特大桥121#墩0#块现浇平台结构检算设计书

1 特大桥 121#墩 0#块现浇平台结构检算设计书 一、概述 横潦泾特大桥属于沪杭客运专线 2标项目，位于上海市松江区。标段起讫里程长 潦泾特大桥采用 5墩 4跨连续梁结构，墩号为 119# 123#，里程为 87 09，跨径布置为 75+135+135+75m，其中 121#墩位于水中，两中跨以 62斜交过横潦泾。 121#墩 0#块施工平台分为拼装平台和现浇平台两部分。拼装平台下部为钢管桩（柱）支架，钢管支架采用 1000 12钢管桩 、 800 10柱（承台处），之间的连接系采用 300 10钢管；上部采用焊接箱型分配梁连接并作为滑道。现浇平台下部为钢管柱支架，钢管支架采用 800 12钢管柱、柱间连接系采用 375 8、 500 12钢管和 580 14钢管；现浇平台上的分配梁截面与拼装支架桩顶分配梁相同，两平台支架相应位置的桩顶分配梁位于同一高程。 0#块施工时，先在拼装平台的分配梁上布置滑梁，将 300支架纵梁按设计位置摆放在滑梁上，形成稳固的平台，在平台上布置模板及钢筋。再在拼装好的主体钢筋骨架中设置临时内支撑和劲性骨 架，以增强其整体稳定性。最后由拖拉装置牵引滑梁及以上部分，从拼装平台一次滑移到现浇平台设计位置。 二、计算依据 1、横潦泾特大桥主体结构设计图 2、横潦泾特大桥施工组织设计 3、公路桥涵设计通用规范 60、钢结构设计规范 、混凝土结构设计规范（ 三、基本资料 1、设计水位：根据委托方提供的水文资料确定钻孔施工期间水位标高取百年一遇水位 .+ 2、材料：均采用 于平台为临时结构， 170切允许应力取 100 3、荷载：现浇支架上的模板系统 140t； 0#块总重量 2200t，墩顶范围内重量（未含模板系统）约 500t，两侧支架承受的重量约 2200700t。 4、支架按 10 级风设防，最大风速按 s 考虑。 四、现浇平台支架主要计算过程 算相关参数及假定 （ 1） 121#块现浇支架平面布置如下图 1 所示： 3 图 1 现浇支架布置 图 （ 2） 支架纵梁受力分为两种工况：滑移拼装状态和混凝土浇注状态，滑移拼装状态受力较小，不起控制作用。由于墩顶范围内重量通过墩顶支垫直接传至墩身，混凝土浇注状态时，支架纵梁不再承受此部分荷载。 （ 3） 0#块施工完成后，支架要作为墩梁固结的构造措施，需要在管柱支架外排钢管柱内灌注混凝土。经计算，不平衡力矩经主体单侧腹板产生的竖向力为 750t。此时支架下部结构处于最不利状态，需进行强度和整体稳定性验算。 架纵梁 支架纵梁的布置如下图 2 所示。浇注状态时，箱梁和内外侧模系统荷载通过支架纵梁向下传。分块计算各纵梁受力。为 简化计算，施工时混凝土及施工荷载以线荷载形式作用于支架纵梁。各纵梁上的线荷载计算如下（ 纵梁 1 在柱顶分配梁处反力，其它类推）： 4 图 2 现浇平台支架纵梁布置图 图 3 现浇平台支架纵梁计算简图 纵梁 1 处均布线荷载： 2= m 纵梁 2 处均布线荷载： 2= +m 2+ 1kN/m +m+ m ( 纵梁 3 处梯形线荷载： 2+ =m 2+ =m =m 纵梁 4 处梯形线荷载： =m =m =m 纵梁 5 处梯形线荷载： 5 =m =m =m 纵梁 6 处梯形线荷载： 2+ =m 2+ =m 2+ =m 纵梁 7 处梯形线荷载： 2+ =m 2+ =m 2+ =m 取纵梁 3 计算，计算结果 如下图 3 6 所示： 图 3 支架纵梁 3 剪力图 (图 4 支架纵梁 3 弯矩图 (m) 6 图 5 支架纵梁 3 竖向位移图（ 图 6 支架纵梁 3 组合应力图 (其它纵梁的计算结果如下表所示 计算 中纵梁结构计算软件已经将自重计入，以上计算中 材料容许应力 =170 称 最大弯矩 （ m） 最大剪力 （ 最大应力（ 最大挠度（ 支反力（ 纵梁 1 内 = 外 =梁 2 内 =325 R 外 =梁 3 中 ) 臂） R 内 = 外 =梁 4 0 中 ) 臂） R 内 = 外 =梁 5 中 ) 臂） R 内 = 外 =梁 6 中 ) 臂） R 内 = 外 =396 纵梁 7 245 中 ) 臂） R 内 = 外 =7 跨中最大容许最挠度 f=4001L=臂端最大容许挠度 f=2001L=15算表明纵梁的强度和刚度均达到要求。 顶分配梁计算 分配梁采用 B H=650 500 的焊接箱梁，翼缘厚度 30 5002 道腹板每道厚 30板中心间距 300质为 纵梁上的支反力作用到桩顶分配梁。 截面几何特征值如下： 343 1 0 ， 231 0 ， 331 2 1 0 柱顶分配梁的最不利荷载产生于混凝土浇筑工况，取支架纵梁的支反力作用在柱顶分配梁上。墩身一侧内、外柱顶分配梁荷载布置和计算模型如下图 7 所示。 图 7 柱顶分配梁荷载及计算模型（ 经比较，内外侧分配 梁中最不利计算结果如下图 8、 9 所示： 8 图 8 分配梁组合应力图（ 图 9 分配梁挠度图（ 计算中纵梁结构计算软件已经将自重计入。通过计算得到混凝土浇筑工况，桩顶分配梁上的最大应力为 中最大挠度为 材料容许应力 =230中最大容许挠度 4001L=臂端最大容许挠度 2001L=23算表明纵梁的强度和刚度均达到要求。 计算得到墩身单侧支架支点反力如下表所示： 柱顶分配梁支点反力表 位置 外侧柱顶 (内侧柱顶 (外侧柱顶 (外排柱顶 排柱顶 柱支架计算 建立管柱支架空间模型，柱顶分配梁和支架在支点位置处用弹性连接。竖向力作用到柱顶分配梁上，水平风力分别作用到钢管支架管柱顶部和中间位置，得到整体计算模型，如下图 10 所示： 9 图 10 管柱支架计算模型图（ 算工况及荷载 （ 1）根据 0#块的施工过程，管柱支架的计算考虑以下两种工况： 工况一：现浇自重 +10 级风 工况二：墩梁固结时，不平衡力矩在柱顶产生竖向力的作用 （ 2）现浇自重荷载计算 现浇自重荷载直接作用到上部柱顶分配梁，其值见柱顶分配梁模型。 （ 3）十级风荷载计算 考虑施工时横桥向十级风作用，按公路桥涵设计通用规范（ 60 第 ，风荷载标准值计算公式为： 0其中 22 取 10 级风 时上海地区的设计基本风压 202 8 . 4 5 0 4 P 6w 风速 高度变化修正系数，模板按 20m 高度 管柱按 10m 高度 10 阵风风速系数 B 类地表设计）； 施工期架设期桥梁 临时结构，模板结构风阻力系数 钢管柱结构风阻力系数 特 殊风口地区，取地形地理条件系 钢 管柱 支架遮挡系数 。 对模板系统： 2 2 2 20 1 3 2 5 0k k k k k 0 . 7 5 1 . 3 1 . 3 8 1 . 1 2 1. 3 5 0 4 1 4 3 8 P 模板系统上的风力作用点简化到内、外侧柱顶分配梁上，再由钢管排架的三根柱均匀承受。则作用在内外排柱顶的总风力： F 外 =438 2 内 =438 22 钢管柱支架结构 ： 2 2 2 20 1 3 2 5 0k k k k k 0 . 7 5 0 . 5 1 . 3 8 1 1. 3 5 0 4 4 4 1 P 。 钢管柱的风力作用点简化到内、外侧柱高中心，再由钢管排架的三根柱均匀承受。则作用在内外排柱高中心的总风力： F 外 =F 内 =41 2=21 4）墩梁固结时竖向荷载 由墩梁固结措施可知， 不平衡力矩经主体单侧腹板产生的竖向力为 7500#块支架 中外排两侧钢管混凝土刚度大，计算时视为仅外侧两侧主桁片受力，简化成平面受力体系下图 11 所示： 11 图 11 墩梁固结时管柱支架受力图（ 况一计算：混凝土浇注 +10 级风 况一计算结果 支架外排两侧斜柱 (共 4 根 )灌注混凝土，作为墩梁固结的构造措施， 0#块施工时已经参与受力。 经计算 此工况下管柱支架结果如下图 12 15 所示； 图 12 管柱支架组合应力图（ 图 13 管柱支架管柱竖向位移图（ 12 图 14 管柱支架管柱内力图（ 图 15 管柱支架屈曲稳定计算图经计算，管柱最大组合应力为 170杆屈曲稳定计算的最小值为 强度和稳定性均达到要求。 管 柱 支 架 中 外 排 800 钢 管 混 凝 土 最 大 压 力 为 1 7 . 8 , 2 1 3 . 8k N m M k N m ;与墩梁固结相比，此内力组合不起控制作用，故不再验算。 内排 800 钢管最大压力为 5 0 . 3 , 9 5 . 6k N m M k N m 580 钢管水平管最大拉力为 375 钢管最大压力为 况一下管柱稳定性验算 外排 800 =12 钢管柱最大组合应力出现在上半段，按双向压弯构件计算其稳定性。 1 5 1 . 7 ,yM k N m 7 0 . 4 , 2 1 4 4 . 6 k k N m N 。计算长度 450 0 7 4 5 0 2 7 8 2 6 . 8 ， 0 8， 1 ， 2 2 5222 . 1 1 0 2 9 7 0 6 790251 . 1 1 . 1 2 6 . 6E x E y k N 13 1 . 0 , 1 . 0m x ， 1 . 0 5 , 0 . 7 。 362 1 4 4 . 6 1 0 1 . 0 1 5 1 . 7 1 02 1 4 4 . 60 . 9 4 8 2 9 7 0 7 1 . 0 5 5 7 6 5 8 1 2 1 0 . 81 0 . 879025t y ym x xx b y 61 . 0 7 0 . 4 1 00 . 7 7 6 . 1 5 2 5 . 6 1 8 . 5 1 1 0 . 31 . 0 5 7 6 5 8 1 2 M p a 36 4 4 . 6 1 0 1 . 0 7 0 . 4 1 02 1 4 4 . 60 . 9 4 8 2 9 7 0 7 1 . 0 5 5 7 6 5 8 1 2 1 0 . 81 0 . 8 79025m y y t x xb x 61 . 0 1 5 1 . 7 1 00 . 7 7 6 . 1 5 1 1 . 9 1 8 . 4 1 0 6 . 51 . 0 5 7 6 5 8 1 2 M p a 通过计算得 80012 管桩的最大应力为 70 580 钢管中的最大拉力为 大组合应力m a x 3 8 . 6 1 7 0M P a M P a 580 钢管 =14 管柱长细比为 =L0/004/200=35 =300 组合应力和 均较小，可考虑省略稳定验 算。 联接系中最大压力为 375 钢管 =8,其计算长度 160于受到的弯矩较小，可按轴向受压构件计算其稳定性。长细比 =L0/160/ =150，按 B 类构件查轴压杆稳定系数 =件的整体稳定性计算 34 6 1 00 2 9 2 2 4 170 工况二计算：墩梁固结工况 0#块施工完成后，灌注混凝土的外排斜柱是墩梁固结的主要构造措施。 此时的受到的荷载见图 11，建立空间模型如下图 16 所示； 14 图 16 管柱支架计算简图 模型中仅考虑主体腹板传力作用，在梁体腹板处下面钢管混凝土柱顶施加集中荷载 F=11000经包含 0#块的上部自重荷载 2620 架结构的计算结果 经计算，管柱支架墩梁固结时结果如下图 17 19 所示： 图 17 管柱支架最大组合应力图 图 18 管柱支架竖向位移图 15 图 19 管柱支架内力图 经计算，管柱最大组合应力为 170强度达到要求。 管柱支架中外排 800 钢管混凝土柱最大压力标准值为 矩标准值为m a x 6 5 2 . 1 m； 内排 800 钢管最大压力为 25511 6 7 .8 kM z N m 580 钢管水平管最大拉力为 3091 375 钢管最大压力为 柱（ 800 12 钢管混凝土）结构的检算 按恒荷载起控制作用下取得设计值分项系数 钢管混凝土柱的设计值： 。 计算长度为 724柱 凝土， 5凝土截面面积 (8004=472408 2， 钢管截面面积 9707 2 套箍指标 =管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值： 1+ + ） =25 472708（ 1+=16 s=54 e0/4/(400此考虑偏心影响的承载力折减系数按下式计算： 0 (1 1 . 8 5 e / r )c =0/d=4，因此考虑长细比影响的承载力折减系数按下式计算： 01 / ( 1 0 . 1 5 5 L / d - 4 )l =钢管混凝土单肢柱的承载力设计值为 Nu=c l足承载力要求。 它结构稳定性的检算 （ 1）内排 800 =12 钢管管柱最大组合应力出现在下半段，按单向压弯构件计算其稳定性。 N=25511 6 7 .8 kM z N m。计算长度 200 0 6 2 0 0 2 7 8 2 2 . 3 ， ， ， 2 2 5222 . 1 1 0 2 9 7 0 6 1125541 . 1 1 . 1 2 2 . 3E x E y k N ， 362 5 5 1 1 0 1 . 0 1 6 7 . 8 1 01 1 7 . 125510 . 9 6 2 2 9 7 0 71 . 0 5 5 7 6 5 8 1 2 1 0 . 81 112554m x x p 通过计算得 80012管柱 的最大应力为 于容许应力 170 （ 2） 580 钢管中的最大拉力为 3091大组合应力m a x 1 5 2 . 3 1 7 0M P a M P a 580 钢管 =14 管柱长细比为 =L0/004/200=35 =300 组合应力和稳 定均满足要求。 （ 3）联接系中最大压力为 375 钢管 =8,其计算长度 058于受到的弯矩较小，可按轴向受压 17 构件计算其稳定性。长细比 =L0/058/ =150，按 B 类构件查轴压杆稳定系数 =0. 796 杆件的整体稳定性计算 34 7 7 00 6 9 2 2 4 65170点及预埋件的计算 点 A 的计算 节点 由整体计算模型可得，钢管 091 钢管 2之 间的相贯焊缝焊缝长度 2001之间连接焊缝长度为 540=4320采用双面角焊缝，焊缝高度 10 18 33 0 9 1 1 0 6 7 . 7 1 0 00 . 7 1 0 ( 4 3 2 0 2 2 0 0 )f p a M p 两拉板 面强度的验算： 节点处两钢管相贯焊缝所能承受的荷载为 1043余由钢管 钢管柱两拉板 递，则单个拉板受到的拉力为 1024板 00t=22度 31 0 2 4 1 0 1162 2 0 0 2 2 P 170 点 B 的计算 节点 （ 1）板件 成牛腿受 钢绞线张拉力的弯剪计算 由于板件与钢管之间为剖口焊，所以只检算构件之间的自身强度，可将板件构造简化成受弯、剪的牛腿，其构造如下图所示。 19 一个节点有两束钢绞线，单束钢绞线共计 17 根，每根张拉力为 120有整束钢绞线张拉力为 17 120=2040 则有上述构件承受 V=2040矩为 M=2040 牛腿计算截面及几何参数如下所示 截面抵抗矩 38702826m 上36822437m 下截面的惯性矩 109 4 面积 矩 106 3牛腿的 最大正应力为 64 2 8 . 4 1 0 6 2 . 8 1 7 06822437 p a M p 下受到的最大剪应力为 3692 0 4 0 1 0 2 . 3 7 1 0 3 4 . 3 1 0 03 . 5 2 1 0 2 2 0 p a M p 翼缘与腹板之间连接处的折算应力 2 2 2 23 3 7 7 . 2 1 7 08702826 M p a M p a 64 2 8 . 4 1 0（ ） （ 牛腿下端折算应力： 2 2 2 23 6 2 . 8 3 1 1 6 . 5 1 7 02 9 0 0 2 0 M P a M P a 32 0 4 0 1 0（ ） （ ） 20 （ 2）板件 成牛腿局部承压 构造 锚板处局部承压面积如下： 压力为 N=2040A=12436部容许承受的压力为 1 2 4 3 6 2 0 0 2 4 8 7 k N 2 0 4 0 k （ 3）受力板件 受压局部稳定 板件 钢管壁视为封闭的箱型截面。为防止板件受压局部失稳，应限制构件的宽厚比。 1b 110 6 6 4 0f 0 322 1 6 0h 4 0f 满足构造要求。 埋件计 算 的计算 承台上管柱混凝土预埋件为弯剪预埋件，由墩梁固结时的支反力得最大压力标准值 1780 最 大 剪 力 标 准 值 010对应的弯矩标准值；综合考虑取荷载分项系数 =，得到其压力设计值 大剪力设计值 矩设计值 。 假定轴力由管柱内混凝土直接传到承台 ，此时预埋件为弯剪结构。承台砼标号为 压强度设计值为 （ 1）混凝土的局部承压承载力 21 12002=4521600 2， 4002=502400，c l 9 f A 0 . 9 1 . 0 3 1 9 . 1 5 0 2 4 0 0 2 5 9 0 9 k 部受压承载力满足要求。 （ 2）锚筋受剪计算，布置三排抗剪锚筋，有 1 9 . 12 5 , 0 . 9 , ( 4 0 . 0 8 ) ( 4 0 . 0 8 2 5 ) 0 . 5 1 , 1 . 0300cr v m m a a d 36 2y b 6 5 7 . 2 1 0 3 0 6 . 1 1 0A s 2 7 2 7 4 m . 3 f Z 0 . 9 0 . 5 1 3 0 0 1 . 3 0 . 9 1 . 0 3 0 0 1 2 2 0r v a a a 需要抗剪锚筋的数量 n=27274 491=55 根，实际有 70 根。 （ 3）锚板与斜柱之间的焊缝计算 假定轴力通过钢管混凝土的混凝土传到承台上，剪力由锚板与斜柱之间的焊缝传递。 计入锚板上加劲肋的焊缝 210 2 12=4560锚板与斜柱 之间的焊缝长度为 800=25122接焊缝的强度 33 0 1 0 1 0 6 4 . 5 1 0 00 . 7 0 . 7 1 0 2 5 1 2 0 . 7 1 2 p a M p f 0 . 8 4 5 6 0满足要求。 五 模板桁架系统计算 梁外侧模板计算 箱梁外侧模板由 6的钢板面板、 63 6 和 63 8 的带肋及 6加劲板、 63 10的封边角钢和 10肋布置最大间距分为 30016 外侧模压力根据经验取 50 板计算 面板带肋间距 300（ 316） 单向板计算。 公式 45/,384 f K 22 取单宽计算，线荷载： q=50 1=50KN/m 222233330 . 1 0 7 0 . 1 0 7 5 0 0 . 3 1 6 0 . 6 4 111 0 0 0 6 6 0 0 06611 0 0 0 6 1 8 0 0 01 2 1 2M q l K N m m m 所以445641000 1 0 7 1 7 060005 0 3 1 60 . 6 3 2 0 . 6 3 2 0 . 8 31 0 0 1 0 0 2 . 1 1 0 1 8 0 0 0M M P a M P m 小于 足要求。 肋计 算 带肋（ 63 6） 与面板采用 6缝焊接成一体。 考虑 30 倍 6面板参与共同受力，由几何计算可知 : 计算线荷载： q=50 m 计算跨度为桁架间距， L=多跨连续梁计算： 强度计算： 最大弯矩： M=Nm ； 23 弯曲应力 =M/W= 106/27601 = 抗剪验算： 剪应力 计算公式： = t 最大剪力 V=N 剪应力计算值： = 0 3 21716/(6 106) = 挠度验算 : 计算公式如下 : =100均布荷载 ： q =15.8 kN/m； 挠度计算值 ： = 12004/(100 105 106) = =1200/500= 桁架拉杆担梁计算 根据图纸，担梁承担来自桁 10和桁 14 的反力。 担梁加载图（单位 : 担梁弯曲应力图 担梁最大弯曲应力为 24 担梁剪切应力图 担梁最大剪应力为 担梁变形图（单位： 担梁最大变形为 700/400=无桁 14反力作用时，担梁为 3个 72中力加载，结果为：担梁最大弯曲应力为 140应力为 度为 足要求。 梁外侧模桁架计算 箱梁外侧模桁架由弦杆和腹杆组成，弦杆为 10、 8，腹杆为 8、 75 6 50。用 件均采用梁单元，边界为在拉杆分配梁与桁架相交处约束。荷载按线荷载进行加载。 混凝土产生外侧模 压力为 50架间距 向拉杆分配梁间距 1m，故作用于桁架上的线荷载为 50 0KN/m。 以桁 5 和桁 9 为例 25 桁 5 加载图 10 应力图 10 最大应力为 8 应力图 8 最大应力为 26 75 6 50应力图 75 6 50 最大应力为 X 方向变形最大为 27 桁 9 加载图 10 应力图 10 最大应力为 28 8 应力图 8 最大应力为 75 6 50应力图 75 6 50 最大应力为 X 方向变形最大为 梁凸面段 以桁 10为例 29 桁 10 加载图 10 应力图 10 最大应力为 8 应力图 8 最大应力为 30 75 6 50应力图 75 6 50 最大应力为 X 方向变形最大为 梁底模板计算 箱梁底模板由 8 10分配梁组成。分配梁布置间距分为 200板下）和 400板下）两种。 板下底模 板计算 腹板区高 10m，则混凝土产生的压力为 10= 31 模板面板按单向板计算。 计算线荷载： q=1=m