钢管立柱计算

钢管立柱计算新建海南西环铁路XHZQ-5标项目经理部龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程30+50+30连续梁施工方案中铁十四局集团有限公司-2-30+50+30m连续梁支架(钢管立柱部分)计算书一、跨西环铁路钢管立柱支架方案介绍在连续梁主跨跨越西环铁路处设置钢管承重立柱+纵向贝雷桁架梁（两跨24m）+横向分配梁的结构模式，支架搭设完成后门洞通行净空为5.6m（既有线要求最小通行净空5.6m），整体支架布置详见附图《全跨度碗扣支架及钢管立柱贝雷支架布置立面图》。1.立柱基础中间一排设置长度19m，宽度1.2m，高度1m钢筋混凝土条形基础，基础位于西环铁路路基中心；两侧设置Φ1.20m桩基础，桩顶设置混凝土条形基础（19m*1.2*1m）系梁，大里程侧每条条形基础下布置4根桩，间距3.7m，单根桩长12m，采用旋挖钻成孔，小里程侧每条条形基础下布置5根桩，间距2.85m，单根桩长8m，因承台基坑开挖后，旋挖钻无法施工，此处桩基采用人工挖孔成孔。条形基础采用C35钢筋混凝土，底层钢筋采用Φ16HRB400钢筋，间距10cm，侧面及顶面采用Φ12HRB400钢筋网，间距15cm，在钢管立柱对应位置处预埋2cm厚1m*1m钢板。2.钢管立柱钢管立柱采用Φ630mm、10mm厚度螺旋钢管，钢管之间采用[10号槽钢连接为整体，立柱底端与基础连接处设置2cm厚1m*1m钢板，立柱顶端设置三拼40a工字钢横梁。3.贝雷桁架梁单幅连续梁布置单层18排加强贝雷桁架梁并采用90cm花窗将两排贝雷片连接为整体，在贝雷桁架梁上横向铺设20a工字钢分配梁，间距60cm，工字钢上纵向铺设[10号槽钢，间距60cm（详见《中钢管立柱处支架横截面布置图》）。4.贝雷桁架梁上碗扣支架新建海南西环铁路XHZQ-5标项目经理部龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程30+50+30连续梁施工方案中铁十四局集团有限公司-3-在贝雷桁架梁上布置满堂式碗扣支架，Φ48×3.5mm碗扣立杆、横杆、斜撑杆、可调节顶托、10cm×15cm木方做纵向分配梁，直接铺设在支架顶部的可调节顶托上，纵向分配梁上再铺设横向分配梁，连续箱梁底模板采用竹胶模板，后背10cm×10cm木方，然后直接铺装在10cm×15cm方木纵向分配梁上进行连接固定。根据连续箱梁施工技术要求、荷载重量、荷载分布状况、地基承载力情况等技术指标，通过满堂碗扣支架计算确定，贝雷桁架梁上碗扣钢管布置:立杆横纵间距60cm，横杆间距60cm，支架在桥纵向每300cm间距设置剪刀撑，满足承载力要求，此处不再验算，此处验算钢管立柱支架稳定性。二、荷载分析1.施工人员、机械、材料荷载：P1=2.5KN/m22.混凝土冲击及振捣混凝土时产生的荷载：P2=2.5KN/m23.梁体钢筋混凝土截面自重荷载：跨西环铁路最大截面高度为2.35m，截面积为12.52㎡，24m范围内砼体积300.48方，总重为：7812.48KN。其中：a翼缘板处：P31=10.26KN/m2b腹板处：取最高截面（2.35m）处P32=61.1KN/m2c底板处：P33=16.64KN/m2注：混凝土截面自重以最厚处截面，视作等截面计算。4.模板、支架自重荷载、贝雷桁架梁上碗扣荷载：P1=2.15KN/m25.贝雷桁架梁自重：单片12mP=(4×275+4×25+4×80)×10=15.2KN6.贝雷桁架梁受力验算a.底板及腹板下方：贝雷桁架梁2跨24m，单跨12m，视作两等跨连续梁。其上分布均布荷载，翼缘板处荷载由其下方4片贝雷桁架梁承担，腹板及底板处荷载由其下方14片贝雷桁架梁承担，经换算作用在单片贝雷桁新建海南西环铁路XHZQ-5标项目经理部龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程30+50+30连续梁施工方案中铁十四局集团有限公司-4-架梁上的砼荷载均布荷载为19.39KN/m。P3=(7812.48-10.26×2.63×2×24)/(24×14)=19.39KN/m单片梁上均布力：Q布=1.4（2.5+2.5）×9.36/14+（15.2/12）×1.2+1.2(2.15×9.36/14+19.39)=31.2KN/m根据《路桥施工计算手册》中附表2-8可知，中间钢管立柱处弯矩最大,即：Mmax=0.125QL2=0.125×31.2×122=561.6KN.mM允=1687.5KN.m满足要求；中间钢管立柱处剪力最大，即：Qmax=0.625QL=0.625×31.2×12=234KNQ允=245.2KN满足要求。b.翼缘板下方，计算过程同a，经计算得：P3=(10.26×2.63)/2=13.5KN/m单片梁上均布力：Q布=1.4（2.5+2.5）×2.63/2+（15.2/12）×1.2+1.2(2.15×2.63/2+13.5)=30.31KN/m根据《路桥施工计算手册》中附表2-8可知，中间钢管立柱处弯矩最大,即：Mmax=0.125QL2=0.125×30.31×122=545.58KN.mM允=1687.5KN.m满足要求；中间钢管立柱处剪力最大，即：Qmax=0.625QL=0.625×30.31×12=227.32KNQ允=245.2KN.满足要求。7.贝雷桁架梁下横向分配梁验算新建海南西环铁路XHZQ-5标项目经理部龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程30+50+30连续梁施工方案中铁十四局集团有限公司-5-根据贝雷桁架梁受力分析及计算，中间一排钢管立柱上工字钢受力最大，工字钢有效长度为16.6m，作用在横梁上的总荷载为：F总=（227.32×2×2+234×2×14）=7641.28KN根据结构布置，作用力主要集中在7个支点处，采用三拼40a工字钢为横梁，按照均布荷载计算，换算均布力为：460.3KN/m。按照简支梁考虑，跨度为2.68m。则最大弯矩为：Mmax=0.125×460.3×2.68×2.68=413.25KN.m最大剪力为：Qmax=0.5×460.3×2.68=616.802KN查型钢表得I40a截面特性：d=10.5mm，I=21714cm4，W=1085cm3，s=631cm3，E=2.1×105MPa。（按三拼计算）抗弯强度：σ=M/W=413.25/3×1085×103=126.9MPa＜[σ]=145MPa，满足要求。抗剪强度：τ=QS/2dI=616802×631×103/（3×10.5×21714×104）=56.9MPa＜[τ]=85MPa，满足要求。8.钢管立柱受力计算，钢管立柱选用Φ630，壁厚10mm的A3钢材,根据整体受力分析，中排钢管立柱受力最大，长度按8m计算：A=3.14*(0.3152-0.3052)=19468mm2i=1/2*(6302+6102)1/2=439λ=l/i=8000/439=18.22查Ψ=0.952，由，F总=（227.32×2×4+234×2×14）=7641.28KN抗压强度验算：σ=F/A=7641280/19468=392.5MPa单排共7根钢管立柱，每根承受392.5/7=56.07Mpa＜[σ]=140MPa，满足要求。稳定性验算：σ=F/ΨA=6783219/0.952/19468=412.29MPa新建海南西环铁路XHZQ-5标项目经理部龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程30+50+30连续梁施工方案中铁十四局集团有限公司-6-单排共7根钢管立柱，每根承受412.29/7=58.89Mpa＜[σ]=140MPa，满足要求。9.地基承载力验算钢管立柱下设置条形钢筋混凝土基础，尺寸为19m×1.2m×1m，与地基接触面积为19×1.2=22.8㎡，承受压应力为：σ=7641.28/22.8=335.14kpa中间一排钢管立柱基础在路基基床底层上，地基系数要求大于150MPa,根据文献《路基系数与容许承载力的探讨》中经验公式换算:σ地=0.0024K30+0.015=0.0024×150000+0.015=360kpa地基承载力为：360kpa，满足要求。查《路桥施工计算手册》“碎石土的容许承载力”表11-18可得中密碎石土的承载力为500-800kpa，满足要求。考虑路基实际的安全性，需对该处路基进行详细检测，合格后进行条形基础施工。两侧2排钢管立柱基础位于西环铁路路基以外，基础位置为粉质粘土，查《路桥施工计算手册》表11-15可得粘性土的承载力为140kpa，小于335.14kpa，所以地基需要处理。结合现场实际，大里程侧条形基础下设置4根Φ1.20m桩基础，桩长12m，间距3.7m，小里程侧条形基础下设置5根Φ1.20m桩基础，桩长8m，间距2.85m。根据桥梁计算手册，单桩承载力Ra=Qsk+Qpk=up∑qsiali+qpaApQsk-单桩总侧阻力特征值Qpk-单桩总端阻力特征值up-桩身周长qsia-桩侧第i层土的侧阻力特征值li-桩穿越第i层土的厚度新建海南西环铁路XHZQ-5标项目经理部龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程30+50+30连续梁施工方案中铁十四局集团有限公司-7-根据基础受力情况，其单桩总端阻力较小，因此只考虑单桩总侧阻力特征值。地质情况描述如下，（根据《龙沐湾大道上跨西环铁路高架桥工程施工图设计，第五册》中对地质描述及实验，管桩穿越地层液性指数小于0.5，查询《路桥施工计算手册》表11-58“）地层0-9m，为粉质粘土，qsia取60kpa，9-12m，为粉细砂，qsia取35kpa。大里程侧：Ra=1.2*3.14（60*9+35*3）*4=9721KN，根据计算，该单排桩基础施工过程中受力为7641KN9721KN。满足受力要求。小里程侧：Ra=1.2*3.14*60*8*5=9043KN，根据计算，该单排桩基础施工过程中受力为7641KN9043KN。满足受力要求。结论：通过上述计算复核审核，支架受力满足结构受力和施工安全要求。计算：复核：审核：