合肥市铜陵路高架工程临时支架计算书
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浙江兴土桥梁建设有限公司
二OO二年三月
目录
1. 概述 (1)
1.1上部结构 (2)
1.2下部构造 (2)
2. 计算依据 (2)
3. 荷载参数 (2)
3.1基本荷载 (2)
4.荷载组合与验算准则 (3)
4.1支架荷载组合 (3)
5.结构计算 (3)
5.1桥面系计算 (3)
5.2主梁计算 (5)
5.3栏杆计算 (9)
5.4承重梁计算 (9)
5.5桩基础计算 (10)
1. 概述
合肥市铜陵路桥老桥位于合肥市铜陵路南段，横跨南淝河，结构形式为独塔双索面无背索部分斜拉桥预应力混凝土梁组合体系，桥长136米，桥面宽38米，桥跨布置为30米+66米+30米，根据铜陵路高架工程总体要求，在铜陵路老桥两侧各建设一座辅道桥，单侧辅道桥面宽19.0米，新、老桥的桥面净距为0.5米。
主桥钢箱梁安装用钢支架施工，钢支架主要设计情况为，单侧拓宽桥支架设计长度约117米，宽度19米，支架上部采用连续贝雷梁与型钢组合，下部结构采用钢管桩基础。
本支架主跨分为9m、12m两种。
支架设计控制荷载为钢箱梁重量和钢箱梁内钢筋砼重量。
支架总体布置图如图1和图2所示
图1 支架立面布置图
图2 支架横断面布置图
1.1上部结构
1.1.1 跨径：支架跨径分为9m、12m梁种，均按连续梁设计。
1.1.2 桥宽：支架桥面净宽为19m。
1.1.3主梁：支架主梁贝雷梁组拼，横桥向布置18片，详见图2和图3所示。
贝雷梁钢材为16Mn，贝雷梁销轴钢材为30CrMnSi。
1.1.4支撑架：纵向主梁之间设置支撑架；
1.1.5分配梁：桥面分配梁为I22a。
1.1.6 支架高程：+13.102m。
1.2下部构造
1.2.1墩顶承重梁：均采用2I40a规格。
1.2.2桩基础：采用直径630*8mm和426*8mm规格钢管桩
图3 基础布置图
2. 计算依据
1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
2）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
3）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；
4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）；
5）《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金等编著）人民交通出版社。
3. 荷载参数
3.1基本荷载
1）轨道43a为43kg/m，轨道横向0.108m转化为线荷载，纵桥向每60cm分配梁承受的力43 kg/m*12m*0.6m/0.108m=28.7KN/m
2）钢桥最重节段滑移支座荷载：Q2=30*9.8=294KN，则每个支点受力为24.5KN。
3）单相桥梁混凝土用量L=380m3,重量为G1=9500KN,共26排支架每排支架受力
为365.5KN。
加上钢筋，钢桥自重，每排支架受力为Q1=538.2KN，则单个支点的力为134.5KN。
4）结构自重已自动加入电算模型。
4.荷载组合与验算准则
4.1支架荷载组合
支架结构设计分为钢箱梁安装和钢筋混凝土浇筑后两种工况。
支架各状态下的计算工况表1
设计状态工况
荷载组合
恒载基本荷载其他可变载
工作状态Ⅰ结构自重钢箱梁安装Ⅱ结构自重钢筋砼浇筑后
5.结构计算
采用midas/civil2010软件，建立2×12m共两跨空间计算模型。
图4支架计算模型
5.1桥面系计算
采用有限元法对钢桥面分配梁进行建模加载分析，综合考虑钢箱梁在浇筑砼后墩顶砼承受最大应力，加载图如下图所示：
图5 钢轨转化为线荷载加载图图6 分配梁墩顶加载图
图7 分配梁跨中加载图
图8 分配梁正应力图(单位：MPa)
图9 分配梁剪应力图(单位：MPa)
（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：对于临时结构有[σ]＝145×1.3＝188.5Mpa）
经计算整理，分配梁受力满足要求。
5.2主梁计算
5.2.1 工况Ⅰ
工况I组合：结构自重+钢轨重量+砼浇筑前钢箱梁重量
分别将支座荷载布置在纵桥向布置于支架的跨中，主要用于计算贝雷片弦杆的轴力；支座荷载在墩顶布置，主要用于计算贝雷片的竖杆轴力。
桥面荷载加载图如图11和图12所示。
图10 跨中加载计算模型
图11墩顶加载计算模型
其贝雷片受力图如下图12～图14所示：
图12工况I时弦杆受力最大值（单位：kN）
图13 工况I时竖杆受力最大值（单位：kN）
图14 工况I时斜杆受力最大值（单位：kN）
经计算整理，支架贝雷片结构受力如表5所示：
工况Ⅰ时贝雷片受力表表2 杆件名材料桥断面型式内力值(kN) 理论容许承载值（kN）位移值(mm) 弦杆16Mn ][10 47 560
竖杆16Mn I8 55 210
-2.8
斜杆16Mn I8 48.8 171.5
支架结构受力满足要求。
此工况下，当车辆荷载作用于支架钢管桩桩顶时，其桩顶反力值较布置于跨中时大，通过计算得墩顶最大竖向反力值：23.3t
5.2.2工况II
工况II组合：结构自重+钢轨重量+ 砼浇筑后钢箱梁重量
支座支点放在跨中和端部两种情况，其加载模型图详见桥面系计算图6和图7所示：
其贝雷片各杆件的受力图如图15～图17所示：
图15 工况Ⅱ弦杆受力最大值(单位：kN)
图16 工况Ⅱ竖杆受力最大值(单位：kN)
图17 工况Ⅱ斜杆受力最大值(单位：kN) 经计算整理，支架贝雷片结构受力如表6所示：
工况II 时贝雷片受力表 表3
钢箱梁位于墩顶时，支架主梁结构受力均满足要求。
此时，墩顶最大反力值：66t 。
（考虑22排支撑时，单桩墩顶最大反力为76t ） 5.2.3结论
综上所述，各工况下支架的竖向弹性变形与非弹性变形之和最大值为12.1mm ，其变形小于L/400，满足要求。
支架各工况下，单桩最大轴力按90t 考虑。
根据计算可知：支架纵向至少保证26排支撑，因支架整体受力取决于钢箱梁支撑的数量，为了减少局部受力过大的情况产生，建议现场纵桥向增加支撑以加强支架整体稳定性。
5.3栏杆计算
作用于栏杆立柱顶上的水平推力标准值为：0.75kN/m ；钢桥面板支架栏杆立柱间距为1.8m ，故立柱最大受力为：
1 1.80.75 1.35F kN =⨯=，栏杆立柱高为1.1m ，其抗弯模量为：322861W mm =，立柱
应力为：6
1113
1.35 1.11017.5()7710M F L MPa W W σ⨯⨯⨯====⨯； 作用于栏杆扶手上的竖向力标准值为：1.0kN/m 。
两立柱之间最大距离为1.8m ，
其弯矩为：22211
1.0 1.80.405()88M ql kN m ==⨯⨯=⋅，栏杆扶手的应力为：
6
220.4051045()8985
M MPa W σ⨯===
上述计算表明，选取I12.6a 作为栏杆立柱，直径48mm ×3mm 小钢管作为栏杆扶手的截面，是适合的。
5.4承重梁计算
承重梁截面为2I40a ，当支座位于墩顶是，承重梁受力最大，其应力最大，如图25所示。
图18 承重梁组合应力图(单位：MPa)
按《钢结构设计规范》第 4.1.4条计算分配梁组合应力，其组合应力
[]69.7pa 140()M MPa σ≤= 分配梁受力满足要求。
5.5桩基础计算 5.5.1桩基反力计算
A 、竖向力计算
通过上述计算得知，此处单桩按最大90t 计算。
5.5.2钢管桩计算
因420*8mm 钢管桩长度较短，纵向双排布置，此处不予计算，仅计算630*8mm 钢管桩，钢管自由长度为7m 钢管桩回转半径为21.992cm
长细比：700
3221.922
x l i λ===。
按照b 类截面，稳定系数：0.929ϕ=。
3
9001062()0.92915633
N MPa A σϕ⨯===⨯
钢管桩其受力满足要求。
5.5.3 承载能力计算
土层摩阻力统计表（经验取值） 表5
序号 土层名称 桩周摩阻力 （kPa ）
顶面
（m ） 底面高程 （m ） 层厚（m ） 1 软塑状淤泥质土 15 4～5 2 软~硬塑状亚粘质土 50
11～13
3
硬塑~坚硬状粘土
80
2～3
4
泥岩
根据公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007）公式5.3.3-3，计算单桩承载力为：
1
[]2i i i P U f l α=∑（不考虑桩端摩阻力）
1
0.63 1.0515********
π=⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯（）
=954kN>900KN
因此承载力满足要求。
钢管桩需穿透坚硬状粘土（即岩层顶面）方能满足承载力要求，由于地质资料不明确，单桩承载力以现场试验数据为准。