一 模板计算1.1 计算依据1.路桥施工计算手册（人交版）；2.材料力学（西南交大版）；3.结构力学（高教版）；4.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；5.竹胶合板模板（JGT156-2004）；6.钢结构设计规范（GB50017-2003）；7.组合钢模板技术规范（GB50214-2001）；8.预制混凝土构件钢模板（JGT3032-1995）；9.建筑结构荷载规范（GB50009-2001）；10.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ 130-2001）；11.铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）；12.公路桥涵施工技术规范（JT5、J041-2000）；13.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；14.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；15.地下与基础工程百问(中国建筑工业出版社)。1.2 设计荷载 施工荷载（机械堆放和混凝土的冲击力）； 人群荷载； 结构自重； 混凝振动产生的荷载。1.3 荷载分项系数根据路桥施工计算手册表8-5荷载分项系数如下所示。模板、脚手架自重分项系数考虑为1.2；新浇筑钢筋混凝土自重分项系数考虑为1.2；施工人员及施工机具运输或堆放的荷载分项系数考虑为1.4；振捣混凝土时产生的竖向荷载分项系数考虑为1.4；新浇筑混凝土对侧面模板的压力分项系数考虑为1.2；振捣混凝6、土时产生的水平荷载分项系数考虑为1.4；雪荷载分项系数考虑为1.2。1.4 选用材料1.盖梁模板采用竹胶板和方木，拉杆采用Q235圆钢；2.墩身模板采用钢模，面板采用6mm厚A3钢板，竖向小肋采用扁钢10010mm，横肋采用槽钢10，竖向大肋采用两根槽钢12.6。拉杆采用圆钢对拉，所用材料如下所示。 A3钢板；16Mn钢；槽钢10；槽钢12.6；M22螺栓；圆钢。1.5 荷载的计算砼采用拌和站集中拌和，罐车运输，根据混凝土搅拌站生产能力可知，混凝土搅拌站每日共生产1500m3混凝土，其供应能力每小时能供应62.5m3 混凝土。模板计算时，考虑混凝土不是均匀延整个梁截面浇筑，为安全考虑混凝土浇筑7、的速度设为2m/h，入模的温度为15。按照路桥施工计算手册表8-2。采用内部振捣器振捣时，且当混凝土速度在6m/h以下时侧模的最大压力按下式计算： （1-1）当时： （1-2）当时： （1-3）式中： 新浇筑混凝土对侧面的最大压力，kPa； h 有效压头高度，m；T 混凝土入模时的温度；k 外加剂影响修正系数，不加时k1，加入缓凝外加剂时，k1.2；v 混凝土的浇筑速度，m/h；H 混凝土浇筑层的高度，m； 混凝土的容重，kN/m3。根据公式1-1、1-2和1-3，混凝土入模时的温度为15、浇筑混凝土的速度为2m/h，混凝土侧压力计算过程如下所示。V/T2/150.133，由于0.1330.08、35则有效压头高度按照公式1-3计算，模板最大侧压力按照公式1-1计算，根据跨经五路特大桥设计图纸，其门式墩梁的钢筋为29766.89kg（包括了钢绞线）则钢筋含量（体积含量）29766.89/（7.85103236.115）0.01611.61%，由于门式墩采用的是C40混凝土，根据建筑机械化钢筋混凝土的容重分析表1可知，钢筋混凝土的容重25.6kN/m3，为偏于安全计算26kN/m3，其计算过程如下所示。h1.53+3.82/152.04mPm11.2262.0463.648kPa由路桥施工计算手册表8-2，采用泵送混凝土浇筑时。计算公式如下式1-4所示。 （1-4）式中： 新浇筑混凝土对9、侧面的最大压力，kPa；v 混凝土浇筑速度，m/h。本桥采用泵送混凝土浇筑，则混凝土的最大侧压力计算如下所示。由于本桥采用的是泵送混凝土并且用内部振捣器振捣。则混凝土的最大侧压力为PmaxPm1 +Pm263.648+5.4769.118kPa，其压力分布图如下图1-1所示。图1-1 混凝土侧压力计算分布图 单位：cm根据路桥施工计算手册表8-2规定，振捣混凝土时，对侧面模板的压力按Pm34kPa计。由于竹胶板上背肋（1010cm方木）布置间距均为25cm，分配方木（1510cm方木）间距为60cm，且竹胶板为1.5cm厚。侧模采用直径为22mm的Q235钢筋做拉杆，侧模的拉杆布置示意图如下图10、1-2所示。图1-2 侧模拉杆布置示意图 底板自重：采用15mm厚的竹胶板做模板，由厂家提供的容重为10.4 KN/m3，则模板的自重为p110.40.0150.156KN/m2；钢筋混凝土的重力：混凝土的容重采用26kN/m3，由跨经五路特大桥设计图纸可知。H2.7m，p2262.770.2 KN/m2；根据路桥施工计算手册表8-1规定，水平振动荷载p32KN/m2；根据路桥施工计算手册表8-1规定，施工人员、施工料具运输、堆放荷载均布荷载可取p42.5kPa，另外集中荷载F2.5kN进行验算；根据公路桥涵设计通用规范（JTJ02189）风压取为0.51.0kPa，在计算模板时，由于风力对模11、板有利，因此计算模板时忽略风压的影响。根据建筑结构荷载规范（GB 50009-2006 ）查附录D.4可知，雪的标准荷载按照50年一遇取南京地区雪压为0.65kN/m2。根据建筑结构荷载规范（GB50009-2006 ）6.1.1雪荷载计算公式如1-5所示。Skurso （1-5）式中：Sk雪荷载标准值(kN/m2)；ur屋面积雪分布系数；So基本雪压(kN/m2)。根据规上述范规定，按照矩形分布的雪堆，r取平均值为2.0。雪荷载标准值计算过程如下所示。Skurso0.6521.3kN/m2荷载累加如下所示：集中荷载：PF1.22.51.23kN；总竖向荷载：pyp11.2+p21.2+p3112、.4+p41.4+Sk1.20.1561.2+70.21.2 +21.4+2.51.4+1.31.292.287KN/m2；总的水平荷载：Pxpm11.2+pm21.2+pm31.463.6481.2+5.471.2+41.488.326KN/m2。1.6 盖梁底模的计算采用15mm的竹胶板做底模，竹胶板下背肋为1010cm方木且布置间距均为30cm，背肋下面分配方木为1510cm方木且间距为60cm。由前面1.5节所计算总竖向荷载转化成线均布荷载qpy0.692.2870.655.372KN/m。在计算时，考虑到模板的连续性，则按照连续梁（三跨连续梁）进行计算。计算简图如下图1-3所示。图113、-3 模板计算简图根据路桥施工计算手册表8-13考虑模板连续性的最大弯矩公式计算，其计算过程如下所示。MmaxqL2/1055.3720.32/100.498KN.m由于选用的是15mm厚的竹胶板，计算长度按照60cm考虑，其截面抵抗矩wbh2/6，其计算过程如下所示。wbh2/6600152/622500mm3Mmax/w4.98105/2250022.13MPa通过以上计算，22.13MPa50MPa，其中50MPa为安徽省林产品质量监督检验站混凝土模板用竹胶合板物理力学指标中（竹胶板在湿状、横向的容许应力）静曲强度最小值，则底板模板的强度满足使用要求。根据路桥施工计算手册表8-13考虑模14、板连续性刚度验算公式wqL4/（128EI），其计算过程如下所示。由安徽省林产品质量监督检验站混凝土模板用竹胶合板物理力学指标中（竹胶板在湿状、横向的弹性模量）查得弹性模量最小40000MPa。根据竹胶板的截面形状，则惯性矩Ibh3/12600153/12168750mm4，挠度计算如下所示。以上计算结果表明w0.519mmwL/400300/4000.75mm，则底板模板的刚度满足使用的要求。1.7 盖梁侧模的计算侧模背肋的间距为30cm，分配梁的间距为60cm。在计算时，由于模板的连续性，则按照连续梁（三跨连续梁）进行计算。计算简图如图1-3所示。根据1.5节所计算总水平荷载转化为线均布荷15、载qpx0.688.3260.652.996KN/m。则弯矩的计算过程如下所示。MmaxqL2/1052.9960.32/100.477KN.m截面抗弯矩同1.6节中底模的抗弯矩一样w22500mm3，则应力计算过程如下所示。Mmax/w4.77105/2250021.2MPa通过以上计算21.2MPa50MPa，其中50MPa为安徽省林产品质量监督检验站混凝土模板用竹胶合板物理力学指标中（竹胶板在湿状、横向的容许应力）静曲强度最小值，则侧模模板强度满足施工使用的要求。模板截面惯性矩计算同1.6节中模板的惯性矩相同， I168750mm4，则挠度计算过程如下所示。通过以上计算数据w0.497m16、mwL/400300/4000.75mm，则侧模模板的刚度满足使用要求。1.8 盖梁拉杆的计算由于侧模采用的钢筋做拉杆平衡混凝土的侧压力，因此采用Q235直径为22mm的圆钢做拉杆。竖直方向间距为120cm，水平方向间距为180cm，整个拉杆成梅花形布置，拉杆布置图如下图1-4所示。图1-4 拉杆布置示意图 单位：cm从图1-4可知，拉杆作用的最大面积A0.6m2，则拉杆所受的力计算如下所示。 根据1.5节计算可知，px88.326 KN/m2，N拉px0.688.3260.653KN，拉杆考虑到螺丝口削弱拉杆的截面面积，因此面积折减85%，则拉杆应力计算如下所示。通过计算最大应力164.0317、MPa205MPa，其中205 MPa是根据钢结构设计规范查Q235圆钢的容许拉应力。则拉杆的强度满足使用的要求。根据图1-1可知，应力在沿垂直方向在减少，这样越向上拉杆所受的力就越小，因此这样布置拉杆就越偏于安全。为保障侧模的稳定性，在图1-4中侧模顶部每隔5m布置一个横撑防止模板向内倾倒。1.9 盖梁背肋和分配梁的计算1.9.1 底模背肋和分配梁的计算1.背肋的计算背肋采用的是1010cm的方木，方木在底板时承受最大荷载。由1.5节中所计算底板的最大荷载转化为背肋上的线性荷载q192.2870.327.896kN/m，根据路桥施工计算手册查松木的容重为6kN/m3，方木的自重为q2rA6018、.100.100.06kN/m，考虑1.2的安全系数后线荷载qq21.20.061.20.072 kN/m，则总的荷载q27.896+0.07227.968kN/m。按均布荷载作用下的简支梁进行计算，计算简图如图1-5所示，把作用在方木范围内的混凝土体积转化线荷载加载在方木上，其计算过程如1-6所示。 图1-5简支梁计算简图 WyI/(b/2)8.33310-6/0.051.66710-4m3 (1-6)则应力7.55MPa13.0MPa，其中13.0MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许弯曲应力。剪力：FqL/227. 9680.6/28.390kN，则剪应力计算如下所示。根据计算结19、果可知应力0.839MPa1.4MPa，其中1.4MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许剪应力。由于7.55MPa13.0MPa，0.839MPa1.4MPa，则背肋的强度满足使用的要求。根据路桥施工计算手册表8-6可知红松的弹性模量E10103MPa，根据材料力学挠度计算公式，挠度计算如下所示。挠度验算：通过上式计算，f5.66410-4m0.566mmL/400600/4001.5mm，则背肋的刚度满足使用要求。2.支架上分配梁1015cm方木验算按均布荷载作用下的简支梁进行计算，计算简图如下图1-6所示，把作用在方木范围内的混凝土体积转化线荷载加载在方木上，其计算过程如下所示。 20、图1-6 简支梁计算简图模板的背肋的间距为30cm，分配梁的间距为60cm。根据上面计算可知，1010cm的方木的自重为q0.072 kN/m，根据1.5节中所计算底板的最大荷载转化为集中荷载N0.0720.6+92.2870.30.616.655kN，按照影响线加载方法找出最不利加载位置如图1-6所示。根据路桥施工计算手册查松木的容重为6kN/m3，1015cm方木的自重为q2rA60.100.150.09kN/m，考虑1.2的安全系数后线荷载qq21.20.091.20.108kN/m。背肋传下来的荷载对弯矩影响计算如下所示。M1FL/416.6550.6/4自重荷载对弯矩影响计算如下所示21、。M2qL2/80.1080.62/84.8610-3KN.mMmaxM1 +M22.498+0.004862.503KN.m应力计算如下所示。WyI/(b/2)2.812510-5/0.0753.7510-4m3 则应力6.67MPa13.0MPa，其中13.0MPa根据路桥施工计算手册查红松的容许弯曲应力。背肋传下来的荷载对剪力影响计算如下所示。剪力：F1N/216.655/28.328kN自重荷载对剪力的影响计算如下所示。剪力：F2qL /20.1080.6/20.032kNFmax F1 +F28.328+0.0328.36 kN则剪应力计算如下所示。则应力0.557MPa1.4MPa22、，其中1.4MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许剪应力。根据路桥施工计算手册表8-6可知红松的弹性模量E10103MPa，根据材料力学可知，挠度计算如下所示。背肋传下来的荷载对挠度影响计算如下所示。挠度验算：自重荷载对挠度影响计算如下所示。挠度验算：通过上式计算，fmax2.67110-4mL/4000.6/4001.510-3,则支架上分配梁的刚度满足要求。1.9.2 侧模背肋和分配梁的计算1.背肋的计算背肋采用的是1010cm的方木，方木在侧模时承受最大荷载。由1.5节中所计算侧模的最大荷载转化为背肋上的线性荷载q88.3260.326.498kN/m。按均布荷载的简支梁进行计算23、，计算简图如图1-7所示，把作用在方木范围内的混凝土体积转化线荷载加载在方木上，其计算过程如1-7所示。 图1-7简支梁计算简图 WyI/(b/2)8.33310-6/0.051.66710-4m3 （1-7）则应力7.153MPa13.0MPa，其中13.0MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许弯曲应力。剪力FqL/226.4980.6/27.95kN则剪应力计算如下所示。则应力0.795MPa1.4MPa，其中1.4MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许剪应力。由于7.153MPa13.0MPa，0.795MPa1.4MPa，则背肋的强度满足使用的要求。根据路桥施工计算手册24、表8-6可知红松的弹性模量E10103MPa，根据材料力学挠度计算公式，其挠度计算如下所示。挠度验算：通过上式计算，f5.3710-4m0.537mmL/400600/4001.5mm,则背肋的刚度满足使用要求。2.侧模横带验算侧模采用两根为50mm壁厚为12mm的钢管作横带，按均布荷载的简支梁进行计算，计算简图如图1-8所示，把作用在横带范围内的混凝土体积转化线荷载加载在钢管上，其计算过程如下所示。 图1-8 简支梁计算简图模板的背肋的间距为30cm，横带的间距为60cm。根据上面计算可知，由1.5节中所计算侧模的最大荷载转化为背肋上的线性荷载q88.3260.653.0kN/m，考虑到钢管25、的连续性，因此根据路桥施工计算手册表8-13，其弯矩计算如下所示。MqL2/1053.01.82/1017.172KN.m应力计算如下所示。 则应力94.4MPa215MPa，其中215MPa根据钢结构设计规范查Q235钢的容许弯曲应力值。则横带的强度满足使用的要求。根据路桥施工计算手册表8-6可知钢材的弹性模量E2.1105MPa，根据材料力学可知，挠度计算如下所示。钢管的刚度验算如下所示。通过上式计算，fmax4.5mm0.035按照公式1-3计算有效压头高度，最大侧压力按照公式1-1计算，其计算过程分别如下所示。h1.53+3.82/201.91mPm11.2261.9159.592kP26、a本桥采用泵送混凝土浇筑，根据公式1-4则混凝土的最大侧压力计算如下所示。根据路桥施工计算手册表8-2可知，振捣混凝土时对侧模板的压力按Pm34.0kPa计。由于本桥采用的是泵送混凝土并且用内部振捣器振捣，因此混凝土的最大侧压力计算如下所示。PmaxPm1 +Pm2+Pm359.592+5.47+469.062kPa 2. 根据公路桥涵施工技术规范计算侧压力根据公路桥涵施工技术规范设计规范附录D,混凝土侧压力的计算如下式1-8所示。 （1-8）式中：新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kPa)；h有效压头高度（m）；V混凝土的浇筑速度(m/h)；新浇筑混凝土的初凝时间（h），可按实测确定；混凝土的27、容重(kN/m2)；外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝作用的外加剂时取1.2；混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时取0.85；5090mm时，取1.0；110150mm时，取1.15；由上述规范附录D规定，公式1-8计算值与计算值比较取最小值为最大侧压力。由于混凝土的初凝时间一般为68小时，在加入缓凝固剂后为安全考虑初凝时间设为8小时，根据跨经五路特大桥施工图纸可知侧压力计算如下所示。由以上计算可知，取两者中较小值为，有效压头计算如下所示。根据路桥施工计算手册表8-2可知，振捣混凝土时对侧模板的压力按Pn34.0kPa计，考虑振捣混凝土浇筑时对侧模的最大侧压力计算如下28、所示。PmaxPm1 +Pm289.31+4.093.31kPa根据以上两个不同公式计算侧压力比较取最大值进行模板设计，既Pmax93.31kPa 进行侧模控制计算。并考虑1.2的安全系数，则Pmax93.311.2111.972kPa1.12 墩柱模板面板的计算由于面板采用的是6mm厚的钢板，竖向小肋采用10010mm扁钢，间距S350mm，横肋采用槽钢10，间距h400mm，h1350mm，竖向大肋采用两根槽钢12.6，间距L800mm，a250mm。在纵向间距为35cm，横向间距为40cm，既Lx35cm，Ly40cm。由于板属于四边简支板，因此按最不利的三边固定一边简支进行计算。计算简29、图如下图1-9所示。图1-9 墩身模板计算简图 单位：cm由于Lx/ Ly35/400.875，根据路桥施工手册附表2-18可知道挠度系数fmax0.0019mm-1，X弯矩系数Mx0.02785，y弯矩系数My 0.01485，Mx0-0.0678，My0-0.0565，取10mm宽的板条进行计算。则10mm钢板的力学特性计算如下所示。惯性：Ibh3/121063/12180mm4截面惯性矩：Wbh2/61062/660mm3面积：Sbh10660mm2由于钢板采用的是A3钢，根据机械设计手册（软件版）V3.0可知道其容重78.5kN/m3。将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL0.111930、72101.11972 N/mm。根据路桥施工计算手册附表2中，刚度K计算公式如下式1-9所示： （1-9）式中: 弹性模量； 板厚； 泊松比，对钢筋混凝土板 ，；对于钢板，。根据公式1-9弹性模量计算如下所示。根据路桥施工计算手册附表2中，可知挠度和弯矩计算公式分别如下所示。挠度计算公式如下式1-10所示。 （1-10）弯矩计算公式如下式1-11所示。 （1-11）式中：均布荷载；其中为Lx和Ly中的较小者。根据公式1-11弯矩计算如下所示。跨中弯矩计算如下所示。考虑到钢板的泊松比=0.3，故换算弯矩计算如下所示。支座弯矩计算如下所示。因此取最大弯矩进行应力计算，计算如下所示。根据上面计算结31、构可知道，其中181MPa是根据路桥施工计算手册表8-7，A3钢的容许应力，则钢板的强度满足施工的要求。取1mm宽的面板进行刚度验算，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL0.11197210.11 N/mm。根据公式1-10挠度计算如下所示。根据上面计算结构可知道，则钢板的刚度满足施工的要求。1.13 墩柱模板横肋的计算由于横肋采用的是槽钢10，间距为40cm，因此将均布荷载转化为线性荷载，计算宽度为40cm，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL111.9720.444.79kN/m。根据机械设计手册（软件版）V3.0可知槽钢10的力学特性如下所示。A12.784cm2Wx39.7cm3I32、 x198cm4理论重量：G10.007kg/m根据路桥施工计算手册表8-13，考虑到横肋的连续性（三跨连续梁计算），则荷载作用下弯矩计算公式如下式1-12和1-13所示。均布荷载作用下的最大弯矩 （1-12）集中荷载作用下的最大弯矩 （1-13）荷载作用下挠度计算公式如下式1-14和1-15所示。均布荷载作用下挠度 （1-14）集中荷载作用下挠度 （1-15）则计算简图如下图1-10所所示。图1-10 横肋计算简图竖向大肋的间距为80cm，根据公式1-12弯矩计算如下所示。根据计算结果可知应力72.3MPa210MPa，其中210MPa是16Mn钢的容许弯曲应力。则横肋的强度满足使用的要求。33、根据路桥施工计算手册表8-7可知，钢材的弹性模量E2.1105MPa，根据公式1-14，横肋的刚度计算如下所示。通过以上计算结果，f0.345mmL/500800/5001.6mm,则背肋的刚度满足使用的要求。1.14 墩柱模板竖肋的计算竖向小肋采用10010mm扁钢，竖向大肋采用两根槽钢12.6，其计算分别如下所示。1.14.1竖向小肋的计算根据机械设计手册（软件版）V3.0可知10010mm扁钢，理论重量G7.85kg/m,其力学特性计算如下所示。A100101000mm2Wxbh2/6101002/616666.667mm3I xbh3/12101003/12833333.33mm4计算34、宽度为35cm，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL111.9720.3539.19kN/m。竖向小肋按照简支梁来计算，其计算简图如下图1-11所示。图1-11 简支梁计算简图 则应力36MPa181MPa，其中181MPa是根据路桥施工计算手册表8-7，A3钢的容许应力，则竖向小肋强度满足施工的要求。根据路桥施工计算手册表8-7可知，钢材的弹性模量E2.1105MPa，竖向小肋的刚度计算如下所示。通过上式计算，f0.044mmL/500350/5000.70mm,则竖向小肋刚度满足使用的要求。竖向大肋的计算1.脊梁计算竖向大肋采用两根槽钢12.6，间距为80cm，计算宽度为80cm，将混凝35、土的侧压力转化为线性荷载：QpL111.9720.889.58kN/m。由于竖向大肋间距为80cm，由于模板的尺寸为150300cm和100300cm的模板，因此最不利组合为一个150300cm和一个100300cm的模板组合。根据机械设计手册（软件版）V3.0可知槽钢12.6的力学特性如下所示。A15.692cm2Wx62.1cm3I x391cm4理论重量：G12.318kg/m竖向大肋按照简支梁来计算，其计算长度为80cm，其计算简图如下图1-12所示。图1-12 简支梁计算简图 则应力57.73MPa210MPa，其中210MPa是根据路桥施工计算手册表8-7，16Mn钢的容许应力，则36、竖向大肋强度满足施工使用的要求。根据路桥施工计算手册表8-7可知，钢材的弹性模量E2.1105MPa，竖向大肋的刚度计算如下所示。通过上式计算，f0.291mmL/400800/4002mm,则竖向大肋刚度满足使用的要求。2.下端脊梁自由端计算高为1m高的模板如下图1-13所示。图1-13 1.5m高模板图 单位：cm从图1-13可知，脊梁下端的自由端自由长度为35cm，计算简图如下图1-14所示。图1-14 脊梁下端自由端计算简图计算宽度为80cm，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL111.9720.889.58kN/m。 则应力44.28MPa210MPa，其中210MPa是根据路桥施37、工计算手册表8-7，16Mn钢的容许应力，则竖向大肋强度满足施工使用的要求。根据材料力学挠度计算公式，其挠度计算如下所示。通过上式计算，f0.78mmL/400350/4000.875mm,则竖向大肋刚度满足使用的要求。3.上端脊梁自由端计算高为1 m高的模板如下图1-15所示。图1-15 1m高模板图 单位：cm从图1-15可知，脊梁下端的自由端自由长度为50cm，计算简图如下图1-16所示。图1-16 脊梁上端自由端计算简图从可知，侧压力的有效压头为3.435m，压力图如下图1-17所示。图1-17 侧压力分布图计算宽度为80cm，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL16.30.813.38、04kN/m。 则应力4.37MPa210MPa，其中210MPa是根据路桥施工计算手册表8-7，16Mn钢的容许应力，则竖向大肋强度满足施工使用的要求。从图1-16可知，荷载成三角形分布，为简化计算按照13.04kN/m均布荷载计算，由于13.04kN/m是三角形荷载分布中最大荷载，因此计算是偏于安全的。根据材料力学挠度计算公式，其挠度计算如下所示。通过上式计算，f0.5mmL/400350/4000.875mm,则竖向大肋刚度满足使用的要求。1.15 墩柱模板拉杆的计算由于侧模采用的圆钢做拉杆平衡混凝土的侧压力，因此采用Q235直径为25mm的钢筋做拉杆。最不利的两块模板拼装后进行控制计算39、，其拼装如下图1-18所示。图1-18 模板拼装图 单位：cm从图1-18可知，拉杆最大的受力面积为A0.80.80.64m2，则拉杆计算如下所示。根据节计算可知，px111.972KN/m2，N拉px0.64111.9720.6471.662KN，并且考虑拉杆的螺丝口减小钢筋的受力面积，螺丝口的面积考虑为钢筋截面的85%，采用直径为25mm的圆钢，则拉杆应力计算如下所示。则最大应力171.75MPa215MPa，其中215 MPa是根据钢结构设计规范为直径25mm的Q235钢的容许应力。则拉杆的强度满足施工的要求。1.16 墩柱模板连接螺栓的计算模板的连接螺栓是分抗剪螺栓和抗拉螺栓。1.1640、.1 抗剪螺栓的计算从图1-18可知，在两块模板拼装中两个拉杆的间距为70cm，根据节可知侧压力Pmax111.972kPa，计算宽度为70cm，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL111.9720.778.38kN/m。抗剪螺栓布置如下图1-19所示。图1-19 抗剪螺栓布置图 单位：cm根据路桥施工计算手册附表3-23可知，螺栓外径为22mm，螺栓净面积为2.740cm2，从图1-19可知在1m范围内有5个螺栓，为安全考虑取4个螺栓进行计算，则抗剪强度计算如下所示。则最大应力，其中80 MPa是根据路桥施工计算手册表3-22粗制螺栓的容许剪应力。则螺栓的抗剪强度满足施工的要求。1.16.41、2抗拉螺栓的计算从图1-18可知，抗拉螺栓的计算宽度为60cm，根据1.11节可知侧压力Pmax111.972kPa，将混凝土的侧压力转化为线性荷载：QpL111.9720.667.183kN/m。抗拉螺栓布置如下图1-20所示。图1-20 抗拉螺栓布置图 单位：cm根据路桥施工计算手册附表3-23可知，螺栓外径为22mm，螺栓净面积为2.740cm2，从图5-12可知在1m范围内有4个螺栓，为安全考虑取3个螺栓进行计算，则抗拉强度计算如下所示。则最大应力，其中110 MPa是根据路桥施工计算手册表3-22粗制螺栓的容许拉应力。则螺栓的抗拉强度满足施工的要求。二 碗扣式支架计算2.1 计算依据42、1.建筑结构荷载规范（GB50009-2001）；2.建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范(JGJ166-2008)；3.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130-2001）；4.材料力学（西南交大版）；5.结构力学（高教版）。2.2 碗扣支架布置支架采用483.5mm的Q235钢管，立杆步距选为60cm。钢管横向间距设置为60cm，纵向间距设置为60cm。碗扣支架横桥向布置如下图2-1所示。图2-1 碗扣支架横桥向布置图碗扣式支架的结构如下图2-2所示。图2-2 碗扣式支架结构详图2.3 荷载的计算2.3.1 荷载类型作用于模板支架上的荷载，可分为永久荷载（恒荷载）和可变荷载（活荷载）43、两类。 模板支架的永久荷载，包括下列荷载。1. 作用在模板支架上的结构荷载，包括：新浇筑混凝土、模板等自重。2. 组成模板支架结构的杆系自重，包括：立杆、纵向及横向水平杆、水平及垂直斜撑等自重。3. 配件自重，根据工程实际情况定，包括：脚手板、栏杆、挡脚板、安全网等防护设施及附加构件的自重。 模板支架的可变荷载，包括下列荷载。1. 施工人员及施工设备荷载。2. 振捣混凝土时产生的荷载。3. 风荷载。2.3.2 荷载取值各杆件自重见下表2-1所示。表2 -1 杆件自重表名称型号规格（mm）市场重量(kg)设计重量（kg）立杆LG-120483.512007.417.05LG-180483.51844、0010.6710.19LG-240483.5240014.0213.34LG-300483.5300017.3116.48横杆HG-30483.53001.671.32HG-60483.56002.822.47HG-90483.59003.973.63注：本表的参照建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范表3.4。由建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范可知，操作层的栏杆与挡脚板自重标准值按0.14KN/m2取值。脚手架上满挂密目安全网自重标准值按0.01KN/m2取值。模板支撑架的自重标准值Q1根据建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范表4.2.3-1取为0.75 KN/m2，由上面1.5节可知道混凝土的容重45、Q226kN/m3。振捣混凝土时产生的荷载标准值Q32KN/m2。施工人员及设备荷载标准值按均布活载取1.0 KN/m2。操作层均布施工荷载的标准值根据建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范表，取为3.0 KN/m2。则施工荷载Q43+14 KN/m2。根据建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范作用于模板支撑架上的水平风荷载标准值，按公式2-1计算。Wk 0.7zsWo （2-1 ）式中：Wk风荷载标准值（KN/m2）；z风压高度变化系数，按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001）规定采用，见表；s风荷载体型系数，按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001）规定的竖直面取0.46、8；Wo基本风压（kN/m2），按现行国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001）规定采用，见附录D；其中本桥为B类地形（依据建筑结构荷载规范（GB50009-2001）则高度在010m取为1.0，1015m取为1.14。基本风压按照当地风压（南京市10年一遇风压值计）0.40kN/m2。风荷载的计算如下所示。在1015m时，风荷载如下所示：Wk0.71.140.80.40.2554 kN/m2按照建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范5.6.4规定，当模板支撑架高度大于8米并有风荷载作用时，应对斜杆内力进行计算，并验算连接扣件的抗滑能力。其计算简图如下图2-3所示。图2-3 斜杆内力计算简47、图由建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范规定，对架体内力计算时将风荷载简化为每一结点的集中荷载W；W在立杆及斜杆中产生的内力、s按下列公式2-2和2-3计算。WvhW/a （2-2） （2-3）荷载加载在结点上，密目网按照简支板的方法计算风荷载，w0.25540.61.20.184kN。由公式2-2和公式2-3计算内力，其计算过程如下所示。Wv1.20.184/0.60.368KN由建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范规定，自上而下叠加斜杆的最大内力，验算斜杆两端连接扣件抗滑强度，按照公式2-4计算。 （2-4）式中：Q扣件抗滑强度，取8KN。根据公式2-4计算斜杆两端连接扣件抗滑强度，其计算过程如下48、所示。则通过以上计算可知，斜杆两端连接扣件抗滑强度满足使用要求。2.4 结构的计算荷载的分项系数计算脚手架及模板支撑架构件强度时的荷载设计值，取其标准值乘以下列相应的分项系数：1永久荷载的分项系数，取1.2；计算结构倾覆稳定时，取0.9。2可变荷载的分项系数，取1.4。3. 计算构件变形（挠度）时的荷载设计值，各类荷载分项系数，均取1.0。荷载效应组合荷载组合按照建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范表4.41的规定，取值如下表2-2所示。表2-2 荷载组合序号计算项目荷载组合1立杆稳定计算 永久荷载+可变荷载 永久荷载+0.9（可变荷载+风荷载）2连墙件承载力计算风荷载+3.0KN3斜杆强度和连接49、扣件（抗滑）强度计算风荷载立杆承载力的计算1.荷载的计算单肢立杆轴向力计算公式根据建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范如下式2-5所示。N 1.2Q+1.4（Q+Q）LxLy +1.2Q2V (2-5)式中：Lx、Ly单肢立杆纵向及横向间距（m）； V Lx、Ly段的混凝土体积（m3）。单肢立杆稳定性按下式计算：NA f （2-6）式中：A 立杆横截面积； 轴心受压杆件稳定系数，按细长比查上述规范附录C； f 钢材强度设计值，查上述规范附录B表B2； 支撑架模板自重标准值； 2 新浇砼及钢筋自重标准值； 3振捣砼产生的荷载； 4施工人员及设备荷载标准值。由于门式墩的盖梁截面基本相同，因此只需要计算50、一个截面即可。根据公式2-5，其计算过程如下所示。N1.20.75+1.4(2+4) 0.60.6+1.2262.70.60.633.674kN通过以上计算可知，计算最大应力时取荷载为33.674kN。2.立杆力学特性计算WDJ碗扣型脚手架材料为:48mm,3.5mm(Q235) 热轧钢管,其截面特性计算如下:截面抗弯模量: W5077.79mm3截面惯性矩: IQ235钢材抗压强度: 215N/mm2截面回转半径: imm截面净面积: 3.立杆强度验算考虑到支架立杆搭设时竖直度可能存在不足，假定立杆60cm步距范围内偏斜量y取为0.5cm，此处是按照建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范容许倾斜度51、来取值，如图2-4所示。按单向压弯杆件验算，产生的偏斜弯矩，其计算过程如下所示。图2-4立杆变形图 单位：mmMNy33.6740.0050.168 kN.m （2-7） (2-8)通过计算，其应力101.91215N/mm2，则立杆强度满足使用的要求。5.整体稳定性验算由公式2-6计算可知N33.674kN，由公式2-7可知M0.168 kN.m。计算简图如下图2-5所示。图2-5 稳定性计算简图 单位：cm根据材料力学可知，等截面柱或压杆的计算长度系数如表2-3所示。表2-3 等截面柱或压杆的计算长度系数u项次1234杆端连接方式一端固定一端自由两端铰接一端固定一端铰接两端固定u210.752、0.5注：此表参照材料力学（西南交大版）。立杆与水平横杆的碗扣连接有松动，立杆计算长度系数按照两端铰接，则由取1.0，长细比h/i1.0600/15.7838.023，由此可查建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范(JGJ 130-2001)附录C表C，可知立杆稳定系数0.893。立杆欧拉临界力公式如下公式2-9所示。NE2EA/2 (2 -9)钢材的弹性模量：E2.06105N/mm2，则由公式2-9计算立杆欧拉临界力，其计算过程如下所示。NE22.06105489.3/76.052172kN根据欧拉公式应力计算如下式2-10所示。 (2-10)式中：为等效弯矩系数1.0; 为截面塑性发展系数53、1.15;为截面抗弯模量5077.79mm3;根据以上计算可知N33.674KN 、NE172 KN 、M0.168 kN.m，将其带如公式2-10，其计算过程如下所示： 111.18N/mm2计算结果表明111.18N/mm2215 N/mm2。由公式2-6计算，其计算结果如下所示：NA f0.893489.321510-393.943KNN29.088KNN93.943KN通过以上计算结果可知，N29.088KNN 93.943KN，应力111.18N/mm2215 N/mm2，只要立杆60cm步距范围内偏斜控制在0.5cm以内，立杆稳定性可以得到保证。6.局部稳定性计算立杆为48mm，354、.5mm，Q235热轧圆钢管。按照钢结构设计规范相关规定对于圆管截面本身局部稳定必须满足下列要求，以满足截面本身局部稳定要求。D/t100235/fy109 fy215N/mm2立杆设计强度；碗扣式脚手架立杆D/t48/3.513.733.674kN通过以上计算，计算结果表明Nmin243.8kN33.674kN，其中33.674kN为立杆所受的最大荷载，则底座和顶托的强度满足施工使用要求。8.贝雷梁上两层方木强度验算首先计算底托下的方木，由于底托下采用的1515cm方木且间距为60cm。从图2-1可知道，在底托下面和贝雷梁工字钢上面还有一层1515cm方木且间距同样为60cm。根据表2-1碗55、扣式支架的自重计算如下所示。GGLG+ GHG7.41+2.82418.69kg并且考虑安全系数为1.2，并且换算成kN为单位，其计算如下所示。P自重1.2mG1.218.691010-30.224kN每根立杆传递给底托下方木荷载计算如下所示。P1P自重+N0.224+33.67433.898kN2.4.4 贝雷梁上方木计算由于底托下有两层方木，两层方木均为1010cm的方木，其两层方木的间距均按60cm布置。第一层方木和第二层方木计算分别如下所示。1.底托下第一层方木计算由于碗口式支架的间距为60cm，因此只有集中力作用在方木上。当集中力作用在方木跨中的时候为最不利计算。其中第一层方木的放置56、必须放在第二层方木上，不得悬空或留有一个悬臂端。因此计算的时候按照简支梁来计算，由于方木实际是连续的，因此按简支梁来计算是偏于安全的。由于间距为60cm则集中荷载作用在跨中的时候为最不利计算，其计算过程如下所示，计算简图如图2-6所示。图2-6 第一层方木计算简图由图2-6可知，对第一层方木内力影响的有自重和碗扣支架传来的荷载，根据路桥施工计算手册查松木的容重为6kN/m3，方木的自重为Q1rA60.150.150.135kN/m，考虑1.2的安全系数后线荷载QQ11.20.1351.20.162 kN/m。 碗口支架传下来的荷载对弯矩影响计算如下所示。M1FL/433.8980.6/4第一层57、方木自重荷载对弯矩影响计算如下所示。M2qL2/80.1620.62/87.2910-3KN.mMmaxM1 +M25.085+0.007295.092KN.m应力计算如下所示。WyI/(b/2) 4.2187510-5/0.0755.62510-4m3 则应力9.052MPa13.0MPa，其中13.0MPa根据路桥施工计算手册查红松的容许弯曲应力。碗口支架传下来的荷载对剪力影响计算如下所示。剪力：F1N/233.898/216.949kN第一层方木自重荷载对剪力的影响计算如下所示。剪力：F2qL /20.1620.6/20.049kNFmaxF1 +F216.949+0.04916.99858、kN则剪应力计算如下所示。则应力0.755MPa1.4MPa，其中1.4MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许剪应力。由于9.052MPa13.0MPa，0.755MPa1.4MPa，则第一层方木强度满足使用要求。根据路桥施工计算手册表8-6可知红松的弹性模量E10103MPa，根据材料力学可知，挠度计算如下所示。碗口支架传下来的荷载对挠度影响计算如下所示。挠度验算：自重荷载对挠度影响计算如下所示。挠度验算：通过上式计算，fmax3.6310-4mL/4000.6/4001.510-3m,其第一层方木刚度满足使用的要求。2.底托下第二层方木计算由于第一层方木间距为60cm，因此只有集中59、力作用在第二层方木上。当集中力作用在方木的跨中的时候为最不利计算。其中方木的放置必须放在贝雷梁上，不得悬空或留有一个悬臂端。因此计算的时候按照简支梁来计算，由于方木实际是连续的，因此简支梁来计算是偏于安全的。由于下边贝雷梁的间距为22.5cm，因此方木简化成简支梁的跨度就为22.5cm，其计算简图如图2-7所示。图2-7 方木计算简图由图2-7可知，对1515cm方木内力影响的有自重和第一层方木传来的荷载，根据路桥施工计算手册查松木的容重为6kN/m3，方木的自重为Q1rA60.150.150.135kN/m，考虑1.2的安全系数后线荷载QQ11.20.1351.20.162 kN/m。将第一60、层方木传来的荷载传递到第二层方木上，其载为P233.898+0.1620.633.995kN第一层方木传下来的荷载对弯矩影响计算如下所示。M1FL/433.995第二层方木自重荷载对弯矩影响计算如下所示。M2qL2/80.1620.252/81.26610-3KN.mMmax M1 +M22.125+1.26610-32.126KN.m则方木应力计算如下所示。IWyI/(b/2)4.2187510-5/0.0755.62510-4m3 则应力3.78MPa13.0MPa，其中13.0MPa根据路桥施工计算手册查红松的容许弯曲应力。第一层方木传下来的荷载对剪力影响计算如下所示。剪力：F1N/2361、3.995/216.998kN第二层方木自重荷载对剪力的影响计算如下所示。剪力：F2qL /20.1620.25/20.02kNFmax F1 +F216.998+0.0217.018kN则剪应力计算如下所示。则应力0.756MPa1.4MPa，其中1.4MPa根据路桥施工计算手册表8-6查红松的容许剪应力。由于3.78MPa13.0MPa，0.756MPa1.4MPa则第二层方木强度满足使用的要求。根据路桥施工计算手册表8-6可知红松的弹性模量E10103MPa，根据材料力学可知，挠度计算如下所示。第一层方木传下来的荷载对挠度影响计算如下所示。挠度验算：第二层方木自重荷载对挠度影响计算如下所62、示。挠度验算：通过上式计算，fmax2.6210-5mL/4000.6/4001.510-3m,其第二层方木刚度满足使用的要求。2.4.5 贝雷梁上工字钢验算由于贝雷梁的跨度为3m的整数倍，在此选取的是18m的跨度，由于门式墩的净距为19.8m，因此贝雷梁的两头有90cm的部分悬空。此处用工字钢来承担门式墩的自重以及施工荷载。间距采用60cm，且用25b的工字钢。而工字钢的荷载分担给贝雷梁。工字钢放在竹跳板上，在工字钢上放方木，并且方木垂直于工字钢。方木采用的是1515cm方木。其布置图如下图2-8所示。图2-8 工字钢布置示意图其中不计竹胶板的承重作用，只计算竹胶板的荷载。其1515cm方木63、如节中的底托下第一层方木计算所示。方木传递到工字钢上的荷载为P33.898+0.1620.633.995kN此处的工字钢采用Midas Civil软件计算，其自重由软件加载，并且要考虑1.2的安全系数。其计算简图如下图2-9所示。图2-9 工字钢计算简图 单位：cm由于贝雷梁上工字钢间距为60cm，且采用的是25b工字钢。从图2-8可知，由于1515cm方木间距为60cm，工字钢间距以为60cm，根据节可知道，施工人员荷载以及施工机具在贝雷梁两侧停留等荷载考虑为Q44KN/m2，根据竹挑板厂家提供为Q52kN/m2，转化为线荷载为并考虑1.2的安全系数Q1.2（Q4+Q5）0.61.2(4+264、)0.64.32KN/m。1515cm方木传下来的荷载考虑为P33.995kN，计算采用Midas Civil软件进行内力分析，工字钢自重由软件自身加载。根据图2-9，用Midas Civil软件建立模型，其计算结果如下所示。工字钢应力计算如下图2-10所示。图2-10 工字钢应力图 单位：MPa从图2-10可知，最大应力为152.8MPa。其中荷载也考虑了安全系数1.2，则最大应力152.8215 MPa，则工字钢应力满足使用的要求。工字钢变形如下图2-11所示。图2-11 工字钢变形图 单位：mm从图2-11可知，最大变形为4.5mm。其中荷载也考虑了安全系数1.2，则最大应力f4.5L/65、4003600/4009mm，则工字钢刚度满足使用的要求。三 贝雷梁支架计算3.1设计依据1.钢结构设计规范（GB50017-2003）；2.钢结构毛德培主编（中国铁道出版社2001）；3.铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）；4.路桥施工手册周水兴等主编；5.材料力学（西南交大版）；6.结构力学(高教版)；7.装配式公路钢桥多用途使用手册(人交版)；8. 计算软件Midas Civil 7.4.1。3.2设计荷载 雪荷载、风荷载； 列车通过时气流产生的压力，按列车时速200km，气流速度10m/s考虑； 施工荷载（机械堆放和混凝土的冲击力）； 人群荷载； 结构自重。3.3选用66、材料321贝雷梁；型钢及板材采用Q235材质。3.4 设计荷载计算1.雪荷载根据建筑结构荷载规范（GB 50009-2006 ）查附录D.4可知，雪的标准荷载按照50年一遇取南京地区雪压为0.65kN/m2。根据建筑结构荷载规范（GB 50009-2006 ）雪荷载计算公式如3-1所示。Skurso （3-1）式中：Sk雪荷载标准值(kN/m2)；ur屋面积雪分布系数；So基本雪压(kN/m2)。根据规上述范规定，按照矩形分布的雪堆，由于角度为1o，因此r取平均值为1.0。其计算过程如下所示。Skurso0.6510.65kN/m22. 风荷载根据铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2067、05）风荷载计算公式如3-2所示。WK1K2K3WO (3-2)式中：W风荷载强度（kN/m2）；WO基本风压（KN/m2），可根据上述规范附录D“全国基本风压分布图”取；K1风载体形系数，桥墩见上述规范查表，其他构件为1.3； K2风压高度变化系数，见上述规范查表所示； K3地形、地理条件系数，见上述规范查表所示。由于钢管柱为圆形，因此风载体形系数K1取为0.8。见上述规范表，当高度小于或等于20m时K2取为1.0。见上述规范表，按照一般平坦地考虑时K3取为1.0。根据上述查附录D可知，风压的标准荷载按照50年一遇取南京地区风压为0.40kN/m2。根据公式3-2风荷载计算如下所示。W1K168、K2K3WO0.81.01.00.400.32 kN/m23. 列车通过时气流产生的压力，按列车时速200km，气流速度10m/s考虑，其中列车产生的气流10m/s是工务段提供。根据铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）规定。风压计算公式如下式3-3所示。WO1.010-3V2/1.6 (3-3)式中：WO基本风压（kN/m2）； V 平均最大风速（m/s）。 WO1.010-3V2/1.61.010-3102/1.60.0625 kN/m2将上述结果带入公式3-2，则列车通过时气流产生的压力计算如下所示。W2K1K2K3WO0.81.01.00.06250.05 kN/m24.69、 按照路桥施工计算手册表8-1，施工活载q12.5kN/；5. 按照路桥施工计算手册表8-1，振捣产生的冲击力为q22kN/；6. 混凝土自重根据1.5节取为q326kN/m2；7. 由节可知，模板取为q40.75kN/m2；8. 由节可知，碗扣支架自重G碗扣18.69kg；9. 由1.9.1节可知，方木自重G方木6 kN/m3；10. 贝雷梁结构自重由软件加载（本计算采用的软件是Midas Civil）。3.5 荷载组合系数为安全考虑，参照建筑结构荷载规范（GB50009-2006 ）规定，计算防门式墩支架强度时的荷载设计值，取其标准值乘以下列相应的分项系数：1结构自重荷载的分项系数，取1.70、2；2可变荷载的分项系数，取1.4；3. 计算构件变形（挠度）时的荷载设计值，各类荷载分项系数，均取1.0。3.6贝雷梁的布置由于门式墩的跨度为19.8m，而321贝雷梁的标准长度为3m。因此为缩小跨度，贝雷梁的跨度取为18m计算。门式墩身截面高2.7m，宽3.3m。贝雷梁放置在门式墩下面，采用三排单层加强贝雷梁。在盖梁底的贝雷梁的间距设为22.5cm。并且在门式墩周边搭设工作平台。在门式墩两侧沿线路的法向布置三排单层加强贝雷梁，间距为45cm。其贝雷梁的布置如下图3-1所示。图3-1 贝雷梁的布置图 单位：cm从图3-1可知，在单排单层贝雷梁的两侧布置了非标准贝雷梁，非标准贝雷梁的作用是用于71、拆卸的时候，防止不均等拖拉贝雷梁而掉到铁路上去。并且要在门式墩上与横向分配梁同位置预埋钢板，并且在钢板上焊接角钢。做一个三角架来支撑贝雷梁，防止单片贝雷梁拖拉时失稳。贝雷梁上结构物的布置见图2-1所示。在非标准贝雷梁上结构物的布置见图2-8所示。3.7贝雷梁的计算3.7.1贝雷梁荷载计算三排单层加强贝雷梁的间距为22.5cm，由于采用的是三排单层加强贝雷梁，在贝雷梁之间用标准杆件连接，其连接如下图3-2所示。图3-2 贝雷梁连接图从图3-2可知，取图中间间距为22.5cm的三排单层贝加强雷梁进行控制计算，其荷载计算如下所示。取最中间的贝雷梁进行计算，由于门式墩梁高为H2.7m，每组贝雷梁之间是72、铰接，因此按照简支梁来计算，则计算宽度b22.5367.5cm。雪荷载：Q1Skb0.650.6750.439 kN/m风荷载：Q2W1b0.320.6750.216 kN/m列车风荷载：Q3W2b0.050.6750.034 kN/m模板自重：Q4q4b0.750.6750.506 kN/m碗扣支架自重：Q5G碗扣/L18.691010-3/0.60.3115 kN/m施工荷载：Q6q1b2.50.6751.688 kN/m振捣产生的冲击力：Q7q2b20.6751.35kN/m方木自重：Q8G方木bh6(0.150.15+0.150.15+0.10.15+0.10.1) 0.42 kN/m73、门式墩混凝土的重量：Q9q3bH260.6752.747.385kN/m结构自重计算如下所示：G1.2(Q1 +Q4 +Q5 +Q8 +Q9) 1.2(0.439+0.506+0.3115+0.42+47.385)1.249.061558.8738 kN/m风荷载计算如下所示。F1.2(Q2 +Q3)1.2(0.216+0.034)0.3 kN/m可变荷载计算如下所示。Qb1.4(Q6+ Q7)1.4(1.688+ 1.35)4.2532 kN/m对贝雷梁内力影响的总的荷载计算如下所示。QG +Qb58.8738+4.253263.127 kN/m3.7.2 等效截面换算其中由于门式支架的贝雷74、梁间距为22.5cm布置，贝雷梁三片一组，一片贝雷梁自重为0.27t在装配式桥梁多用途手册表3-5中可知三排单层加强贝雷梁几何特性及容许内力表如下表3-1所示。表3-1 贝雷梁特性表 贝雷梁特性结构构造是否加强W（cm3）J（cm4）容许弯矩KN.m容许剪力KN三排单层是23097.41732303.24809.4698.9为简化计算，采用一个矩形等效截面来代替贝雷梁计算最不利加载的强度和刚度。计算过程中16Mn钢的容重为7.8510-9t/mm3，并且取3m长进行等效截面计算，其计算过程如下所示。bh30007.8510-90.273 （1）（bh3/12）10-41732303.2 （2）75、连解方程（1）和（2），得出b13.9906723mm ；h2458.416846mm3.7.3 贝雷梁内力计算由于竹跳板放在贝雷梁上，因此将上面传下来的集中荷载转化成均布荷载加载在贝雷梁上，其贝雷梁的内力计算如下所示。1.门式墩底下贝雷梁内力计算用节的矩形截面代替贝雷梁的桁架结构进行内力分析，把的荷载加载在贝雷梁上，则贝雷梁荷载加载如下图3-3所示。图3-3 贝雷梁加载图 单位：kN/m则通过mida软件计算可知，贝雷梁的弯矩如下图3-4所示。图3-4贝雷梁弯矩图 单位：kN.m从图3-4可知，最大弯矩Wmax2685.32kN.m w4809.4 kN.m，其中容许弯矩4809.4 kN.76、m是根据装配式公路钢桥多用途使用手册表3-6三排单层加强贝雷梁容许弯矩值。通过mida软件计算可知，贝雷梁的剪力如下图3-5所示。图3-5贝雷梁剪力图 单位：kN从图3-4可知，最剪力Fmax596.7kNw698.9 kN，其中容许剪力698.9kN是根据装配式公路钢桥多用途使用手册表3-6三排单层加强贝雷梁容许剪力值。2.门式墩两侧贝雷梁内力计算在门式墩的两侧也布置了贝雷梁，且贝雷梁的间距为45cm，此处贝雷梁承受门式墩两端的荷载，由于此处门式墩的荷载按照简支梁分担在贝雷梁上，且计算宽度为b3.3/21.65m，荷载计算如下所示。雪荷载：QL1Skb0.651.651.073kN/m模板自77、重：QL2q4b0.751.651.238 kN/m碗扣支架自重：QL3nG碗扣/L38.691010-3/0.60.935kN/m施工荷载：QL4q1b2.51.654.125 kN/m振捣产生的冲击力：QL5q2b21.653.3kN/m方木自重：QL6G方木bh6(0.150.15+0.150.15+0.10.15+0.10.1) 0.42 kN/m门式墩混凝土的重量：QL7q3bH261.652.7115.83kN/m结构自重计算如下所示：GL1.2(QL1 +QL2 +QL3 +QL6 +QL7) 1.2(1.073+1.238+0.935+0.42+115.83)142.855 k78、N/m可变荷载计算如下所示：QLb1.4(QL4+ QL5)1.4(4.125+3.3)10.395 kN/m对贝雷梁内力影响的总的荷载计算如下所示。QLGL +QLb142.855+10.395153.25 kN/m在其余地方只考虑行人和施工机具等堆放的荷载。根据节知，荷载QZ4kN/m2，从图3-1可知两侧的贝雷梁的计算宽度为105cm，将转化为线荷载QX1QZb41.054.2kN/m。根据可知，方木和竹跳板取为QX20.42 kN/m。雪荷载在这段QX3Skb0.651.050.683kN/m。则总的荷载QX1.2（QX1+ QX2+ QX3）1.2（0.42+4.2+0.683）6.79、364 kN/m。则门式墩两侧贝雷梁荷载加载如下图3-6所示。图3-6 贝雷梁加载图 单位：kN/m则通过mida软件计算可知，贝雷梁的弯矩如下图3-7所示。图3-7贝雷梁弯矩图 单位：kN.m从图3-7可知，最大弯矩Wmax136.1kN.m w4809.4 kN.m，其中容许弯矩4809.4 kN.m是根据装配式公路钢桥多用途使用手册表3-6三排单层加强贝雷梁容许弯矩值。通过Midas软件计算可知，贝雷梁的剪力如下图3-8所示。图3-8贝雷梁剪力图 单位：kN从图3-8可知，最剪力Fmax268.4kNw698.9 kN，其中容许剪力698.9kN是根据装配式公路钢桥多用途使用手册表3-680、三排单层加强贝雷梁容许剪力值。由于采用的是等效截面因此只能计算弯矩和剪力，不能准确计算出应力和变形，从上面对盖梁底下贝雷梁和门式墩盖梁两侧贝雷梁的计算可知道，盖梁底下贝雷梁的弯矩和剪力均比盖梁两侧贝雷梁计算的大，因此取盖梁底下贝雷梁进行变形和应力计算。3.7.4 贝雷梁应力和变形计算用Midas软件建立三排单层加强贝雷梁进行有限元分析，其自重由软件自身加载并且考虑1.2的安全系数。Midas建立模型并加载如下图3-9所示。图3-9 三排单层贝雷梁加载示意图从图3-9可知道，加载荷载为Q63.127 kN/m。三排单层加强贝雷梁的应力如下图3-10所示。图3-10 贝雷梁应力图 单位：MPa由于81、跨中的弯矩最大，因此跨中的应力最大，从图3-10可知跨中的最大应力为163.5MPa210MPa，其中210 MPa为16Mn钢容许应力，则三排单层加强贝雷梁的强度满足使用的要求。三排单层加强贝雷梁的变形如下图3-11所示。图3-11 贝雷梁变形图 单位：mm从图3-11可知，三排单层加强贝雷梁在最不利荷载作用下最大变形为31.8mm，则f31.8mm L/40018000/40045mm,则三排单层加强贝雷梁的刚度满足使用的要求。三排单层加强贝雷梁的支反力图下图3-12所示。图3-12 贝雷梁支反力图 单位：kN从图3-12可知，每个支反力最大为F115.14kN。由于每组贝雷梁有6个支点，82、因此每组所受的支反力FmaxF6115.146690.84 kN。3.8贝雷梁的稳定性贝雷片的整体稳定性由构造措施保证。贝雷片在每组间设14b槽钢支撑架连接，使贝雷片组成为一个组，在每个组间用角钢连接。在贝雷梁架设的时候，在地面上把三排单层加强贝雷梁拼装好，然后用吊车吊到钢管柱上，并且立即用U型扣锁好，以保证吊装的稳定性。在施工过程中用贝雷梁的稳定性由构造措施保证。每组贝雷梁用14b槽钢连接，并且在贝雷梁的两端也用角钢连接，保证贝雷梁的稳定性。在拆除贝雷梁时，由于贝雷梁在盖梁底下部分需用导链葫芦拉出，因此为了保证贝雷梁在拖拉过程的稳定性，因此设计一个三角桁架，其三角撑如下图3-13所示。图3-83、13 三角撑布置示意图为了防止贝雷梁在拖拉的时候，两侧不均匀拖拉而贝雷梁掉到钢轨上，因此在两端设置非标准贝雷梁。其贝雷梁的结构如下图3-14所示。图3-14 非标准贝雷梁示意图 单位：cm从图3-14可知，非标准贝雷梁与标准贝雷梁连接是通过上下的阴阳接头连接，其中长度L必须满足L150cm。非标准贝雷梁的上下悬杆与贝雷梁相同，都为2-10的槽钢，斜杆为1-I8的工字钢。3.9 横向分配梁的计算横向分配梁的间距如下图3-15所示，在外侧布置一根钢管柱是为了防止拖拉贝雷梁时稳定性不够而设计的，这个桩主要承受拖拉贝雷梁时贝雷梁的重量，因此直径设为329cm的钢管，其余钢管柱设为63cm。图3-15 84、横向分配梁布置图 单位：cm横向分配梁截面采用的是3根56c的工字钢并列焊接而成，并且在上下翼缘处焊接两块20mm的钢板，其截面如下图3-16所示。图3-16 横向分配梁截面图 横向分配梁截面如图3-16所示，间距为如图3-15所示。用midas建立整体模型进行内力计算。其荷载加载图如下图3-17所示。图3-17 横向分配梁荷载加载图 单位：kN横向分配梁的弯矩图如下图3-18所示。图3-18 横向分配梁弯矩图 单位：kN.m从图3-18可知，跨中的弯矩最大且为2066.4kN.m。横向分配梁的应力图如下图3-19所示。图3-19 横向分配梁应力图 单位：MPa从图3-19可知，跨中的应力为185、61.3MPa。采用的是Q235钢，查路桥施工计算手册可知Q235钢的容许弯曲应力为215MPa。则161.3MPa 215MPa。通过以上计算结果表明横向分配梁强度满足使用的要求。横向分配梁的变形图如下图3-20所示。图3-20 横向分配梁变形图 单位：mm从图3-20可知，最大挠度发生在跨中，且最大值为6.36mm，Wmax6.36mmWL/4004200/40010.5mm。通过以上计算结果表明纵梁刚度满足使用的要求。横向分配梁支点反力计算如下图3-21所示。图3-21 横向分配梁支点反力图 单位：kN为保证横向分配梁的稳定，将横向分配梁与钢管柱焊接处理，从图3-21中可知道最大支点反力86、为2529.2kN。3.10 刚管柱的计算1钢管柱强度的计算采用热轧无缝钢管，且直径为630mm、壁厚为15mm的钢管。钢管柱之间用用14a的槽钢连接起来，其钢管柱如下图3-22所示。根据上面3.2节的计算可知，风荷载总的水平荷载：PxW1+ W20.32+0.050.37KN/m2。将其转化为线荷载作用在钢管柱和斜撑上，其线荷载考虑1.4的安全系数后分别为F钢管柱0.370.631.40.33 KN/m，F槽钢0.370.141.40.073 KN/m。由图3-21可知作用在钢管柱顶上荷载为P2529.2kN。其荷载作用图如下图3-23所示。图3-22 钢管柱布置示意图 单位：cm图3-2387、 钢管柱荷载加载图 单位：kN通过有限元分析，钢管柱的应力如图3-24所示。图3-24 钢管柱应力图 单位：MPa从图3-24可知，最大应力为92.4MPa，采用的是Q235钢，查路桥施工计算手册可知Q235钢的容许弯曲应力为215MPa。则92.4MPa215MPa，计算结果表明钢管柱强度满足使用的要求。通过有限元分析，钢管柱的变形如下图3-25所示。图3-25 钢管柱变形图 单位：mm通过有限元分析，从图3-25可知，钢管柱的变形为平面外的变形。最大变形量为f4.2mm，由于竖直方向最大变形f4.2mm，则4.2mm沉降对门式墩施工的影响几乎可以忽略。钢管柱的支座反力如下图3-26所示。图88、3-26 钢管柱支反力图 单位：kN从图3-26可知，钢管柱支反力为2549.6kN。2. 钢管柱稳定性分析考虑到钢管搭设时竖直度可能存在不足，忽略桩顶横向分配梁的摩擦力，因此自由长度假定为1000cm，并且在自由长度范围内偏斜量y取为5cm，如图3-27所示。按单向压弯杆件验算，产生的偏斜弯矩，其最大力如图3-26所示。其计算过程如下所示。图3-27立杆变形图 单位：cmMNy+qL2/22529.20.05+0.3108102/2142kN.m由于钢管柱与工字钢焊接，但为简化计算钢管柱的计算长度系数按照一端固定一端自由，根据表3-1，则由取2。表3-1 等截面柱或压杆的计算长度系数u项次189、234杆端连接方式一端固定一端自由两端铰接一端固定一端铰接两端固定u210.70.5注：此表参照材料力学。计算简图如下图3-28所示。图3-28 稳定性计算简图 单位：cm钢管柱与槽钢焊接，为简化计算钢管柱的计算长度系数按照一端固定一端自由，根据表3-1则由取2。根据路桥施工计算手册附表2-1可计算回转半径，其计算过程如下所示。长细比h/i210/0.217592，由此可查建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范（JGJ166-2008）附表C，钢管柱的稳定系数。立杆欧拉临界力公式如下公式3-1所示。NE2EA/2 （ 3-1）钢材的弹性模量：E2.06105N/mm2则由公式3-1计算，其计算过程如90、下所示。NE22.0610528981.1910-3/9226961.58kN抗弯模量计算过程如下所示。由欧拉公式计算其应力如公式2-9所示。 （2-9）式中： 为等效弯矩系数1.0; 为截面塑性发展系数1.15;其计算过程如下所示：通过以上计算174.7N/mm2215 N/mm2，只要钢管柱范围内偏斜控制在5cm以内，钢管柱纵向稳定性可以得到保证。3.11 刚管桩的屈曲分析把作用在钢管柱上的荷载作为屈曲分析的基本荷载，取10个模态进行分析，将轴力作为变量，其值为2529.2kN，将风荷载和自重作为常量。前几阶段屈曲分析结果如图3-29、3-30、3-31和图3-32所示。图 3-29 钢管91、柱屈曲分析模态一图 3-30 钢管柱屈曲分析模态二图 3-31 钢管柱屈曲分析模态三图 3-32 钢管柱屈曲分析模态四从图3-29、3-30、3-31和图3-32可知，四个模态屈曲临界荷载系数分别为7.4、8.4、10.6和21.95。则模态一、模态二、模态三和模态四的临界荷载系数均大于4，由于是荷载是考虑了安全系数的，因此本结构是安全，钢管柱稳定性能满足施工的要求。3.12 钢管柱基础的计算3.12.1 钢管桩基础的计算钢管桩放在承载上，承台加宽加宽的尺寸如下图3-33所示。图3-33 承台布置图 单位：cm根据铁路桥涵设计规范可知刚性角max45 o，因此力在混凝土中按照45 o角传递。则92、力在混凝土的传递如下图3-34和图3-35所示。图3-34荷载横向分布图 单位：cm图3-35 荷载横向分布图 单位：cm从3.10节可知钢管柱的最大支座反力为P2549.6kN， (此支座反力也考虑了安全系数)，则计算时按照最大的钢管柱支座反力计算。其地基承载力计算如下所示。个钢管立柱下基础受力面积为：S34.613.8P/A2549.6/13.8184.8kPa根据计算结果可知基底应力184.8kPa70，且P9.541.2，则锚喷支护稳定性满足使用的要求。五 地锚设计5.1 设计依据1.垂直锚杆式地锚的设计与应用潘洪良（电力建设）；2.桩式地锚计算方法研究胡红雨（公路交通科技）；3.基础93、工程莫海鸿（中国建筑工业出版社）；4.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；5.钢结构设计规范（GB50017-2003）；6.粗直径钢丝绳（GB20067-2006-T ）；7.路桥施工计算手册周水兴（人交版）。5.2设计荷载及安全系数由于钢管柱的重为2.275t，考虑0.956的折减系数后，PaG0.9562.2752.175t，则地锚的抗拉能力设计为2.175t。5.3 选用材料1. C25混凝土；2. Q235钢材螺纹钢；3. 直径100mm钢丝绳。5.4 地锚设计地锚的布置如下图5-1所示。图5-1地锚布置示意图 从图5-1可知，地锚的计算分两部分计算，首先是地脚螺栓的计94、算和混凝土整体计算。地锚的用途用于钢管柱安装时顶部固定，防止向既有线倾覆。锚固螺栓的计算考虑到揽风绳安装误差，设安装误差与水平夹角为10。则地锚固力学计算模型如下图5-2所示。图5-2 地锚计算简图首先是将P分解为PV和Ph，根据垂直锚杆式地锚的设计与应用地脚螺栓抗拉计算如下式5-1所示。 (5-1)式中：锚固钢材抗拉工作条件系数，永久性锚固取0.69，临时性锚固取0.92；安全工作系数，一般取2.03.0；锚固刚才的截面面积，mm2；刚才的允许拉应力设计值，N/mm2；钢筋的根数，取N1。通过公式5-1，根据钢结构设计规范表查Q235钢筋直径为20cm时，、地脚螺栓的抗拉检算如下所示。则，则95、地锚的螺栓的抗拉强度满足施工使用的要求。根据垂直锚杆式地锚的设计与应用地脚螺栓抗剪力计算如下式5-2所示。 (5-2)式中：锚固钢材容许抗剪应力设计值。通过公式5-2 ，地锚地脚螺栓的抗剪计算如下所示。则，则地锚的螺栓的抗剪强度满足施工使用的要求。根据垂直锚杆式地锚的设计与应用锚固钢材与砂浆黏结力的计算如公式5-3所示。 (5-3)式中：锚固钢材与砂浆接触面积，如果使用钢筋；钢材的有效锚固深度，因砂浆表层有不稳定现象，一般以砂浆表层100mm以下至锚固钢材底端为计算锚固深度；锚固钢筋直径；钢材与砂浆黏结强度工作条件，对于永久性锚固取0.6，对于临时性锚固取0.72；锚固钢材与砂浆之间的极限黏结96、强度N/mm2，与砂浆强度和锚固钢材的表面情况有关，所以在使用钢筋作为锚固钢材时，最好选用螺纹钢，详细情况见表5-1所示。表5-1 锚固黏结强度与砂浆和钢材表面情况关系锚固钢材类型水泥砂浆强度等级（N/mm2）M25M30M35螺纹钢2.12.42.7表面光圆钢1.51.72.0通过公式5-3，锚固钢材与砂浆黏结力的计算如下所示。则，则锚固钢材与砂浆黏结力满足施工使用的要求。5.4.2地锚混凝土的计算 按照重力式地锚设计根据上面的计算可知道，锚固钢筋埋入深度为70cm并且在钢筋上焊接3020cm的钢板。则地锚的尺寸如图5-3所示。图5-3 重力式锚固示意图 单位：cm地锚重量：由于地锚将按照边97、缘转动，因此地锚对边缘转动力矩计算如下所示。M抗GL/2571/234.2kN/m钢管桩往既有线倾倒。则转动的力矩计算如下所示。MyPh/cos21.751.14/cos1025.18kN/m由于My25.18kN/m M抗34.2kN/m，则重力式地锚满足施工使用的要求。锚固地基强度计算如下所示。当地锚固未工作状态下地基应力计算。1.2P/A1.257/（1.81.8）21.11kPa当地锚固工作状态下的地基应力计算。1.2P/A（M抗My）/W1.257/（1.81.8）+（34.225.18）/(1.21.22/6)52.4MPa则最大应力52.4kPa2，其中2为路桥施工计算手册表15-29所取。则通过数据表明地锚的稳定性满足施工的要求。揽风绳所用的钢丝绳计算如下所示。选取公称直径为60mm钢丝绳，根据粗直径钢丝绳表9可知道为1570MPa，则钢丝绳拉应力的计算如下所示。根据以上计算可知P21.75kN，P/(d2/4) 21.75103/(602/4) 7.69MPa则7.69 MPa1570MPa，则揽风绳的钢丝绳强度满足使用的要求。