连续刚构88m0#块托架计算演示教学.doc

连续刚构88m0#块托架计算

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0号段托架计算书（4#、5#、6#）

1. 工程概况
新建沈丹客运专线跨沈丹高速公路3#特大桥起讫里程DK99+461.69～DK100+708.46，桥长1246.77延米，共计30个墩台身，29孔梁。
本桥在3#墩至8#墩处设一联44+3*88+44m刚构连续梁以25°12′00″交角上跨沈丹高速公路。本连续梁共分97段，其中2个边墩托架现浇段、2个0#现浇段、2个0a#现浇段，其余为挂篮悬浇节段。中墩墩顶0#和0a#节段长均为10m，悬浇节段长3m～4m，边墩托架现浇段长3.0m，中跨及次边跨合拢段长均为2.0m。其中5#、6#墩0#段及4#墩0a#段采用托架现浇，7#墩0a#采取钢管支架现浇。
2.0号段托架构造
0号段分二次浇筑，第一次浇筑到倒角顶处，第二次浇筑至梁顶。
0号段托架仅承受第一次浇筑时的混凝土、模板、施工荷载及翼缘板混凝土荷载，第二次浇筑的混凝土及施工荷载由第一次浇筑的混凝土承受。故0号段托架的荷载仅考虑第一次浇筑时产生的荷载。

图1. 0号段托架方案设计图
0号段托架由底模外桁架、底模内桁架、边纵梁、横梁、三角托架、上下预埋件及对拉精轧钢筋组成。
底模内外桁架直接支撑底模板，桁架内弦杆采用2[14槽钢；外弦杆采用2[10槽钢；竖杆、斜杆均采用[8槽钢。
边纵梁采用I32b，支撑外侧模。
横梁A采用双[8槽钢格构式结构,横梁B采用双I32b，与桁架、边纵梁焊接后提供施工平台。承受混凝土荷载，底模桁架、边纵梁、模板自重及施工荷载，并将荷载传递给三角托架前节点和上预埋件。
三角托架杆件采用2[25b格构式结构，节点采用销接，仅承受轴力；并将荷载传递给预埋件。
上预埋件均采用2[36b格构式结构，下预埋件采用2[32b格构式结构，下预埋件预埋0.9m。上预埋件承受横梁的竖向力及水平杆的水平拉力；下预埋件承受斜杆轴向力。
3. 0号段托架设计
3.1.设计规范
《客运专线铁路桥涵工程技术指南》(TZ213—2005)
《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）
《钢结构设计规范》(GB5007-2003)
《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)
《钢结构高强螺栓连接的设计、施工、及验收规程》(JGJ82-91)
《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)

3.2.材料
钢材： Q235B
连接材料： 45号钢：用于销轴
E43XX 焊条
Er49-1 CO2气体保护焊丝
3.3.计算荷载
3.3.1.混凝土容重: 26KN/m3。
3.3.2.混凝土超载系数: 1.05。
3.3.3.钢材容重: 78.5KN/m3
3.3.4.施工人员、材料、机具荷载: 1.0KN/m2,按梁段顶面积计算。
3.3.5.风荷载：50年一遇基本风压为0.55KN/m2
3.3.6.混凝土灌注状态动力系数取1.1。
4.结构计算
4.1.总体计算图式
采用大型结构计算软件进行整体空间内力分析。按允许应力法进行检算。计算模型全部采用梁单元。为使模型简洁，便于计算结果分析，箱梁翼缘板混凝土重量及其上的施工人员、材料、机具荷载转换为集中荷载施加在边纵梁上。

图2.总体计算图式

图3.总体计算图式三维效果
5.计算结果
5.1.总体变形

图4.总变形图
计算可知，此零号段托架最大变形位于内侧边纵梁的端头处，最大综合变形为6.8mm。
5.2.底模桁架变形、内力

图5.桁架变形图

图6.桁架轴力图

图7.桁架应力图
外侧桁架最大变形为3mm；最大轴力位于内弦杆上，为150.4KN；最大应力值为92.9Mpa<[σ]=170Mpa，表明外桁架强度满足规范要求。
内侧桁架最大变形为1.1mm；最大轴力位于内弦杆上，为157.7KN；最大应力值为98.0Mpa<[σ]=170Mpa，表明外桁架强度满足规范要求。
5.3.横梁强度、刚度

图8.横梁应力图
横梁最大应力值为32.5Mpa，小于允许应力[σ]=170Mpa。

图9. 横梁变形图
横梁最大变形2.6mm，相对挠度为0.2/1100<[f/l]=1/400。表明横梁强度、刚度满足规范要求。
5.4.边纵梁强度、刚度

图10.边纵梁应力图
边纵梁最大剪力值为25.2Mpa ，小于允许应力[σ]=170Mpa。

图11. 边纵梁变形图
最大变形5.1mm，相对挠度为0.6/2630<[f/l]=1/400。表明边纵梁强度、刚度满足规范要求。
5.5 三角托架杆件强度、稳定性

图12.三角纵托架轴力图
5.5.1拉杆
水平杆轴力N=140.9KN
a．杆件截面面积；

b.销孔处净截面面积；销孔应力集中系数取1.4

c.销孔孔壁承压力
挤压许用应力σbs 为轴向压缩许用应力σ的1.5倍，σbs=1.5×170=255MPa

5.5.2压杆
斜杆轴力为207.6 KN
a．杆件截面面积；

b．压杆稳定
斜杆轴力N=207.6 KN；计算长度l=3420
斜杆X轴长细比：
斜杆Y轴长细比：
查询《钢结构设计规范》可得：
斜杆最大压杆的应力值为：
，稳定性符合要求
6、托架预埋件检算
6.1 托架支座反力

图13.支座反力图
托架上预埋件处支座反力为Fx=140.9KN;Fz=496.2KN
托架下预埋件处支座反力为Fx=140.9KN;Fz=152.5KN
内侧预埋件处支座反力为Fz=566.8KN
6.2. 托架预埋件强度计算
上预埋件受力情况如下图所示

图14.上预埋件受力工况（单位：KN）

图15.上预埋件应力图
在此工况作用下牛腿的最大应力б=107.6MPa<[б]= 170MPa，牛腿强度符合要求。
下预埋件受力情况如下图所示

图16.下预埋件受力工况（单位：KN）

图17.下预埋件应力图
在此工况作用下牛腿的最大应力б=42.8MPa<[б]= 170MPa，牛腿强度符合要求。
6.3下预埋件处混凝土局部承压验算
下预埋件承受斜杆传递的竖向剪力V=152.5KN
预埋件受压处侧翼缘的基础混凝土的受压应力，应满足下式要求：

式中：

可算出：
混凝土C40局部允许应力
,混凝土局部受压符合要求；

7．结论
经计算，该托架系统强度、刚度、稳定均满足相关规范要求。

0a号段钢管支架计算书（7#）
1. 钢管支架结构
本支架法采用Ф600*10钢管，横梁采用双36槽钢的组合，纵梁采用35H型钢，柱间采用Ф102*5钢管系梁焊接 (具体布置如图1、2)。
钢管支柱的加工按每节6米预先制作完成，（如图3）顶节根据设计长度加工成调整节，每根钢管的下料长度必须进行编号并于技术员指定的施工长度一致，下料长度须专人操作并专人检查，法兰盘的切割及其螺栓孔位必须保证其准确性.钢管支柱的加工要保证下料的准确性并依照图纸做出相应的模板。钢管支柱安装，采用分阶段制作，逐节吊装，法兰连接的组拼方案，为保证连接的准确性，及钢管的垂直度以每两节在地面进行试组装，（同时在钢管的侧面焊接踏脚钢筋）组装完成后采用50T汽车吊吊装。每根钢管顶、底部设法兰盘，法兰盘间采用螺栓连接，底节钢管柱的法兰盘与临时基础预埋δ=20mm钢板焊接，钢管与钢管与法兰盘之间的焊接要求焊缝厚度不小于6mm，焊缝应饱满无蜂眼，杜绝发生漏焊缺焊等现象的发生，若发现应立即补焊直至合格。拼装完成后测量四根钢管长度及垂直度。
在钢管柱顶焊接两根双36槽钢组合做横梁，横梁上纵向布置15根35H型钢其间距为90cm+60cm（翼缘板）+2*60 cm（腹板）+80 cm （倒角）+4*80 cm+（底板）+80 cm（倒角）+2*60 cm（腹板）+90 cm+60cm（翼缘板）。

图1、钢管支架侧立面布置

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图2、钢管支架平面布置图
2. 设计计算
2.1 荷载计算
44m＋3*88m＋44m连续箱梁0#段梁高6.8m。梁体自重模型可简化如图5。

图5 荷载分布图
梁体最大荷载为：169700N/m2。
支架、模板荷载：3500N/m2。
配重等其它荷载：1000N/m2。
最不利荷载合计：174200N/m2。
荷载安全系数取1.2。
则计算荷载为174200×1.2＝209040N/m2。

2.2 支架立柱计算
2.2.1 立柱强度验算
最大荷载情况下，受力面积为3.494×2.522＝8.812m2。
则每根立柱受力为209040×8.812＝1842060.5N
立柱采用的是Ф600×10型钢管，查得截面积A＝185.354cm2；惯性矩I＝80675.313cm4；惯性半径i＝20.862cm。
σ＝N/A=1842060.5/(185.354*10-4)＝99.38Mpa<[σ]=125Mpa
2.2.2 立柱稳定性验算
λ＝L/i＝1550/20.862＝74.3，查《钢结构设计规范》附录C得：Ф＝0.616。
σ＝N/ФA=1842060.5 /（0.616×185.354*10-4）＝161.33Mpa<[σ]=215Mpa(立杆抗弯设计强度)
因此，立柱的强度和稳定性均满足要求。
2.3 立柱顶横梁验算
横梁采用双36cm槽钢，36槽钢截面面积A为60.9 cm2、截面抵抗距W为660 cm3，组合槽钢截面面积A=800.38cm2、截面抵抗距W=2Ix/h=2*46001.67/36=2555.65 cm3，横梁受到的最大剪力Q及最大弯距M由力学求解器求得，具体如下：

横梁计算模型：
结构单元剪力图：

结构单元弯矩图：

可知横梁受到的最大剪力Q=150.64KN，及最大弯距M=46.52KN.m
2.3.1 横梁的剪应力计算
τ＝Q/A＝150.64/（60.9*10-4)＝24.74Mpa<[τ]=125Mpa
2.3.2 横梁的拉弯应力计算
σ＝M/W＝46.52/（660*10-6)=70.48Mpa<[σ]=215Mpa
立柱顶横梁复合要求。
2.4 梁底纵梁验算
采用36cmH型钢做梁底纵梁，36H型钢截面面积A为61.46 cm2、截面抵抗距W为749.91cm3，取腹板下承受力最大的部位受到的最大剪力Q及最大弯距M由力学求解器求得，具体如下：

计算模型：

结构单元剪力图：

结构单元弯矩图：

可知腹板下区域受到的最大剪力Q=294.62KN，及最大弯距M=49.35KN.m
2.4.1 纵梁的剪应力计算
τ＝Q/A＝294.62/（61.46*10-4）＝47.94Mpa<[τ]=125Mpa
2.4.2 纵梁的拉弯应力计算
σ＝M/W＝49.35/（749.91*10-6）=65.81Mpa<[σ]=215Mpa
梁底纵梁符合要求。
2.5 立柱基础
采用承台作为立柱基础，承台混凝土强度为C35砼。查《钢筋混凝土设计规范》得C35混凝土 轴心抗压强度为16.7Mpa。
地基承载力计算
P=Nmax/A=1842060.5/(3.14*0.3*0.3)=6.5MPa<16.7MPa。