跨呼大高速公路连续梁设计与检算书

新建铁路呼和浩特至准格尔铁路工程
HZSG-4标段
跨呼大高速公路特大桥连续梁支架、基坑开挖防护、交通防护、临时固结设计与检算书
目录
1 编制依据 (1)
2 工程概况 (1)
3 0#块支架设计图 (2)
4 0#块支架检算 (3)
4.1外荷载计算 (3)
4.2纵梁计算 (4)
4.3横梁计算 (5)
4.4支架水平杆计算 (6)
4.5支架立柱计算 (7)
5 边跨现浇段支架设计图 (8)
6 边跨现浇段支架检算 (9)
6.1外荷载计算 (9)
6.2纵梁计算 (10)
6.3横梁计算 (11)
6.4支架水平杆计算 (14)
6.5斜竖向撑杆计算 (15)
6.6直竖向撑杆计算 (15)
7 承台基坑开挖钻孔灌注桩支护计算 (15)
7.1灌注桩支护锚固深度计算 (18)
7.2灌注桩支护配筋计算 (20)
8 临时固结计算 (22)
8.1单个临时固结所需的精轧螺纹钢筋面积计算 (23)
8.2单个临时固结所需的C50混凝土面积计算 (23)
8.3单个临时固结所需的钢板面积计算 (23)
8.4临时固结设计图 (23)
9 防护棚架计算 (25)
9.1呼大高速公路路面情况 (25)
9.2设计标准 (25)
9.3设计方案 (26)
9.4设计参数 (26)
9.5设计计算方法 (26)
9.6防护棚架示意图 (32)
1 编制依据
（1）《跨呼大高速公路特大桥》呼准施桥-06
（2）《有碴轨道预应力混凝土连续梁（双线）》叁桥（2006）2206-B
（3）《双线连续梁圆端形实体桥墩 L=48+80+48m 双线连续梁》呼准桥通-23-Ⅱ
（4）《铁路常用跨度连续梁球型钢支座（LXQZ型）安装图》通桥（2009）8361-LXQZ
（5）铁路桥梁钢结构设计规范 TB10002.2-2005 （6）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范 TB10002.3-2005
2 工程概况
本桥位于跨多条既有省、国道及乡村道路，其中跨越呼大高速公路采用48+80+48m连续梁结构形式，其余均采用简支梁上跨，本桥桥梁全长为6412.01米，其桥跨结构形式为{（5-32m）+（1-24m）+（5-32m）+（3-24m）+（3-32m）+（3-24m）+（5-32m）+（2-24m）+（5-32m）+（3-24m）+（34-32m）+（2-24m）+（2-32m）双线预应力混凝土简支T梁}+{（48+80+48）双线预应力混凝土连续梁}+{（1-32m）+（2-24m）+（7-32m）+（1-24m）+（76-32m）+（2-24m）+（23-32m）+（1-24m）+（9-32m）双线预应力混凝土简支T梁}；除此以外本桥桥址经过的位置，地下水、地表水在不同程度上对混凝土结构具有硫酸盐及氯盐侵蚀作用，因此本桥施工时，对混凝土抗腐蚀有一定的特殊要求。

线路在DK33+160.50—DK33+338.20处跨越呼大高速公路。

74#及75#墩为该处连续梁主墩，承台尺寸为18.6m×14.6m×5m，墩身均为实心墩，墩高7.5m，墩身截面尺寸为4m×8.4m。

支撑垫石截面尺寸为2m×2.8m，高度19cm，支座采用球型钢支座LXQZ35000-0.2g及LXQZ8000-0.2g。

支座设置根据施工图确定固定支座设于75#墩上， 75#墩设置固定及横向活动支
座，74#墩设置纵向及多向活动支座，73#、76#墩均设置纵向及多向活动支座，支承垫石采用C40混凝土，垫石顶面四角高差不大于2mm。

该处连续梁0#节段采用支架现浇，0#节长度12m，高度 6.4m，体积311.92m³，重量810.99t；1#节段至10#节段采用菱形挂蓝悬臂浇筑，其中1#节段最重为125.9t,8#、9#和10#节段最长为4m，箱梁底板下缘按二次抛物线变化，梁底抛物线方程为y=1120÷66002×x2，连续梁与高速公路夹角为55.46°，公路为东西走向，铁路为南北走向，梁底至路面的最小距离为7.9m。

呼大高速公路为双向四车道，路面总宽度为24.9m，中间设中央分隔带，宽度为
2.0m。

3 0#块支架设计图
0#块型钢支架立面图（图一）
0#块型钢支架侧面图（图二）4 0#块支架检算
4.1 外荷载计算
作用在支架上的荷载有
（1） 0#段悬臂砼重（砼重量按2.65t ／m ³计），P1=311.92×2.65／12×
4=275.53(t)；
（2） 模板及支撑系统重按外悬臂砼25%计算，P2=275.53/4=68.88(t)；
（3） 人员及堆放材料和设备按150kg ／㎡计，P3=11.7×4×
0.15=7.02(t)；
（4） 砼施工捣固力按200kg ／㎡计，P4=11.7×4×0.2=9.36(t)；
（5） 砼施工冲击力按200kg ／㎡计，P5=11.7×4×0.2=9.36(t); P=P1+P2+P3+P4+P5=370.15(t)。

4.2 纵梁计算
由设计图可知外悬臂长L=4m ，结构为简支梁形式，则可得如下计算简图：
图三 q=P/L=92.54(t/m)；
R1=R2=P/2=185.07(t)； max 1185.07()224
L L L M R q t m =⨯-⨯⨯=⋅
;
纵梁弯矩图（图四）
纵梁剪力图（图五）
1
2图一
选用40a 工字钢，查表的Ag=86.112cm 2（截面面积），W=1090cm 3（截面抵抗矩）。

根据规范查表2[] 1.4(/)t cm σ=，则：需要40a 工字钢根数由n= max M /（W ×[]σ）=13根，考虑到不稳定系数，共选用17根，其中梁翼缘板下各设置2根，腹板宽度下各设置4根，中底板下设置5根。

挠度计算：应用虑功原理，则有如下方程
22
02122L
x x f R x q dx n E J ⎛⎫∆=⨯-⨯⨯ ⎪⨯⨯⎝
⎭⎰（其中n 为40a 工字钢根数，J 为惯性矩，E 为弹模）
4.9f mm ∆=＜L/400=10mm ，挠度值符合要求。

4.3 横梁计算
由4.2纵梁计算得前后底横梁受力p=R1=R2=185.07(t)；由支架设计图可知，该结构为两端带悬臂的连续梁，如下计算简图
1
2
3
图二
（图六）
横梁弯矩图（图七）
横梁剪力图（图八）
由梁设计图得出：0#块段横断面积21.72㎡，其中翼缘板（两侧）悬臂横断面积2.14㎡，腹板（两侧）悬臂横断面积12.9㎡，中底板和中顶板横断面积6.68㎡，根据外力荷载集度与梁断面面积成正比例的原理：则1=54.96p A q A L ⨯=⋅⨯腹（t m ）总腹，2=12.94p A q A L ⨯=⋅⨯中（t m ）总中，3=3.44p A q A L ⨯=⋅⨯翼（t m ）总翼
用迈达斯解超静定：R1=R3=62.71(t)，R2=59.67(t)，
max -20.29()M t m =⋅、
，max 14.03()M t m =⋅，
选用双拼40a 工字钢，查表40a 工字钢w=1090cm 3,取2[] 1.4(/)t cm σ=，2max 0.93(/)2M t cm w
σ==⨯＜2[] 1.4(/)t cm σ=，满足要求。

4.4 支架水平杆计算
由支架设计图知，支架水平杆一端预埋于桥砼内，埋入深度1m ，一端置于前端钢立柱上，上置两个砂桶间距3.8m ，靠近墩身侧砂桶到墩身砼面0.47m ，由上4.3计算知，两侧支架受力最大，前后作用力P1=P2=62.7(t)。

如下简图计算
（图九）
支架水平杆.剪力图（图十）
支架水平杆.弯矩图（图十一）
应用迈达斯解超静定。

R1=61.55(t)，R2=63.85(t),
max -24.54()M t m =⋅、
，max 4.38()M t m =⋅，
选用两根40a 双拼槽钢，查表40a 槽钢w=879cm 3,，取2[] 1.4(/)t cm σ=，2max 1.39(/)M t cm n w
σ==⨯＜2[] 1.4(/)t cm σ=，满足要求。

4.5 支架立柱计算
由支架设计图知，立柱净高L=7.9m ，由上4.4计算知，外侧立柱受力最大为N=63.85(t),选用双拼32a 槽钢作为立柱，查表Ag=48.51cm 2（截面面积），根据规范取2[] 1.4(/)t cm σ=，则20.658(/)2N t cm Ag
σ==⨯＜2[] 1.4(/)t cm σ=，满足要求。

立柱稳定性计算：
由支架设计图知，立柱上端与水平杆焊接连接，并设有16a 槽钢作为横向连系，底端与埋在承台内的钢板进行焊接连接，则取一端固定，一端铰接的结构形式，则μ=1,L=7.9m,查表36a 槽钢i=12.5cm ，
λ=μ×L ／i=63.2，查表φ=0.85, 20.658(/)2N t cm Ag
σ==⨯＜
2[] 1.17(/)t cm σφ⨯=，满足要求。

5 边跨现浇段支架设计图
边跨现浇段型钢支架立面图（图十二）
边跨现浇段型钢支架侧面图（图十三）6 边跨现浇段支架检算
6.1 外荷载计算
作用在支架上的荷载有
（1）边跨现浇段悬臂砼重（砼重量按2.65t ／m ³计），P1=104.16×2.65／7.75×5.7=203.01(t)；
（2） 模板及支撑系统重按外悬臂砼25%计算，P2=203.01/4=50.75(t)； （3） 人员及堆放材料和设备按150kg ／㎡计，P3=11.7×5.7×0.15=10(t)；
（4） 砼施工捣固力按200kg ／㎡计，P5=11.7×5.7×0.2=13.34(t)； （5） 砼施工冲击力按200kg ／㎡计，P5=11.7×5.7×0.2=13.34(t)； P=P1+P2+P3+P4+P5=290.44(t)。

6.2 纵梁计算
由支架设计图可知：纵梁下共设三条横梁，横梁间距2.75m ，由6.1计算知纵梁上外荷载p=290.44（t ）。

则可有如下计算简图：
（图十四）
52.81(/)p
q t m L
==
用迈达斯解超静定：
R1=25.79(t) R2=190.12(t) R3=74.37(t)
max -57.72()M t m =⋅、，max
52.09()M t m =⋅，
纵梁剪力图（图十五）
纵梁弯矩图（图十六）
选用28工字钢，查表Ag=55.404（cm 2）：W=508cm 3按规范取根据规范查表2[] 1.4(/)t cm σ=，则：需要28a 工字钢根数由n= max M /（W ×[]σ）=9根，考虑到不稳定系数，共选用14根，其中梁翼缘板下各设置2根，腹板宽度下各设置3根，中底板下设置4根。

挠度计算：应用虑功原理，则有如下方程
22
02122
L
x x f R X q dx n E J ⎛⎫∆=⨯-⨯⨯ ⎪⨯⨯⎝⎭⎰（其中n 为40a 工字钢根数，J 为惯性矩，E 为弹模）
4.6f mm ∆=＜L/400=10mm ，挠度值符合要求。

6.3 横梁计算
由支架设计图知：横梁下共设三条支架，间距为L=3.2m ，由6.2计算知：中间横梁受力最大为R2=190.12（t ）；根据连续梁直线段设计横断面，可有如下计算图示：
（图十七）
由梁设计图直线段断面各部面积为：两个翼缘板S 翼=2.13m 2；两个腹板S 腹=4.66m 2；S 中=6.6T （m 2）；S 总=13.46（m 2），根据横梁受力分配率与梁横断面各部面积比率相同的原理：
则q 1=5.68（t/m ）；q 2=41.14（t/m ）；q 3=19.63（t/m ）； 用迈斯解超静定：
R 1=61.95(t) R 2=66.24(t) R 3=61.95(t) M max =9.38（t.m ） M ˊmax
=-19.94(t.m)
横梁剪力图（图十八）
横梁弯矩图（图十九）
选用36工字钢双拼，查表Ag=76.48（cm 2）,W=875(cm 3),按规范取[б]=1.4T/cm 2；
则2max
1.14(/)2M t cm w
σ=
=⨯≤[б]=1.4(T/cm 2)满足要求。

靠墩侧横梁计算与中横梁计算原理相同：
（图二十）
q1=0.77（t/m）,q2=5.58（t/m）,q3=2.66（t/m）；用迈斯解超静定：
R1=8.4(t) R2=8.98(t) R3=8.4(t)
M max=1.27（t.m） Mˊmax=-2.7(t.m)
选用和中横梁相同的双拼36工字钢，可满足要求。

边横梁计算与中横梁计算原理相同：
（图二十一）
q1=2.22（t/m）,q2=16.09（t/m）,q3=7.68（t/m）；用迈达斯解超静定：
R1=23.38(t) R2=26.56(t) R3=23.38(t)
M max=3.89（t.m） Mˊmax=-7.56(t.m)
选用和中横梁相同的双拼36工字钢，满足要求。

6.4支架水平杆计算
由支架设计图知：支架水平杆一部分埋入帽石砼以内；外悬臂受力长5.7m，由三个砂筒传递荷载，三个砂铜间距分别为分别为2.05m和3.45m，靠墩侧砂筒中心到墩侧面砼面距离为（20+20+10）cm。

水平杆外悬部分：由一根斜竖杆和一根直竖杆，支撑间距为3.45m，由6.3m计算知：中间间排水平杆最大受力P1=8.98（t）、P2=66.24（t）、P3=26.56（t），则可得如下计算图式：
（图二十二）
用迈达斯解超静定：
R1=8.26（t），R2=67.07（t），R3=26.46（t），M max=1.15（t.m），M’max=-2.97（t.m）。

水平杆弯矩图（图二十三）
水平杆剪力图（图二十四）
由于R3为斜杆，则对水平杆产生水平拉力，由支架设计图知：斜杆高10.3m，斜杆支撑在承台上点到水平杆端支点是3.3m，则斜杆对水平杆产生拉力N=26.46×3.3/10.3=8.48m(t)；选用双拼25槽钢：查表Ag=34.917（cm ²）ω=270（cm²）；按规范取[σ]=1.4t/cm³满足要求。

6.5斜竖向撑杆计算
由支架设计图知，斜杆长L=10.82m，高10.3m，斜距3.3m，斜杆与水平杆焊接连接，与承台墩钢板焊接连接，三条支架设横向连系，由4.5m计算知斜杆受竖向力为26.46（t），则斜杆轴向力N=26.45×10.82/18.3=27.79(t)；选用双拼32槽钢查表：Ag=48.513（cm²） i=270（cm³），按一端固定一端铰接计，则u=1，l=10.8（m），则λ=1080×1/12.51=86.3，查表φ=0.7 则б=N/(2*Ag)=0.4t/cm²＜[σ]*φ=1.4*0.7=0.98（t/cm²）满足要求。

6.6直竖向撑杆计算
由支架设计图知：竖向撑杆长10.3m，与水平杆及下承台预埋件焊接连接，三条支架设横向连系，由4.5计算知直竖向撑杆受力N=67.06（t），选用双拼32槽钢，查表Ag=48.513（cm²） i=12.5（cm），接一端固定端铰接计，则u=1，l=10.3（m），则λ=1030×1/12.5=82.4，查表φ=0.72 则б=N/(2*Ag)=0.96t/cm²≤[σ]*φ=1.4*0.72=1.01（t/cm²）满足要求。

7 承台基坑开挖钻孔灌注桩支护计算
74#及75#墩为跨越呼大高速公路连续梁主墩，承台尺寸为18.6m×14.6m×5m。

74#墩原地面标高1001.45m，承台底标高995.88m。

基坑按坡比1：0.75
开挖，每边预留 1.6m施工作业面。

则每边基坑开挖尺寸比承台边缘大5.725m。

75#墩原地面标高1001.35m，承台底标高995.80m。

基坑按坡比1：0.75开挖，每边预留 1.6m施工作业面。

则每边基坑开挖尺寸比承台边缘大5.725m。

基坑防护方式：基坑防护方式采用桩径1.0m，，桩长11m，间距2.0m 钻孔桩形式对既有高速公路进行防护。

采用桩径0.5m，桩长8m的双向水泥搅拌桩进行防渗，防渗范围到承台开挖线即可，双向水泥搅拌桩连续设置。

具体防护位置见下图。

跨呼大高速公路特大桥连续梁主墩承台防护平面布置（图二十五）
17
7.1 灌注桩支护锚固深度计算
第一层土（0～2.5m ）土层重度3119.5/r kN m =，粘聚力13c kPa =，内摩擦角123ϕ=；
第二层土（2.5m 以下）土层重度3221/r kN m =，粘聚力26c kPa =,内摩擦角230ϕ=；
第一层土主动土压力系数 221123
tan (45)tan (45)0.4382
2
a k ϕ
=-=-
= 第一层土被动土压力系数 221
123
tan (45)tan (45) 2.2832
2
p k ϕ=+=+= 第二层土主动土压力系数 222
230
tan (45)tan (45)0.3332
2
a k ϕ=-=-= 第二层土被动土压力系数 222
230
tan (45)tan (45)32
2
p k ϕ=+
=+
=.0 按朗金土压力理论，桩顶部压力为零的临界高度为
11
0.46a z m =
=
=
桩后基坑土层分层处b 点主动土压力强度
b 点上（在第一层土中）
：111217.38a b rh k c kPa σ=-=上 b 点下（在第二层土中）
：11229.31a b rh k c kPa σ=-=下 桩后基坑底处c 点主动土压力强度
11222()226.79c a rh r h k c kPa σ=+-=
土压力零点距基坑底面距离
2220.11p a x m
==
=桩后土压力分布示意图如下图所示。

土压力强度分布示意图（图二十六）
桩后土压力
123117.38(2.50.46)17.73/2
19.31 2.5(26.799.31) 2.545.125/2
126.790.11 1.47k /2
a a a E kN m E kN m E N m =⨯⨯-==⨯+⨯-⨯==⨯⨯= 桩后土压力合力
12317.7345.125 1.4764.33/a a a a E E E E kN m -
=++=++= 合力作用点距地表的距离为
112233
122 2.5{[(2.50.46)0.46]17.7321.85(2.5)64.3333
2.512
3.275(2.5) 1.47(3.50.11)} 3.3523
a a a a a a a a E h E h E h h E m -
++=⨯=⨯⨯-+⨯+⨯++⨯++⨯+⨯= 将a E -
和a h 代入式
322222266()0()()a a a p a p a E H x h E t t r k k r k k --+---=-- 即 3 6.89212.1290t t --=
解得 3.26t m =,则得
桩最小长度
min 50.11 3.268.37l H x t m =++=++=
取桩长l 0=11m
7.2 灌注桩支护配筋计算
1)采用桥博软件计算内力（模型如右图）
计算防护桩内力，如下：
<<桥梁博士>>
文档描述: 桥梁博士基础调试
计算类别: 单排弹性基础计算 计算模型示意图（图二十七） ------------------------------------------------------------ 输入数据:
h=3.500 m, h1=2.500 m, h2 = 2.500 m
alfa = 0.720, m = 10000.000, n = 1.000, EI = 2594268.000 m**4 外力P = 0.000 KN, H = 0.000 KN, M 外=0.000 KN-m
外荷载q1 = 0.000, q2 = 17.380, q3 = 15.880, q4 = 34.210 KN/m 基底不嵌入岩石层
------------------------------------------------------------ 计算结果:
地面处桩柱弯矩: Mo=141.1 KN-m, 剪力 Ho=84.3 KN
桩柱顶弯矩: Ma = 0.0 KN-m
地面处桩柱变位: 水平位移 = 0.0005 m, 转角 = -0.0003 弧度
桩柱底弯矩: Mh = -0.0 KN-m
桩柱顶水平位移: delta = 0.0022 m
坐标位移弯矩剪力土应力
0.00 0.0005 141.1 84.3 0.0
-0.17 0.0005 155.6 80.3 0.8
-0.35 0.0004 168.8 70.3 1.4
-0.52 0.0004 180.0 55.5 1.9
-0.70 0.0003 188.3 37.2 2.3
-0.88 0.0003 192.8 16.4 2.5
-1.05 0.0002 193.7 -5.6 2.5
-1.22 0.0002 190.9 -27.7 2.5
-1.40 0.0002 184.2 -49.0 2.4
-1.58 0.0001 173.7 -68.7 2.1
-1.75 0.0001 160.1 -86.1 1.8
-1.92 0.0001 143.8 -101.3 1.5
-2.10 0.0000 125.8 -111.4 1.0
-2.27 0.0000 105.1 -117.9 0.5 地面以下各点桩身弯矩-2.45 -0.0000 84.2 -119.9 -0.1 （图二十八）
-2.63 -0.0000 63.4 -116.8 -0.7
-2.80 -0.0001 41.6 -105.3 -1.5
-2.97 -0.0001 26.7 -90.9 -2.1
-3.15 -0.0001 12.9 -68.2 -2.9
-3.32 -0.0001 1.9 -40.3 -3.8 -3.50 -0.0001 -0.0 -0.0 -4.8
------------------------------------------------------------ 计算成功完成
由于以上算出的最大弯矩为193.7KN ·m ，按每2m 打一个桩，土压力为永久荷载乘以1.2，所以有设计弯矩
1.2193.72464.88kN m M =⨯⨯=⋅总
2）、对圆形截面的钢筋混凝土受弯构件的配筋计算：
①确定基本参数：
初选C30混凝土，HRB335钢筋，做直径为100cm 的钢筋混凝土桩，保护层厚度30mm 。

f cd =13.8N/mm 2，f sd =280N/mm 2，取16Φ20，混凝土面积
A=785000mm 2 ,纵向钢筋所在圆周的半径r s =470mm ，钢筋面积A s =5024mm 2。

②计算ρ值
ρ=A s /A=0.64％
③查表得：
Фc=1.6798, Фt=3.8982
④将Фc 、Фt 值代入下式，有：（00 1.0γγ=为结构重要性系数，取）
300sin sin sin 2222()3243.05277.64()520.69464.88k ()c c t
u cd s sd s M A r f A f r kN m kN m M N m φφφγγπππ
=⋅⋅⋅+⋅+=+⋅=⋅>=⋅总满足要求。

8 临时固结计算
临时固结措施参考“时速200公里客货共线铁路有砟轨道预应力混凝土连续梁（双线）图”叁桥（2006）2206-B 图，应能承受中支点处最大竖向力为33640KN 相应不平衡弯矩取为39424KNm,在每个墩身设置四个临时固
结，则单个临时固结受力如下：
压力：R 1=33640/4+39424/3/2=8410+6570=14980KN
（3.0m 为两个临时固结的纵向中心距）
拉力：
R 2=39424/3/2=6570 KN 临时固结采用钢筋混凝土，由混凝土承受压力，钢筋承受拉力；混凝土采用C50, 钢筋采用25d mm =，=930pk f MPa 的精轧螺纹钢。

8.1 单个临时固结所需的精轧螺纹钢筋面积计算
As=1.3 R 2/f sd =1.3×6570/770=11092mm 2
（1.3为倾覆稳定的安全系数） 单根螺纹钢的截面面积2221125490.944
A d mm ππ=
∙∙=⨯⨯= 所需精轧螺纹钢筋根数：
n= As/A=11092/490.9=20.4，取22n =
(取22根φ25精轧螺纹钢钢筋，钢筋深入墩身和梁体各900mm ，在两端设锚垫板并加扣螺帽） 8.2 单个临时固结所需的C50混凝土面积计算
Ac=1.3R 1/fcd=1.3×14980×1000/22.4=869375mm 2
(取60×180cm ， 1.3为受压强度的安全系数)
8.3 单个临时固结所需的钢板面积计算
As=1.3R 1/fsd=1.3×14980×1000/215=90577mm 2
（采用2cm 厚钢板设置隔档，设置总长度6.28m ，受力面积125600 mm 2）
8.4 临时固结设计图
临时固结平面布置图（图二十九）
临时固结立面布置图（图三十）
单个临时固结构造图（图三十一）
9 防护棚架计算
9.1 呼大高速公路路面情况
连续梁与高速公路夹角为55.46°，公路为东西走向，铁路为南北走向，梁底至路面的最小距离为7.9m。

呼大高速公路为双向四车道，路面总宽度为24.9m，中间设中央分隔带，宽度为2.0m。

9.2 设计标准
1、防护结构强度、刚度、稳定性满足《GB50017-2003钢结构设计规范》。

2、防护结构净高不小于5.5m，通道净宽不小于8m。

3、防护前后各1000m，600m，300m，100m设置安全警示牌及限速牌，100m处限速40km/h通过防护结构，100m至防护结构段设向导性软隔离。

在防护结构立柱宽不小于30cm，高不小于40cm范围内设硬防护。

4、防护结构宽度不小于15.2m(梁顶宽外1.5m)，两侧面设高度1.5m
防护栏杆，防止物体滑出坠落。

5、防护结构顶面铺设一层防水板，防止雨水和养生水下漏。

6、防护结构顶层设3mm厚的钢板。

9.3 设计方案
在挂篮悬臂施工中，为防止杂物掉落影响高速公路行车安全，在高速公路上的搭设防护棚架，棚架净高5.5m，基础采用C20的砼，设计尺寸120×120×80mm。

防护采用门式棚架防护，底部用法兰盘与C20砼基础固结，以保证具有较好的抗倾覆性能。

门洞两侧立柱采用单排Φ245钢管立柱，横向间距4.5m，立柱间用角钢连接。

立柱顶设置双I12.6a工字钢纵梁，每相对2根立柱上搭工I28a横梁，每根长12米；在横梁上每隔1米布置I12.6a 工字钢纵（次）梁一根，每个长9米（见附图）。

次梁顶面铺设3mm厚的钢板，在棚架顶面两侧设1.5m高防护栏杆及0.3cm高的挡板，防止坠落物体滑出。

9.4 设计参数
(1)、采用钢结构型号：本结构设计全部采用普通Q235钢材。

(2)、Q235钢：弹性模量:E= 2.1×105 N/mm2,f=215 N/mm2,fv=125
N/mm2。

(3)、I28a的工字钢 IX=7115cm4,WX=508cm3,A=55.4cm2；
I12.6的工字钢 IX=488cm4,WX=77cm3,A=18.1cm2。

(4)、Φ245（外径）×6.5（厚）钢管(立柱):
I=3465.46 cm4、i=8.44cm。

9.5 设计计算方法
9.5.1 横（主）、纵（次）梁荷载计算
1.分布荷载：
(1)永久荷载：
钢板按7800kg/m3，则竹胶板满铺，荷载集度为：
3217800/0.003110/234/k q kg m m m m s N m =⨯⨯⨯= I12.6工字钢质量为14.2kg/m ，荷载集度为:
2214.2/10/142/k q kg m m s N m =⨯= I28a 工字钢质量为43.5kg/m ，荷载集度为:
2343.5/10/435/k q kg m m s N m =⨯=
(2)可变荷载
雪荷载和风荷载：查《建筑结构荷载规范》GB50009－2001中附D.4 可知：呼和浩特市10年一遇的雪压和风压分别为0.2kN ／m 2和0.4 kN ／m 2 ，顶面积雪分布系数为1.0。

则雪荷载标准值为:
224200/1.00.20.2/k N m p KN m ==⨯=
荷载集度为：
24200/1200/k q N m m N m =⨯= 2.集中荷载
（1）可变荷载
只考虑偶然坠落物的活载，考虑动力冲击影响，按500kg 集中质量考
虑，则其荷载值为 21
50010/5000P kg m s N =⨯= 3.考虑永久荷载分项系数为 1.2G γ=；风荷载分项系数为' 1.1Q γ=；其他
可变荷载分项系数为 1.4Q γ=。

4.由于雪荷载和偶然坠落物荷载不是同时作用的，则应将荷载组合分为两种情况考虑，选择最不利的荷载组合进行验算。

荷载组合：（a ）自重+偶然坠落物活载（b ）自重+雪荷载
9..5.2 纵（次）梁设计及检算
取最大跨度1l =4.5米一跨按简支梁进行检算
最大弯矩（跨中弯矩）设计值为：
对于荷载组合(a)
121211()84Q k k G P r q q r l l M ⨯+⨯⨯+⨯=
()25000 1.44234142 1.2 4.5 4.58⨯=++⨯⨯⨯
=9017N m ⋅
对于荷载组合（b ）
()241218k k Q
G k q q q M l γγ++⨯⨯=⨯
=()2
4.5234142 1.2200 1.48
++⨯⨯⨯ =1851N m ⋅
由以上计算知：在计算抗弯强度时选择荷载组合（a ）下的弯矩进行检算，即M==9017N m ⋅
2.抗弯强度检算
M=9017N m ⋅, WX=77cm 3，
[]3322(901710112/215/1.057710x M N mm N mm W σσγ⨯===<=⨯⨯拉应力）
可知强度满足要求。

3.刚度检算：
因为棚架为临时结构物，故只考虑荷载效应短期组合；
荷载组合（a ）时， 12180142322/k k k q q q kN m =+=+=
43
568568
43511384485376 4.55000 4.5384 2.110104881048 2.11010488103111011/1504500/150301X X
q l Pl k f EI EI m mm l mm --=+⨯⨯⨯=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=<==
荷载组合（b ）时
241234142200576/k k k k q q q q N m =++=++=
4455576 4.51568
384384 2.110104881033.0103/1504500/150301X q l k f EI m mm l mm ⨯⨯==-⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=<==
综上所述可知：刚度满足要求。

9.5.3 横(主)梁设计及检算
(1) 取最大跨度213.5l m =一跨按简支梁进行检算
横梁所受恒荷载为竹胶板、纵（次）梁、横（主）梁自重，可变荷载
为雪荷载、偶然坠落物荷载。

由于雪荷载和偶然坠落物荷载不是同时作用
的，则应将荷载组合分为两种情况考虑，选择最不利的荷载组合进行验算。

最大弯矩（跨中弯矩）设计值为：
对于荷载组合(a)
1212322(''+)84Q k k k G P r q q q r l l M ⨯+⨯⨯+⨯=
()25000 1.44234 4.5142 4.5+435 1.213.513.58⨯=+⨯+⨯⨯⨯⨯
=81772N m ⋅
对于荷载组合（b ）
()241321+''8k k Q
G k k q q q q M l γγ++⨯⨯=⨯
=()2
13.5234 4.5142 4.5+435 1.2200 1.48
+⨯+⨯⨯⨯⨯ =56816N m ⋅
由以上计算知：在计算抗弯强度时选择荷载组合（a ）下的弯矩进行检
算，即M=81772N m ⋅
2.抗弯强度检算：
M=81772N m ⋅, WX=508cm3，
[]3322(8177210153/215/1.0550810x M N mm N mm W σσγ⨯===<=⨯⨯拉应力）
可知强度满足要求。

3.刚度检算：
因为棚架为临时结构物，故只考虑荷载效应短期组合；
荷载组合（a ）时
43
568568
43511384485211713.5500013.5384 2.1101071151048 2.11010711510371.61072/15011420/15076.11X X
q l Pl k f EI EI m mm l mm --=+⨯⨯⨯=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=<==
荷载组合（b ）时
445'5212713.51568
384384 2.110107115103601060/15011420/15076.11X q l k f EI m mm l mm ⨯⨯==-⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯=<==
综上所述可知：刚度满足要求。

4.抗剪强度检算：
工28a 工字钢：
2
8.5,24.3,125/x w v x t I mm cm f N mm S ===
2max 1.2/2 1.4
2117 1.213.5/25000 1.4
21804k Q q l P N ⨯=⨯+⨯=⨯⨯+⨯=
22
max 21804189.7/125/1024.310x v x w Q S N mm f N mm I t τ==⨯=<=⨯
可知：抗剪强度也满足要求。

5.整体稳定性检算：
主梁跨中、1 /4、3/4 设侧向支撑（次梁与主梁焊接）:取自由长度
'2 3.375l m =，查得0.8b ϕ=，所以
3
22'38177210201/215/0.850810b x M N mm f N mm W σϕ⨯===<=⨯⨯
可知：整体稳定性满足要求。

9.5.4 钢立柱稳定性检算
Φ245（外径）×6.5（厚）钢管(立柱): m=38.23kg/m ，A=48.70cm2,
I=3465.46cm4,i=8.44cm, 计算长度3 5.5l m =.基本风压值20.4/KN m 立
柱自重：
25.538.23/10/2102.65m Kg m m s N ⨯⨯=。

考虑风荷载情况下使得立柱为偏心受压构件，其整体稳定性满足：
10.8'M N mx x f A x N W x x N Ex βϕγ+≤⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭ （*）
其中：（1）每个柱顶最大受力为41295N N =, 由长细比[]355065.17100,8.44l i λλ===<=《桥规》中规定，对于主桁架
中的受压构件，其长细比不得大于容许长细比[λ]=100，可知刚度满足要
求。

65.1765.17==，按a 类截面查得：整体稳定系数：0.862ϕ=；
（2）风荷载产生的弯矩：
()22212.6 3.028.010140.4/ 2.4422.50.2450.4/0.539F m KN m KN F m KN m KN -⎡⎤=++⨯⨯⨯=⎢⎥⎣⎦
=⨯⨯=风上风下（5）
()()212.6328100.4362.440.5322212.632810 5.5
[ 5.5]22M F KN m M F F -++⨯=⨯=⨯=⋅-++⨯=⨯++⨯风上风上
风下风下风上
=0.4362.44( 5.5)0.539 2.7515.432KN m ⨯++⨯=⋅
即15.43x M M KN m ==⋅柱底
（3）
2max 1.0, 1.15,282.89,A=48.70cm ,65.17x x W βγλ==== 2252
'222.11048.70102158337.81.1 1.165.17Ex
EA N N ππλ⨯⨯⨯⨯===⨯ 则由 （*）式：
6232241295 1.07.45810412950.86248.7010 1.15282.891010.82158337.89.848.258/215/N mm f N mm -⎛
⎫ ⎪⎝⎭
⨯⨯+⨯⨯⨯⨯-=+=≤=
可知：立柱稳定性满足要求。

9.5.5 地基承载力检算
根据以上计算，可知钢管立柱所受最大反力为41295+2102.6543398N =。

基础厚度为0.8m ，钢立柱下基础检算如下（刚性基础）：
即每个柱子所对应基础受压区域为：A=1.2m ×1.2m=1.44m 2
考虑柱下刚性段砼基础自重,则：柱下刚性段砼基础自重为 1.2×1.2
×0.8×24=27.648KN=27648N ，即刚性基础段总荷载
为:N=43398+27648=71046N 考虑风荷载产生的弯矩作用：15.43M KN m =⋅
地基总应力为：
6332
627104615.43101.210(1.210)1.44106
0.0490.0540.0972/97.2130N M A W N mm KPa KPa σ⨯=+=+⨯⨯⨯⨯=+==<
其中:130KPa 为地基允许承载力；可知地基承载力满足要求。

9.6 防护棚架示意图
跨呼大高速公路特大桥连续梁防护棚架平面示意图（图三十二）
33
跨呼大高速公路特大桥连续梁防护棚架立面示意图（图三十三）
34。