官山底特大桥4x32m道岔梁支架检算(共18页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上中铁十九局京福铁路客专标官山底特大桥4×32m道岔连续梁现浇箱梁支架检算中南大学土木工程学院二零一二年十一月专心-专注-专业1.工程概况官山底特大桥62#墩66#墩采用4×32m预应力混凝土连续梁，一联全长130.7m（含两侧梁端至边支座中心各0.75m），梁端距梁缝中心线0.05m，正线及到发线均采用CRTS-型双块式无砟轨道，正线按350km/h设计施工，到发线按80km/h设计施工。连续梁分四个施工节段，第一个施工节段为38.7m，第二节段、第三节段均为32.7m，第四施工节段长26.7m，采用支架法现浇节段施工。箱梁拟采用支架现浇法施工，中

2、铁十九局京福铁路客专标设计完成了现浇支架施工图。受中铁十九局京福铁路客专标施工项目部委托，对该桥支架现浇连续支架进行检算，检算中铁十九局京福铁路客专标设计的支架结构有足够的强度、刚度、稳定性。经初步检算后，对施工项目部设计的原道岔梁支架图做了优化设计。2.计算依据1）钢结构设计规范（GB50017-2003）2）铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）3）铁路混凝土工程施工技术指南（TZ210-2005）4）公路桥梁钢结构设计规范（JTJ025-86）5）路桥施工计算手册（周兴水等著，人民交通出版社）6）官山底特大桥4×32m道岔连续梁支架图（优化后图纸）3.支架结构3

3、.1 支架结构主要构件支架现浇道岔梁支架为贝雷梁-钢管柱支架，每孔主梁均为3跨连续式贝雷梁，每孔内横桥向贝雷梁片数依据箱梁截面特点采用了不同的片数，支架临时基础为条形基础（其中的桩基作为安全保险措施），支柱为630×10mm钢管(内充填河砂)，在钢管顶上布设工字钢作为横梁，贝雷梁支撑于工字钢横梁上，贝雷片上沿桥纵向每间隔60cm布置I20工字钢作承重分配梁，箱梁底板位置处，在I20工字钢上铺设10X15cm方木。箱梁翼缘板位置处先采用48mm*3mm建筑钢管搭于设I20工字钢横梁上，后铺设方木和模板，主要参数见表1。官山底特大桥4×32m道岔连续梁支架图。表1 梁柱式支架主

4、要参数表跨号62#63#墩63#64#墩64#65#墩65#66#墩三跨贝雷梁跨度（m）9+9+99+9+99+9+99+9+9单孔横向贝雷梁片数（片）18242426贝支点处钢管柱根数（根）5778钢管柱横桥向间距（m）32.52.53、4柱顶横梁工字钢3榀I40b3榀I40b3榀I40b3榀I40b为提高支架支柱的稳定性，各跨内中支柱与边支柱之间设14槽钢。两类支架分别取荷载最大的65#-66#墩支架和钢管柱最高的62#-63#墩支架为最不利情况检算。3.2 支架结构材料参数1) Q235钢材依据铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)取值如下, 容重为7850kN/m

5、79;，弹性模量，容许轴向正应力=135MPa，容许弯曲正应力弯曲应力 w =140MPa，容许剪应力=80MPa2) Q345钢材依据铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)取值如下, 容重为7850kN/m³，弹性模量，容许轴向正应力=200MPa，容许弯曲正应力弯曲应力 w =210MPa，容许剪应力=120MPa2) 16Mn钢材依据公路桥梁钢结构设计规范(JTJ025-86)取值如下, 容重为7850kN/m³，弹性模量，容许轴向正应力=200MPa，容许弯曲正应力弯曲应力 w =210MPa，容许剪应力=120MPa462#63#墩间支架检算 4.

6、1 计算荷载种类 新浇砼容重按26kN/m3计算，超灌系数取1.05，考虑箱梁特性，各贝雷梁片荷载按分块计算，计算分块见图1。按图1分块计算现浇混凝土自重，得出各分块宽度（横桥向）内的荷载集度q，向下部传递由I20工字钢横梁承担，I20工字钢沿纵向间隔60cm均匀布置。计算模型中混凝土自重换算成I20工字钢上的线性荷载，计算如下：底板下I20工字钢受线荷载： q1=(0.7065+0.4957)×0.6×26÷1.667×1.05=11.81kN/m;边腹板下I20工字钢受线荷载: q2=3.5477×0.6×26÷2.27

7、5×1.05=25.56kN/m;中腹板下I20工字钢受线荷载: q3=3.8127×0.6×26÷2×1.05=31.22kN/m;翼缘板下I20工字钢线荷载: q4=0.9327×0.6×26÷2.157×1.05=7.08kN/m.图1 箱梁自重计算截面分块支架自重：按实际材料、尺寸计算由midas自行计入，箱梁一侧悬臂板下，一排I20上支撑的碗扣支架共长131m,钢管每米重0.0447kN,换算到作用于I20工字钢上的均布荷载： 131×0.0447÷14=0.42kN/m；施

8、工人员、施工料具堆放、运输荷载:2.5 kN/m2倾倒混凝土时产生的冲击荷载： 2 kN/m 2振捣混凝土产生的荷载: 2 kN/m2模板自重，按实际模板尺寸计入：3 kN/m 24.2 荷载组合计算强度时:Q= +底板下工字钢受线荷载：Q1=11.81+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=17.93 kN/m;边腹板下工字钢受线荷载: Q2=25.56+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=31.68 kN/m;中腹板下工字钢受线荷载: Q3=31.22+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=37.34kN/m;翼缘板下工字钢线荷载:Q4=7.08

9、+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=13.2 kN/m.计算刚度时:Q=+底板下工字钢受线荷载：Q1=11.81+0.42+3×0.6=14.03kN/m;边腹板下工字钢受线荷载: Q2=25.56+0.42+3×0.6=27.78 kN/m;中腹板下工字钢受线荷载: Q3=31.22+0.42+3×0.6=33.44 kN/m;翼缘板下工字钢线荷载: Q4=7.08+0.42+3×0.6=9.3kN/m.4.3 计算模型根据支架结构图，以梁单元建立有限元计算模型，共4792个节点和7192个单元，采用midas软件进行计算。荷载加在贝

10、雷梁上方的I20工字钢上，按梁单元荷载加载，钢管与基础采用刚结模拟，钢管上的工字钢、贝雷片皆采用竖向支撑体系模拟。模型如下图2图2 支架有限元模型4.4 正应力检算施加计算强度时的荷载组合，支架各类构件最大、最小应力及对应位置见下表2，各截面（轴向+弯曲）组合应力最不利值如图3（拉为正，压为负）。表2 构件最大、小应力及对应位置 （单位Mpa）构件最大应力对应位置最小应力对应位置I20工字钢108.4箱梁边腹板下工字钢-108.5箱梁底板下工字钢贝雷梁169.2中支承处斜腹杆-235.8中支承处竖腹杆I40a工字钢71.3纵向中间支墩处-70.3纵向中间支墩处钢管桩-46.8纵向边支墩处钢管-

11、52.7纵向中间支墩处钢管14槽钢115.7与墩连接处槽钢-108与墩连接处槽钢1）贝雷梁由图3可得，最大应力为169.2MPa，最小应力为-235.8MPa，分别发生在贝雷梁斜撑和竖杆上。图3 贝雷梁正应力计算结果贝雷梁材料为16Mn钢材，抗拉、压强度基本容许值为210MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=252MPa。故：=235.8MPa <=252MPa，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。2）I40a工字钢I40a工字钢钢号为Q235，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.

12、2=168MPa。图4可以看出，最大应力为=71.3MPa<=168MPa，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。图4 I40b横梁正应力3）钢管柱钢管柱材料为Q235钢材，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=168MPa。最大应力为-52.7 MPa<=168MPa，发生在中间两排立柱边腹板对应的位置。满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。图5 钢管柱正应力4）I20b工字钢I20b工字钢材料为Q235，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=168

13、MPa。最大应力为108.5MPa<=168MPa，发生在边腹板下横梁。满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。图6 I20横梁正应力5）其他构件剪力撑、槽钢等其他型钢钢号为Q235，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=140×1.2=168MPa。表2给出的最大应力均小于该值，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。4.5 剪应力检算施加计算强度时的荷载组合，支架各类构件最大剪应力及对应位置见下表3，结构剪应力计算结果如图4。表3 构件最大剪应力及对应位置 （单位Mpa）构件最大剪应力对应位置I20工字钢29.1I20支承于贝雷梁处贝雷梁62.

14、9中支承处斜腹杆I40a工字钢99.4工字钢支承于中间支墩处钢管桩0.25边支墩处钢管14槽钢1.99与桥墩连接处槽钢图7 支架剪应力计算结果表3和图7给出的最大应力为=99.4MPa <=144MPa，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。4.6 刚度检算施加计算刚度时的荷载组合，进行计算，得出荷载组合作用下竖向位移最大值如图8。由图8可得，贝雷梁最大竖向位移fc/l=14.2mm/9000mm=1/634<1/400，发生在贝雷梁跨中，满足铁路混凝土工程施工技术指南要求。图8 支架变形图4.7稳定性检算施加各项荷载，进行计算，得出支架屈曲一阶模态如图9，表现为中跨钢管柱压弯失稳。支架

15、屈曲一阶模态特征值为4.59>4.0,满足施工规范要求。图9 支架一阶模态屈曲图4.8地基检算 由计算模型得支架反力如图10。图10 支架反力图（单位 kN）中支墩处各钢管桩对应的反力如表4：表4 钢管柱支承点反力总和表排号FZ（kN）第一排2231.6第二排5718.3第三排5706.1第四排2247.1从表中知中支墩处钢管桩下最大反力和为5718.3kN，x方向弯矩和为0，y方向弯矩和为-1.1 kN*M，弯矩对基础影响很小仅考虑竖向力。由支架设计图查得基础尺寸为14m×2.5m×1m。基础自身重量为：14m×2.5m×1m×26 K

16、N/m=910 kN根据路桥施工计算手册，基础应力， ，小于地基承载力o=200kpa，满足要求。565#66#墩间支架检算 5.1 计算荷载种类新浇砼容重按26kN/m3计算，超灌系数取1.05，考虑箱梁特性，各贝雷梁片荷载按分块计算，计算分块见图8：按图11分块计算现浇混凝土自重，得出各分块宽度（横桥向）内的荷载集度q，向下部传递由I20工字钢横梁承担，I20工字钢沿纵向间隔60cm均匀布置。计算模型中混凝土自重换算成I20工字钢上的线性荷载，计算如下：外侧底板I20工字钢受线荷载：q1=(1.223+0.885)×0.6×26÷2.95×1.05=

17、11.7kN/m; 内侧底板下I20工字钢受线荷载：q2=(1.20+0.885)×0.6×26÷2.82×1.05=12.11kN/m;边腹板下I20工字钢受线荷载: q3=3.54×0.6×26÷2.26×1.05=25.66kN/m;中腹板下I20工字钢受线荷载: q4=3.45×0.6×26÷2.81×1.05=20.11kN/m;翼缘板下I20工字钢受线荷载: q5=0.93×0.6×26÷2.16×1.05=7.05kN/m

18、.图11 箱梁自重计算截面分块支架自重：按实际材料、尺寸计算由midas自行计入，箱梁一侧悬臂板下，一排I20上支撑的碗扣支架共长131m,钢管每米重0.0447kN,换算到作用于I20工字钢上的均布荷载： 131×0.0447÷14=0.42kN/m；施工人员、施工料具堆放、运输荷载:2.5 kN/m 2倾倒混凝土时产生的冲击荷载： 2 kN/m 2振捣混凝土产生的荷载: 2 kN/m 2模板自重，按实际模板尺寸计入：3 kN/m 25.2 荷载组合计算强度时:Q= +外侧底板下工字钢受线荷载：Q1=11.7+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=17.82

19、 kN/m; 内侧底板下工字钢受线荷载：Q2=12.11+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=18.23 kN/m;边腹板下工字钢受线荷载: Q3=25.66+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=31.78 kN/m;中腹板下工字钢受线荷载: Q4=20.11+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=26.23 kN/m;翼缘板下工字钢线荷载:Q5=7.05+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=13.17 kN/m.计算刚度时:Q=+外侧底板下工字钢受线荷载：Q1=11.7+0.42+3×0.6=13.92 kN/m;内侧底

20、板下工字钢受线荷载：Q2=12.11+0.42+3×0.6=14.33 kN/m;边腹板下工字钢受线荷载: Q3=25.66+0.42+3×0.6=27.88 kN/m;中腹板下工字钢受线荷载: Q4=20.11+0.42+3×0.6=22.33 kN/m;翼缘板下工字钢线荷载: Q5=7.05+0.42+3×0.6=9.27kN/m.5.3 计算模型根据支架结构图，以梁单元建立有限元计算模型，共7724个节点和10971个单元，采用midas软件进行计算。荷载加在贝雷梁上方的I20工字钢上，按梁单元荷载加载， 钢管与基础采用刚结模拟，钢管之上的工字钢、

21、贝雷片皆采用竖向支撑体系模拟。如图12图12 支架有限元模型5.4 正应力检算施加计算强度时的荷载组合，支架各类构件最大、最小应力及对应位置见下表5，各截面（轴向+弯曲）组合应力最不利值如图10（拉为正，压为负）。表5 构件最大、小应力及对应位置 （单位Mpa）构件最大应力对应位置最小应力对应位置I20工字钢108.4箱梁边腹板下工字钢-108.5箱梁底板下工字钢贝雷梁190.1中支承处斜腹杆-234.1中支承处竖腹杆I40a工字钢69.5纵向中间支墩处-77.9纵向中间支墩处钢管桩-71.5纵向边支墩处钢管-84.7纵向中间支墩处钢管14槽钢105.7与墩连接处槽钢-102.3与墩连接处槽钢

22、1）贝雷梁由图13可得，最大应力为190.1MPa，最小应力为-234.0MPa，分别发生在贝雷梁斜撑和竖杆上。图13 贝雷梁正应力计算结果贝雷梁材料为16Mn钢材，抗拉、压强度基本容许值为210MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=252MPa。故：=234.0MPa <=252MPa，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。2）I40b工字钢I40工字钢钢号为Q235，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=168MPa。图4可以看出，最大应力为=-77.9MPa<=168M

23、Pa，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。图14 I40b横梁正应力3） 钢管柱钢管柱材料为Q235钢材，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=168MPa。最大应力为-84.7MPa<=168MPa，发生在中间排立柱腹板对应的位置。满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。图15 钢管柱正应力4）I20b工字钢I20b工字钢材料为Q235，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=210×1.2=168MPa。最大应力为-77.9MPa<=168MPa，发生在边腹板下横梁

24、。满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。图16 I20横梁正应力5）其他构件剪力撑、槽钢等其他型钢钢号为Q235，抗拉、压强度基本容许值为140MPa，考虑为施工临时结构的应力提高系数取1.2，则=140×1.2=168MPa。表2给出的最大应力均小于该值，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。5.5 剪应力检算施加计算强度时的荷载组合，支架各类构件最大剪应力及对应位置见下表6，结构剪应力计算结果如图17。表6 构件最大剪应力及对应位置 （单位Mpa）构件最大剪应力对应位置I20工字钢31.9I20支承于贝雷梁处贝雷梁63.1中支承处斜腹杆I40a工字钢113工字钢支承于中间支墩处钢管桩0.21边支墩处钢管14槽钢1.99与桥墩连接处槽钢图17 支架剪应力计算结果表6和图17给出的最大应力为=121.1MPa <=144MPa，满足铁路桥梁钢结构设计规范要求。5.6 刚度检算施加计算刚度时的荷载组合，进行计算，得出荷载组合作用下竖向位移最大值如图5。由图5可得，贝雷梁最大竖向位移fc/l=13.8mm/9000mm=1/652<1/400，发生在贝雷梁跨