连续梁桥13#段托架计算书.doc

中建准朔铁路三标指挥部 榆树湾1#特大桥连续梁支架施工方案
9.计算书及相关图纸
9.1、连续梁13#段托架计算书
一、计算依据
1、墩顶梁段（13#段）施工托架设计图
2、《铁路桥涵施工技术规范》
3、《钢结构设计原理》
4. 钢结构设计规范.GB.50017-2003
5. 建筑钢结构工程设计施工实例与图集
二、概述
榆树湾1#特大桥墩顶梁段由13＃段组成，梁段长12m，0#块长6m，1#块长3m，底板除0#块墩顶段加宽为5m外均为4m，顶板宽7.2m，梁高6.4m，两端悬臂长度各4m。箱梁腹板厚度为80-60cm，底板厚度由80～46cm变化，0＃段、1#段顶板厚度36.5cm。0#块混凝土重量为303.228t，1#块混凝土重量为106.042t。浇筑时采用先浇筑0#块再浇筑1#块的施工方案，1#梁段采用附着牛腿（工字钢预埋）托架作为承重支撑体系进行现浇，斜杆采用2根槽钢并口组成，斜杆中部用工字钢与顶部纵梁连接，并在工字钢纵梁上面布设工字钢横梁，方木作为模板底模支撑平台。对于1#块变截面梁高部位根据实际情况用方木找平。并且在托架支撑体系中各个斜杆之间用槽钢连接起来。在斜拉杆与斜杆靠近墩身部位加焊一层钢板。托架支撑混凝土重量和模具、人员、机具及施工振动荷载。
三、计算参数取值
1、钢筋混凝土容重为26kN/m3；
2、模板和支架重量荷载：按0.2倍混凝土重量计算；
3、施工人员和机具荷载：2.5KN/m2;
4、施工振动荷载：2.0KN/m2;
5、安全系数：K=1.2；
6、构件材料弹性模量和容许应力值：
Q235钢： [σ]=190MPa; [τ]=110MPa;
---------钢结构设计规范
E=2.06x105MPa, σp=200MPa.
---------材料力学（卓家寿）
木结构：E=1 x104MPa；[σ]=12MPa; [τ]=1.5MPa;
四、工况分析
本次施工采用先施工0#块，再施工1#块的方案，故托架所承受混凝土重量取为1#块混凝土重量。本设计采用平台下平行放置5根托梁作为承重梁的施工方案，其中两侧托梁之间间距取为1m，中间3根托梁间距取为1.1m。托梁由工字钢构成。由于边缘的四根工字钢纵梁作用在腹板底部，故可假设梁体荷载被两端的4根梁均匀分担。梁体具体布置图如下所示:(图中两侧的阴影部分为腹板所处位置，中间阴影为其余底板位置，左侧为0#块，右侧为1#块。)

混凝土总重为：

由于梁体的腹板位置受力占主体，故两侧的2根纵梁为主要受力杆件，为保守估计近似的考虑梁体的力全部由四根纵梁承担，则每根纵梁受力大小为：
G/2=189.27kN,转化为均布荷载作用在梁上
工况1 ：
由于工字钢横梁与墩身之前通过钢板焊接，并且下部与预埋牛腿紧密连接，故B节点考虑为固定支座，A节点由于只有下部与斜杆焊接，故考虑为铰接，D节点斜拉杆与斜杆焊接连接，故亦考虑为铰接，C节点下部与牛腿焊接，同时受到水平和竖直方向的力作用，故考虑为铰接，因此建立模型如下：

建立模型求得弯矩图和各支点反力如下图所示：

剪力图如下：

纵梁的强度检算：
由于工字钢纵梁与墩身部位交接处下部与牛腿焊接，故墩身部位的弯矩由32a工字钢牛腿承担。牛腿的强度验算见后面。故验算工字钢纵梁的最危险的截面为中部34.2kN*m处。

则工字钢需同时满足：

据此选用32a工字钢A=67.05cm2；Ix=11075.5cm4；Iy=459.93 cm4； Wx= 692.2cm3；Wy= 70.758cm3 ；：Ix：Sx=27.46cm；d=9.5mm

满足要求。
并求得工字钢纵梁变形最大处位移为0.001m，位移变形图如下，故亦满足要求。

横梁强度验算：
13#块底部横梁设计
托架上部13#块底板厚80cm腹板厚80cm，长度1m,，宽4m，故托架上0#块底板重为：26kN/m3 *0.8*4*1=83.2kN ；故腹板与顶板重为：

紧挨墩身部位工字钢横梁受的合力为：
根据梁段的截面布置，中间的4-2*0.8=2.4m段考虑只受底板重量，边缘的部位考虑受底板、腹板和顶板重量。
底板产生的荷载P=1.2*83.2+（2.5+2）*4*1=117.84kN
腹板和顶板产生的荷载为P=1.2*422.18+（2.5+2）*1.6*1=513.816kN
转化成均布荷载作用：
中间2.4m段：q=117.84/4=29.46kN/m
两端： q=513.816/1.6+29.46=350.595kN/m
据此建立模型如下：

据此建立模型，可得弯矩图如下：

支反力图如下：

剪力图如下：

则选用工字钢需满足：

由此推出：

据此选择16工字钢，间距40cm，在0#块下布置3道，紧挨墩身部位距离墩身20cm，则每根工字钢受力为348.795kN/m*0.4=139.518kN/m与27.66*0.4=11.064kN/m
据此建立模型：

求得弯矩图如下：

反力图如下:

剪力图如下：

16工字钢的界面特性：
Ix=1130cm4； Wx= 141cm3； Ix：Sx=13.8cm.d=6mm
<

强度满足要求，并求得最大变形小于1mm可忽略故亦满足要求。
1#块底部横梁设计
1#块底板厚78cm，宽4m，长3m，故作用在横梁上底板的重力为26kN/m3 *0.78*4*3=243.36kN，腹板和顶板的重为106.042kN*10N/kg-243.36kN=817.06
工字钢横梁上的中部考虑只受底板重量，所受的合力为：
P=1.2*243.36+（2.5+2）*3*4=346.032kN
工字钢横梁两端腹板位置所受的合力为：
P=1.2*817.06+（2.5+2）*3*1.6=1002.072kN
则化成均布荷载每根工字钢中部均布荷载大小为346.032/4=86.508kN/m
两端腹板位置受到的均布荷载大小为1002.072/1.6+86.508=625.295+86.508=711.803kN/m
根据托架中顺桥向方向布置的型钢的布置图，可把下面工字钢托架看作节点，各节点的支座反力方向为竖直方向，即只有竖向力作用的活动支座

1#块底的布置拟采用与0#块底相同的布置，即间距也采用40cm，则每根工字钢上所受的均布荷载大小为711.803*0.4/3=94.91kN/m，与86.508*0.4/3=11.53kN/m
则最每根工字钢横梁剪力模型如下：

求得弯矩、反力、剪力图如下：

16工字钢的界面特性：
Ix=1130cm4； Wx= 141cm3； Ix：Sx=13.8cm.d=6mm
<

变形小于1mm，满足要求。
综上，横梁的布置图如下所示：
拟定工字钢纵梁上设计10排工字钢横梁，长度为4.5m,两端悬臂15cm，紧挨墩身部位距离墩身20cm。具体布置图如下所示：

方木布置设计：
本工况采用120x120mm的方木：
木结构：E=1 x104MPa；[σ]=12MPa; [τ]=1.5MPa;
120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。
第一层方木设计
0#块底部纵向方木设计

托架上部0#块底板厚80cm腹板厚80cm，长度1m,，宽4m，中间4-2*0.8=2.4m段只受底板荷载作用，大小为：
中间2.4m底板重26kN/m3 *0.8*2.4*1=49.92kN
故总荷载为1.2*49.92+(2.5+2)*2.4*1=70.70
转化为均布荷载为：70.7/1=70.7kN/m
下部工字钢横梁对方木只有竖向力作用，故考虑为活动支座，如图所示：

据此建立模型：求得弯矩、反力图如下：

剪力图如下：

木结构：E=1 x104MPa；[σ]=12MPa; [τ]=1.5MPa;
120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。

<
则方木需同时满足：

故1根方木即可
边缘腹板底部方木所受的混凝土重为
故总荷载为1.2*455.46+（2.5+2）*1.6=553.92kN
转化为均布荷载大小为553.92/1=553.92kN/m
建立模型求得弯矩、反力图如下：

剪力图如下：

120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。

<
则方木需同时满足：

故至少选择7根方木。
1#块底部纵向方木设计
1#块底板厚78cm，腹板厚80cm，宽4m，长3m，故作用在横梁上底板的重力为26kN/m3 *0.78*1.6*3=97.344kN，腹板和顶板的重为106.042kN*10N/kg-97.344kN=817.06
工字钢横梁上的中部考虑只受底板重量，所受的合力为：
P=1.2*243.36+（2.5+2）*3*4=346.032kN
中间2.4m段合力为346.032*2.4/4=207.6192kN
化成均布荷载大小为207.6192/3=69.2064kN/m

建立模型求得弯矩反力图如下：

剪力图如下：

120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。

<
则方木需同时满足：

故至少选择1根方木。
工字钢横梁两端腹板位置所受的合力为：
P=1.2*817.06+（2.5+2）*3*1.6=1002.072kN
边缘腹板位置1.6m段合力为：
1002.072+1.6*346.032*1.6/4=1140.4848kN
化成均布荷载大小为1140.4848/3=380.1616kN/m

建立模型求得弯矩反力图如下：

剪力图如下：

120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。

<
则方木需同时满足：

故至少选择5根方木。
综上0#块、1#块底部腹板位置至少布置7根方木，间距为20cm，底板位置布置7根方木，间距为40cm,方木长度4.5m。
最终确立方木布置图如下：（共15根方木）

第二层方木设置：
0#块底部第2层方木设计
托架上部0#块底板厚80cm腹板厚80cm，长度1m,，宽4m，故托架上0#块底板重为：26kN/m3 *0.8*4*1=83.2kN ；故腹板与顶板重为：

紧挨墩身部位工字钢横梁受的合力为：
根据梁段的截面布置，中间的4-2*0.8=2.4m段考虑只受底板重量，边缘的部位考虑受底板、腹板和顶板重量。
底板产生的荷载P=1.2*83.2+（2.5+2）*4*1=117.84kN
腹板和顶板产生的荷载为P=1.2*422.18+（2.5+2）*1.6*1=513.816kN
转化成均布荷载作用：
中间2.4m段：q=117.84/4=29.46kN/m
两端： q=513.816/1.6+29.46=350.595kN/m
根据底层方木的布置图，可把底层方木看作节点，各节点的支座反力方向为竖直方向，即只有竖向力作用的活动支座，据此可建立模型如下：

据此求得弯矩、反力图如下：

剪力图如下：

120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。

<
则方木需同时满足：

故至少需要3根方木
1#段底部第二层方木设计
1#块底板厚78cm，宽4m，长3m，故作用在横梁上底板的重力为26kN/m3 *0.78*4*3=243.36kN，腹板和顶板的重为106.042kN*10N/kg-243.36kN=817.06
工字钢横梁上的中部考虑只受底板重量，所受的合力为：
P=1.2*243.36+（2.5+2）*3*4=346.032kN
工字钢横梁两端腹板位置所受的合力为：
P=1.2*817.06+（2.5+2）*3*1.6=1002.072kN
则化成均布荷载每根工字钢中部均布荷载大小为346.032/4=86.508kN/m
两端腹板位置受到的均布荷载大小为1002.072/1.6+86.508=625.295+86.508=711.803kN/m
根据底层方木的布置图，可把底层方木看作节点，各节点的支座反力方向为竖直方向，即只有竖向力作用的活动支座，距此建立模型如下：

求得弯矩反力图如下：

剪力图如下：

120x120mm方木特性参数：A=12x12=144cm2；Ix=(12x123)/12=1728cm4；Wx=Ix/Yx=288cm3。

<
则方木需同时满足：

故至少需要5根方木.
综上，0#块至少需要3根方木，1#块至少需要5根，又考虑到方木距离不宜过大，故确定第2层方木间距为30cm,共14根方木，布置图如下：

支撑斜杆受力验算

1.受力计算:
由平衡公式：
P-Ncos48°=0
N=P/cos48°=227.6kN
2.应力验算
支撑斜杆截面特性：考虑到槽钢的焊接质量及连接质量等问题，故提高安全系数2。斜杆需满足本设计拟定支撑斜杆由2根[20a槽钢并口组成,[20a槽钢特性:A=28.83cm2；Ix1=1780.4cm4；Iy1=128 cm4；ix1=7.86cm；iy1=2.11cm；z0=2.01cm

查b类截面轴心受压构件稳定系数φ得：φx=0.983；φy=0.967

满足要求。
各节点受力形态：
焊缝受力验算

1.耳板与纵梁连接焊缝
焊缝方向为纵向。
hf=10mm;lw=310-2*10=290mm
V=Ncos48°/2=72.85kN(2块耳板故除以2)
M=V×0.145=10.56kN*m

综合应力：

满足要求。
--- hf为焊角尺寸
--- lf为角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2hf
--- he为角焊缝的计算厚度，对直角焊缝等于0.7hf
--- 角焊缝=160MPa
(钢结构设计规范)

2.斜杆与下部牛腿焊缝验算：
斜杆与牛腿节点大样图如下：

图中斜撑杆与N3焊接，N3与工字钢顶面焊接，均为满焊，焊缝高度为10mm。
斜杆与牛腿斜杆由20a的槽钢组成，截面见斜杆验算，斜杆直接与跟牛腿紧密相连的焊板焊接，牛腿与钢板焊接的方式连接，此外为了增加牛腿与钢板焊接的焊缝的厚度把工字钢两侧切割掉一部分。如图所示：焊缝可考虑为只受水平拉力作用。

首先验算斜杆与钢板之间的焊接：
则与牛腿焊接部位纵向的长度为 20/cos49°=304.8mm
横向宽146mm,则焊缝的总长度lw=146*2+304.8*2=901.6mm
由上面计算可知：焊缝所受的拉力大小为V=175.43kN
焊缝高度为hf=10mm ，焊缝的计算长度lf=901.6-2*4*10=821.6mm
由于正面角焊缝的强度

侧面角焊缝的强度

两者能承受的强度相等，故可综合考虑侧面角焊缝与正面角焊缝的强度

满足要求。
再验算钢板与工字钢牛腿的焊接，纵向长度为354mm，横向为工字钢的宽度130mm,则焊缝的总长度为lw=130*2+354*2=968mm
焊缝的计算长度lf=968-2*4*10=888mm
由于为仰焊，故焊缝厚度取为7mm；

亦满足要求。
工字钢纵梁与牛腿的焊缝验算：

工字钢纵梁下部与牛腿焊接，并为便于焊接，上部的工字钢纵梁横桥向两侧切割以利于焊接，此外工字钢纵梁的端头与预埋与墩身的钢板焊接以增加焊点，增大安全系数。焊缝可考虑为只受水平拉力作用，大小为145.7kN。

焊接长度为纵向为预埋的工字钢外露部分即40cm，垂直于水平力的焊缝为工字钢纵梁与钢板之间的焊缝，长度可考虑为146mm,2道。故焊缝的总长度为146*2+400*2=1092mm,焊缝厚度考虑为10mm，
焊缝的有效长度lf=1092-2*10*4=1012mm则有

满足要求。

连接销受力验算

连接销采用40Cr制作，该钢材的[σ]=667MPa；[τ]=353MPa。由于
销子的受力比较复杂，故安全系数取值为2.0，加大安全储备。
连接销在与耳板连接处受到剪力作
用，故要验证连接销的抗剪强度是否满足强度
要求。由于连接销受到的剪力为232.45kN
而连接销的受力点有2处，故每一处的剪力
为227.6/2=113.8KN，
则连接销的面积应满足
为增大安全系数，故选取直径为60mm的连接销，

销孔受力验算
在支撑斜杆的销孔位置加一δ=30mm钢板予以加强，并把安全系数提高为2.
① 销孔孔壁承压应力计算
由于销与销孔的尺寸相差甚微，故接触面按
半圆计算
（参考《钢桥设计》）
P=227.6kN/2=113.8kN

<
② 销孔抗拉计算
按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定：1、在杆轴方向通过销孔中心的横截面上，拉杆的净截面积应该不小于按强度计算需提供净截面积的1.4倍。2、在沿杆轴方向通过销孔中心的纵截面上，由销孔边沿至杆端的截面应不小于拉杆按强度计算需提供的净截面积。销孔受力复杂，故提高安全系数2.即k=2。
P=113.8kN

<

<=190MPa
牛腿受力验算
1.上部牛腿：
根据斜杆计算结果可知，支点反力，Ra=174.4kN，Rb=112.4kN，牛腿采用工字钢预埋，墩身内预埋50cm，外露40cm则每根工字钢所受力如图所示：
不考虑精轧螺纹钢的作用
Mmax=27.2KN.m
Qmax=P=112.4KN
由于工字钢横梁直接与墩身部位钢板相连，故
上部牛腿水平力大部由墩身承担，牛腿受到的水平力很小。故只需验算牛腿的承压能力及切应力。

则工字钢需同时满足：

据此选用32a工字钢A=67.05cm2；Ix=511075.5cm4；Iy=459.93 cm4； Wx= 692.2cm3；Wy= 70.758cm3 ；：Ix：Sx=27.46cm；d=9.5mm；

强度满足要求。
2.下部牛腿:
根据斜杆计算结果可知，支点反力，Ra=175.43kN，Rb=152.5kN，牛腿采用工字钢预埋，墩身内预埋50cm，外露40cm则每根工字钢所受力如图所示：
不考虑精轧螺纹钢的作用

Mmax=22.954KN.m
Qmax=P=176.9KN
由于工字钢横梁直接与墩身部位钢板相连，故
上部牛腿水平力大部由墩身承担，牛腿受到的水平力很小。故只需验算牛腿的承压能力及切应力。

则工字钢需同时满足：

据此选用25a 工字钢A=48.5cm2；Ix=5023.54cm4； Wx= 401.88cm3； Ix：Sx=21.58cm；d=8mm

满足要求。又考虑到与上部牛腿的统一性，故选用32a工字钢。

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