0号块计算书(最终上报).doc

汉江特大桥0号块托架设计计算书

一、工程概况
武荆高速汉江特大桥主桥桥跨布置为：62+10×100+62m，主桥全长为1124m，结构形式为现浇预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁为分离的单箱单室截面，全桥共22个0号块。0号块长10m，底板宽7m，两端悬出墩身2.85m，梁高6.08m，0号块混凝土数量为222.53 m3，重量约556.325T。０号块为箱梁与墩身联接的隅节点，截面内力最大且受力复杂，钢筋和预应力管道密集，因此保证０号块施工质量是箱梁施工质量控制的关键。
由于三角形托架具有体积小，传力路径明确等优点，所以0号
块采用设置三角形托架作为支撑结构的施工方法。
二、顺桥向托架及分配梁计算
2.1 荷载确定
顺桥向托架布置4道，托架承担其长度范围内0号块混凝土自重、支架、模板、施工人员机具等荷载。其主要荷载确定如下：
——2.85m长每侧翼板砼自重：
G1=(1.32+0.0975）m2×2.85m*1.35*2.5=13.6t
——2.85m长每侧翼板支架：每道支架重约0.665t，按5道布置，则：G2=5*0.665*1.35＝4.5t
——2.85m长每侧翼板模板：
肋（14a槽钢）：20根*2.85m*14.53Kg/m=0.83t
面板：8.74*2.85*7850*0.006＝1.173t
G3＝（0.83+1.173）*1.35＝2.7t
——2.85m长腹板、顶板及底板混凝土自重：
G4＝(15.6+0.35+0.21)*2.85*2.5*1.35＝155.44t
——2.85m内模、内模支架及底模自重：暂按混凝土自重乘以0.15倍来考虑：
G5＝155.44*0.15＝23.316t
——施工人员机具荷载：（按2.5KN/m2考虑）：
G6＝2.5*2.85*13.5*1.2＝11.8t
2.2 分配梁计算
托架上设置4根分配梁，分配梁两端各伸出墩身2.5m，翼板荷载布置按2米范围考虑，由上荷载分析可知每道分配梁上的荷载：
q1＝(G1+ G2+ G3)/(2*4)＝(13.6+4.5+2.7)/(4*2)=2.6t/m=25.48KN/m
q2＝(G4+ G5)/7*4＝(155.44+23.316)/28= 6.384t/m=62.565KN/m
q3＝G6/11*4＝0.2682 t/m=2.63KN/m
荷载布置如下图3所示：
图中A～B、G～H为翼板荷载范围，B~G为腹板、底板及顶板荷载范围，C、D、E、F为顺桥向托架的位置。
2.2.1 截面试选
先不考虑构件自重，求得其最大弯矩：
Mmax=111.55KN*m
以此弯矩来进行截面试选。
所选构件截面模量应满足如下要求：

截面选36a工字钢，其截面参数为：
A＝76.4cm2，＝878cm3 ，＝15796cm4
钢材选用Q235，考虑构件自重，自重放大系数取 1.2，则考虑自重后的最大内力如下：
Mmax=114.17KN*m ＝117.32KN
支座反力：
RC=RF=221.12KN RD=RE=67.24KN
悬臂端最大挠度：
ωmax=10.4mm
由最大壁厚 15.8 mm 得：
截面抗拉抗压抗弯强度设计值= 215 MPa
截面抗剪强度设计值125 MPa
2.2.2 抗弯强度
弯矩最大值Mmax=114.17KN*m
==124<=215
满足要求。
2.2.3 抗剪强度
剪力最大值＝117.32KN

满足要求。
2.2.4 刚度验算
悬臂端的挠度最大：ωmax=10.4mm
ωmax/2L=10.4/2*2700=1/520
其刚度能满足要求。
由上可知，分配梁采用36a工字钢其强度、刚度及稳定性均能满足要求。
2.3 三角形托架计算
2.3.1 荷载及受力分析
分配梁传递的支座反力（取图1中分配梁支座C或F反力进行计
算）：
F= RC=RF=221.12KN
支点B、C按铰接处理，则托架的计算示意图如图2所示。
从图2中可求得约束B、C的反力
NB=NC=420.07KN； VB=247.48KN； VC＝637KN

2.3.2 三角形托架水平梁AB计算
从图中可求得托架AB梁的最大内力为：
Mmax=204.5KN*m
Vmax =415.88KN
Nmax=420.07KN
所需截面模量应满足：

选用2I28a工字钢用缀板焊接成箱形截面，截面参数如下：
A＝110.8cm2，＝1016cm3 ，＝14230cm4
1）抗弯强度：

2） 抗剪强度

满足要求。
3） 刚度验算
AB跨最大挠度为：ωmax=4.3mm
ωmax/L=4.3/2500=1/581
满足要求。
2.3.3 托架斜撑AC计算
斜撑AC按轴心受压柱进行设计，截面如图3所示，主要承受轴力作用：

计算长度取，取1.5，则：

假设＝80，属于b类截面，查表可得：

需要截面面积：

选用2][22a，A=6368mm2，，
验算整体稳定性：

满足要求。
根据查表可得斜撑AC的稳定系数：

其抗压强度为：

满足要求。
2.3.4 B点牛腿焊缝抗剪强度计算
在墩身预埋3cm厚钢板，然后在预埋钢板上焊接牛腿，如图4所示，牛腿钢板拟采用1cm厚钢板，尺寸如图5所示。

1）焊缝焊脚尺寸初步确定
根据钢结构设计规范的构造要求，初步确定翼缘板和腹板的焊缝焊脚尺寸，具体如下：
，且
为牛腿钢板厚度，为预埋钢板厚度。
由上可知，可取牛腿钢板的焊脚尺寸＝10mm。
2） 焊缝强度计算
上部结构传递到B点的剪力为：VB=247.47KN。
托架自重：(3.85*2*43.5+4.54*2*24.99) *9.8/1000=5.51KN
则B点焊缝的设计剪力值为：247.47+5.51/2=250.23KN
三个牛腿6条侧面焊缝同时承受剪力，焊缝计算长度取200mm，有效厚度，有效截面如图6所示。

由剪力VB及托架自重在牛腿焊缝中引起的剪应力：

由此可知，牛腿焊缝焊脚尺寸取10mm，其抗剪强度能满足要求。
2.3.5 C点斜撑与预埋钢板焊缝抗剪强度计算
1）焊缝焊脚尺寸初步确定
斜撑AC杆直接与预埋钢板焊接，焊脚尺寸应满足：
，且
为两槽钢腹板厚度，为预埋钢板厚度。
由此可知，可取牛腿钢板的焊脚尺寸＝12mm，
2） 焊缝强度计算
上部结构传递到C点的剪力为：VC=637KN；
托架自重：(3.85*2*43.5+4.54*2*24.99) *9.8/1000=5.51KN；
则C点焊缝的设计剪力值为：637+5.51/2=640KN。
焊缝计算长度取300mm，有效厚度，由剪力VC及托架自重在牛腿焊缝中引起的剪应力：

由此可知，斜撑AC杆件与预埋钢板焊接的焊脚尺寸取12mm，其抗剪强度能满足要求。
2.3.6 B点预埋锚筋抗拉、抗剪强度验算
在预埋钢板上焊接5个U形钢筋，钢筋直径采用25mm的光圆钢筋，U形钢筋上端做成长13cm的弯钩（或者与墩身主筋焊接），如图7所示，钢筋承受拉、剪荷载作用：
拉力：NB=420.07KN
剪力：VB=250.23KN

钢筋的截面面积（按10根钢筋考虑）：
As＝10*490.9=4909mm2
光圆钢筋的抗拉强度：

根据NB和VB的大小确定角度a约为60度，则可取0.7，摩擦系数取1。根据相关资料及以上确定的参数可得预埋锚筋的设计荷载值：

安全系数K：
由此可知，设置5个直径为25mm的U形钢筋安全系数为1.54，其抗拉、抗剪强度能满足要求。
2.3.7 C点预埋锚筋抗剪强度验算
C点预埋锚筋的布置与B点一致，主要承受剪力作用，其大小为：
VC=640KN
钢筋的截面面积（按10根钢筋考虑）：
As＝10*490.9=4909mm2
钢筋在混凝土中的抗剪强度设计值：
则：

未考虑预埋钢板与混凝土摩擦力的安全系数K：

由此可知，其抗剪强度能满足要求。
2.3.8 锚筋与预埋钢板焊接强度验算
1) 荷载确定
U形锚筋弯钩长13cm（应大于等于5d，如图7所示），采用双面焊，直接与预埋钢板焊接，根据1.3.6和1.3.7的验算，取拉力和剪力的最大值为锚筋与预埋钢板焊接强度验算荷载：
拉力：N= NB=420.07 KN（垂直焊缝长度方向）
剪力：V= VC=640 KN（平行焊缝长度方向）
2）焊脚尺寸的确定
，且
为光圆钢筋直径，为预埋钢板厚度。
则焊脚尺寸可取10mm。
焊缝长度＝130mm，焊缝有效厚度：。
3）焊接强度计算
焊缝上的拉应力：

焊缝上的剪应力：

由于焊缝同时承受和作用，则：

由此可知，焊缝抗拉、抗剪强度满足要求。

三、 横向托架及分配梁计算
3.1 荷载确定
横向托架及分配梁主要承受翼板混凝土自重、翼板模板和腹板模板、模板支架自重、施工人员机具重，荷载确定如下：
1、翼板支架自重：
支架每80cm一道，按7道考虑，每道按22a槽钢计算，1道支架自重为：
G1＝（0.57+0.67+0.66+0.6+0.6+0.4+1.6*5+2.08*4+5.25+1.55）*24.99Kg/m＝26.62*24.99＝665kg
2、模板自重：
肋（14a槽钢）：20根*4.3m*14.53Kg/m=1.25t
面板：8.74*4.3*7850*0.006＝1.77t
G2＝1.77+1.25＝3.02t
3、每侧翼板混凝土自重：
G3＝（1.32+0.0975）m2*4.3m*2.5t＝15.24t
4、施工人员机具（按2.5KN/m2考虑）：
G4＝3.28*4.3*2.5＝3.6t
结构荷载安全系数对于结构自重（永久荷载）取1.35，对于可变荷载取1.2，则：
G＝（7*G1+ G2 +G3 ）*1.35+G4*1.2=35.26t
3.2 分配梁、牛腿及斜撑计算
横向按设置2道分配梁考虑承受翼板范围内的荷载，中间分配梁暂不考虑承受荷载作用，设计荷载如下：
q=35.26*9.8/2*4.3=40.18KN/m
靠近墩身一侧的分配梁焊接在三个牛腿上，两端搁置在顺桥向牛腿上的36a工字钢上，计算示意图如图8所示。
另一分配梁设置3个斜撑，计算示意图如图9所示。

3.2.1 设置牛腿的分配梁计算（图8）
根据图8可得分配梁最大内力和支座反力为：
Mmax＝23.22KN*m；Qmax＝54 KN
N1＝N3＝32.4KN；N2＝108KN
则所选构件的截面模量应满足：

选用28a工字钢，其截面几何特性为：
A＝55.4cm2，＝508cm3 ，＝7115cm4
1) 抗弯强度验算
弯矩最大值为Mmax＝23.22KN*m，则：

由此可知，抗弯强度满足要求。
2）抗剪强度验算
剪力最大值为＝54KN，则：

由此可知，抗剪强度满足要求。
3）刚度验算
跨中最大挠度为：

则：

刚度能满足要求。
4）整体稳定性
整体稳定系数计算条件：
(a) 截面：28a工字钢；
(b) 受压翼缘自由长度：2150 mm；
(c) 截面钢材牌号：Q235；
(d) 荷载情况：跨中无侧向支承点 均布荷载作用于上翼缘。
根据上述条件，由 GB 50017--2003 第126页表B.2 查整体稳定系数。
初步查得整体稳定系数
修正后整体稳定系数
验算整体稳定性：

综上所述，牛腿上的分配梁采用28a工字钢其强度、刚度和稳定性均能满足要求。
3.2.2 牛腿焊缝强度及预埋锚具计算（图8）
图8中牛腿主要承受剪力作用，其作用力大小为：
(1) 支座反力(取最大支座反力验算)：N2＝108KN；
(2) 分配梁自重：12m*43.5Kg/m*9.8/1000=5.12KN。
则横向牛腿的设计剪力值为：V=108＋5.12=113.12KN。
横向牛腿拟采用与顺桥向牛腿一样的构造，上述顺桥向牛腿的设计剪力值为250.02KN，其焊缝抗剪强度能满足要求，所以横向牛腿焊缝抗剪强度也能满足要求，详细的验算过程在此略。
横向预埋锚筋构造同顺桥向，其安全系数为：

其抗剪强度也能满足要求。
3.2.3 设置斜撑的分配梁计算（图9）
根据图9可得分配梁最大内力和支座反力为：
Mmax＝7.22KN*m；Qmax＝29.55 KN
N1＝N5＝8.7358KN；N2＝N4＝48.1025KN；N3＝59.1KN
则所选构件的截面模量应满足：

选用28a工字钢，其截面几何特性为：
A＝55.4cm2，＝508cm3 ，＝7115cm4
由上述2.2.1的验算可知，设置斜撑的分配梁采用28a工字钢能满足强度、刚度和稳定性要求，详细计算在此略。
3.2.4 斜撑、预埋钢板及锚筋计算（图9）
作用在斜撑上的荷载有：
(1) 支座反力(取最大支座反力验算)：N3＝59.1KN；
(2) 分配梁自重：12m*43.5Kg/m*9.8/1000=5.12KN。
则斜撑及预埋钢板焊缝、预埋锚筋的设计剪力为：V＝64.22KN。
采用与顺桥向相同的构造，通过前面的验算可知，其强度能满足要求。

经计算各杆件、焊缝及预埋件均符合规范强度要求。