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+10100+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。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）m22.85m*1.35*2.5=13.6t2.85m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*1.354.5t2.85m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*0.0061.173tG3（0.83+1.173）*1.352.7t2.85m长腹板、顶板及底板混凝土自重：G4(15.6+0.35+0.21)*2.85*2.5*1.35155.44t2.85m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： G5155.44*0.1523.316t施工人员机具荷载：（按2.5KN/m2考虑）： G62.5*2.85*13.5*1.211.8t2.2 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 q3G6/11*40.2682 t/m=2.63KN/m荷载布置如下图3所示：图中AB、GH为翼板荷载范围，BG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： A76.4cm2，878cm3 ，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：max=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 MPa2.2.2 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：max=10.4mmmax/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； VC637KN2.3.2 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：A110.8cm2，1016cm3 ，14230cm41）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：max=4.3mmmax/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222a，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）：As10*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）：As10*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/m26.62*24.99665kg2、模板自重：肋（14a槽钢）：20根*4.3m*14.53Kg/m=1.25t面板：8.74*4.3*7850*0.0061.77tG21.77+1.253.02t3、每侧翼板混凝土自重：G3（1.32+0.0975）m2*4.3m*2.5t15.24t4、施工人员机具（按2.5KN/m2考虑）：G43.28*4.3*2.53.6t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=35.26t3.2 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：Mmax23.22KN*m；Qmax54 KNN1N332.4KN；N2108KN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： A55.4cm2，508cm3 ，7115cm41) 抗弯强度验算弯矩最大值为Mmax23.22KN*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)：N2108KN；(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=1085.12=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：Mmax7.22KN*m；Qmax29.55 KN N1N58.7358KN；N2N448.1025KN；N359.1KN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： A55.4cm2，508cm3 ，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)：N359.1KN；(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：V64.22KN。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。