涧口河特大桥块托架计算书

1、宝汉高速公路宝鸡至陕甘界工程BP10合同段涧口河特大桥连续箱梁施工方案0#块计算书中交第一公路工程局有限公司2010年5月18日目 录1、编制依据- 3 -2、工程概况- 3 -3、主要设计技术参数- 5 -3.1、材料参数- 5 -3.2、荷载系数- 5 -4、托架计算设计荷载- 5 -5、托架验算- 5 -5.1、托架计算- 5 -(2).悬臂端托架强度及稳定性分析- 10 -a.托架正应力分析- 10 -b.托架剪应力分析- 11 -c.托架变形分析- 11 -d.托架斜撑受压构件稳定性分析- 11 -(3).墩侧托架强度及稳定性分析- 16 -a.墩侧托架斜撑受压构件稳定性分析- 17

2、 -(4).墩间段横梁及预埋件计算- 22 -6.结论- 25 -0#块托架设计计算书1、编制依据A、0#块施工图陇汉线陕甘界至宝鸡高速公路两阶段施工图B、公路桥涵施工规范JTJ 041-2000C、危险性较大工程安全专项施工方案编制与实例精选D、钢结构设计规范GB50017-2003E、混凝土结构设计规范GB50010-2002F、建筑施工模板安全技术规范JGJ162-2008G、材料力学H、结构力学I、路桥施工计算手册G、结构有限元分析2、工程概况 涧口河特大桥主桥0#、1#块纵桥向总长14m，前后由两个空心墩支撑，图纸设计0#、1#块在托架上一起浇筑，并一次张拉。8#及12#墩墩顶范围内

3、0#、1#块（后简称0#块）纵向长为3米；9#、10#、11#墩为4m。8#、12#墩0#块墩身外侧悬臂为2m，其余主墩墩身外侧悬臂为1m。按最不利荷载原则选取8#、12#墩0#块设计墩顶托架，9#-11#墩墩顶采用和8#、12#相同结构的托架。0#块悬臂段底板宽为7m，厚度由1.7m变为1.0m；腹板厚度为0.65m；顶板厚度为0.3m，顶板宽度为12.9m。0#块三维实体图如下所示：根据0#块的实际情况，拟采用墩顶托架现浇的方法施工。根据现有的材料，托架（三角架）采用两根36a槽钢作为主梁及斜撑，每侧悬臂段设置4道托架。托架顶采用2层分配梁进行力分配，下层以双背28a槽钢作为横向分配梁，分

4、配间距为0.6m，共计7道，上层以双背20a槽钢作为纵向分配梁，分配间距以墩中轴线向两侧0.45m布设，共计16道。每侧翼缘板下采用4根40a工字钢做为支撑纵梁，其上支立钢管支架支顶翼板模板，翼板纵梁放置于墩侧托架上。0#块悬臂部份采用砂垛调整0#段底板坡度。块段浇筑完毕后可采用拆除砂垛的方法将悬臂部分底模拆除，前后两墩中间的现浇部分可采用降低放置在牛腿上的砂筒高度来拆除底模。布置图如下所示：图1、0#块托架布置图一(单位:cm)图2、0#块托架布置图二(单位:cm)根据设计要求，0#块分两层浇筑，第一层浇筑高度4.5m，重力由托架承担，第二层浇筑高度为5m，重力由第一层混凝土和托架共同承担。

5、墩内封顶支架采用钢牛腿支撑，牛腿顶部放置砂筒，其上横向前后各放置一根20a工字钢，横向工资钢上铺设纵向分配梁，纵向分配梁为间距20a工字钢0.6m。横向分配梁上支顶钢管架，钢管沿分配梁间距为0.6m。3、主要设计技术参数3.1、材料参数A、钢筋砼容重G砼=26KN/m3；B、弹性模量E钢=2.06×105MpaC、材料容许应力Q235钢w=145Mpa，=85 Mpa3.2、荷载系数砼超载系数：k1=1.05浇筑砼时的动力系数k2=1.24、托架计算设计荷载根据公路桥涵施工规范(JTJ041-2000)，托架的竖向荷载包括钢筋混凝土的自重(取26kN/m3)和人员机具作用在模板上的荷

6、载(取2.5kPa)；托架的设计荷载还包括模板自重和托架自重。其中各项取值为：a.内膜、底板砂垛及分配方木作用在底板上的荷载：悬臂段为9.1kN/m2,墩间段为3.707KN。b.根据箱梁设计图计算得出悬臂部分腹板重65.892t；翼缘板重13.499t；底板和顶板重50.006t，总计129.397t。c.依据箱梁设计图纸计算得出墩间段腹板重158.08t；翼缘板重26.9984t；底板和顶板重211.1824t,总计396.2608t。d.由于0#块分两次浇筑，作用在托架上混凝土的重量按0#块第一次浇筑高度的120%考虑。托架验算时同时考虑侧模及其支架和第一次浇筑时混凝土作用在托架上的荷载

7、。5、托架验算5.1、托架计算 (1).悬臂端托架受力分析 0#块悬出部分底板第一层双背20a槽钢分配梁间距按下图所示进行布设：图3、20a工字钢分配梁布置图根据每根工字钢处混凝土的高度及工字钢的布设间距可确定每根双背20a槽钢上的荷载。槽钢为对称分布，以下仅计算其中半数的槽钢，编号如上图所示。号槽钢01m处混凝土厚度为4.5m；12m处混凝土厚度为4.5m4.377m；槽钢间距为0.2115m。则其承受荷载按下式计算： 式中：q槽钢承受荷载，单位为kN/m；c为钢筋混凝土容重，单位为kN/m3；hc为混凝土高度，单位为m；N1为人员机具作用在模板上的荷载，取N1=2.5，单位为kN/m2；N

8、2为模板自重，取N2=2.5，单位为kN/m2；N3为底模支撑及卸落设备自重，取N3=6.597，单位为kN/m2；l为槽钢的间距，单位为m；则q1=(26×4.5×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.2115=39.868N/m q2=(26×4.337×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.2115=38.5127N/m 受力简图如下所示：图4、号工字钢受力计算简图(标注单位:m) 号槽钢01m处混凝土厚度为4.5m；1m2m处混凝土厚度为4.5

9、m4.337m，槽钢间距为0.3635m，则 q1=(26×4.5×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.3635=68.520kN/m q2=(26×4.337×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.3635=66.191N/m 受力简图如下所示： 图5、号槽钢受力计算简图(标注单位:m) 号工字钢00.3m处混凝土厚度为4.51.4m；0.30.6m处混凝土厚度为1.41.25m；0.60.7m处混凝土厚度为1.251.261m；0.71m处混凝土

10、厚度为1.2611.291m；12m处混凝土高度为1.2911.229m，槽钢间距为0.45m，则q1=(26×4.5×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=84.825kN/mq2=(26×1.4×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=29.985kN/mq3=(26×1.25×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=27.332kN/mq4=(26×1

11、.261×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=27.526kN/mq5=(26×1.291×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=28.057kN/mq6=(26×1.229×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=26.960kN/m受力简图如下所示：图6、号槽钢受力计算简图(标注单位:m)号工字钢00.3m处混凝土厚度为1.71.4m，0.30.6m处混凝土厚度为1.4

12、1.1m，0.60.7m处混凝土厚度为1.11.111m；0.71m处混凝土厚度为1.1111.141m；12m处混凝土厚度为1.1411.079，槽钢间距为0.45m，则q1=(26×1.7×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=35.292kN/mq2=(26×1.4×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=29.985kN/mq3=(26×1.1×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.59

13、7)×0.45=24.678kN/mq4=(26×1.111×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=24.873kN/mq5=(26×1.141×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=25.403kN/mq6=(26×1.079×1.2×1.05×1.2+2.5+2.5+6.597)×0.45=24.307kN/m受力简图如下所示：图7、号槽钢受力计算简图(标注单位:m) 每侧翼缘

14、板采用4根40a工字钢作为翼板砼及侧模的纵向支撑梁。每墩身两侧面各设置三角托架两道，用于支顶翼板下纵向支撑梁。纵向支撑梁支撑于墩侧托架及墩前托架的横向分配梁上，其上设2排钢管架支撑外侧膜板。 每侧翼板的混凝土自重为472.472 kN，模板及支架重量为400.780 kN，第一次浇筑混凝土时托架荷载只考虑侧模模板及其支架的重量。 按均布荷载计算，则每根40a工字钢承重梁上承受均布荷载为： q1=400.780/4/15=6.680kN/m q2=67.6×10/1000=0.676kN/m 则承重梁受力计算简图如下所示：图8、40a工字钢承重梁受力计算简图(标注单位：m) 经电算后承

15、重梁的弯矩图、剪力及支反力如下图：图9、40a工字钢承重梁弯矩图(单位：kN·m)图10、40a工字钢承重梁剪力图(单位：kN)图11、40a工字钢承重梁反力图(单位：kN)(2).悬臂端托架强度及稳定性分析根据以上荷载分析，采用通用有限元软件对悬臂端托架整体建模，施加以上所分析的荷载，下图为一侧悬臂端托架整体建模模型图：图12、托架模型a.托架正应力分析以下为托架正应力等值线图：图13、托架正应力等值线图(单位：kN/m2)由上图可知，托架最大压应力为80.8Mpa，最大拉应力为112.8Mpa，托架所有型钢采用Q235材料，安全系数k=w/ =145/112.8=1.29b.托架

16、剪应力分析以下为托架剪应力等值线图：图14、托架剪应力等值线图(单位：kN/m2)由上图可知，托架最大剪应力为44.2Mpa，托架所有型钢采用Q235材料，安全系数k=/ =85/44.2=1.92。c.托架变形分析以下为托架实际变形等值线图：图15、托架变形位移等值线图(单位：m)由上图可知，托架最大变形处为4号横向分配梁，变形值为7mm，主要影响因素为翼板承重梁对其施加的荷载。d.托架斜撑受压构件稳定性分析托架斜撑为双背热轧工36b槽钢，由计算可知其所受轴力N=337.7kN，截面x轴弯矩为My=11.99kN·m。构件参数如下表所示：杆件热轧普通工字钢型号 2C36b钢材牌号

17、Q235钢材强度折减系数0.65毛截面面积 A = 134.88cm2截面惯性矩 Ix = 2.503785×104cm4回转半径ix = 13.625cmiy = 3.886cm截面模量Wx = 1390.99cm3 Wy = 207.855cm3截面模量折减系数0.95净截面模量: Wnx = 1321.44cm3 Wny = 197.463cm3截面塑性发展系数gx = 1.05gy = 1.05计算长度l0x = 6.072ml0y = 3.036m根据钢结构设计规范(GB50017-2003)(以下简称“钢规”)，斜撑的稳定性验算如下：构件截面的最大厚度为16mm，根据钢规

18、表-1， f = 215N/mm2。 .压弯构件整体稳定系数： 按-2进行计算 lx =6.072×102/13.625= 44.565 ly = 3.036×102/3.886= 78.127 双轴对称截面 lmax = max(lx，ly) = 78.127 < l =150.00 长细比满足根据钢规表-1，对于x轴，属于b类截面，查附录C，得稳定系数jx为0.803，对于y轴，属于 b类截面，查附录C，得稳定系数jy为0.583。.均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：.弯矩作用平面内的整体稳定： 根据钢规公式5.2.2-1，稳定应力 =38.56 N/mm2<

19、0.65×f =0.65×215=139.8 N/mm2整体稳定满足钢规5.2.2-1式。.弯矩作用平面外的整体稳定：根据钢规公式5.2.2-3，稳定应力=51.1N/mm2<0.65×f =0.65×215=139.8 N/mm2整体稳定满足钢规5.2.2-3式。.局部稳定：翼板及腹板的局部稳定满足钢规5.4.1-2及5.4.2-2式。e.预埋件A锚固计算根据计算结果，预埋件A属拉剪弯预埋件，最不利受力情况如下：拉力F=186.680kN，剪力t=299.318kN，弯矩Mz=93.104kN·m。.根据混凝土结构设计规范条的规定，锚板

20、厚度宜大于锚筋直径的0.6倍。满足要求。.求锚筋的受弯承载力系数根据混凝土结构设计规范式10.- 9 -9.1-6，得.求锚筋的受剪承载力系数根据混凝土结构设计规范式-5，得 0.7取 av = 0.555.确定直锚筋层数影响系数由于锚筋布置为四层，根据混凝土结构设计规范第的规定，得ar = 0.85.计算直锚筋面积上下锚筋尺寸z = 252 mm =4480.4 mm2=5500 mm2计算面积 As = 5500 mm2直锚筋采用 1225，As = 5890.5 mm2 > 5500 mm2 满足要求！.计算直锚筋的锚固长度根据混凝土结构设计规范条的规定，受拉直锚筋的锚固长度不应小

21、于受拉钢筋的锚固长度查混凝土结构设计规范表得钢筋的外形系数a = 0.14根据混凝土结构设计规范式-1，得la = 施工中预埋件A锚筋锚固长度580mm，满足要求！f.预埋件B锚固计算 预埋件B属压剪弯预埋件，最不利受力情况如下：剪力t=263.048kN，压力F=211.773kN,弯矩M=11.994kN·m。.根据混凝土结构设计规范条的规定，锚板厚度宜大于锚筋直径的0.6倍。满足要求。.验算锚板的法向压力预埋钢板尺寸:l =499.89 mml1 = 600 mmA = l × l1 = 499.89× 600 = 299934 mm20.5fcA = 0.

22、5 × 23.1 × 299934 = 3464k N > 211.773kN 满足要求！.求锚筋的受剪承载力系数根据混凝土结构设计规范式-5，得 0.7取 av = 0.555、确定直锚筋层数影响系数由于锚筋布置为三层，根据混凝土结构设计规范第的规定，得ar = 0.9、计算直锚筋面积根据混凝土结构设计规范式-3，得直锚筋采用 625，As = 2945 mm2 > 1332mm2 满足要求！、计算直锚筋的锚固长度 根据混凝土结构设计规范条的规定，受压和受剪直锚筋的锚固长度不应小于15d，则，施工中预埋件B锚固筋长度为500mm，满足要求。g.预埋件连接计算

23、托架1与墩身预埋件A的连接采用12个M27的高强高强螺栓连接,高强螺栓在连接板上的布置如下图。螺栓强度验算整个螺栓群受的荷载为：剪力t=299.318kN;拉力F=186.80kN；弯矩M=93.104 kN·m。拉力作用在每个螺栓上的力为：kN 弯矩作用在最顶层螺栓上的力为：kN根据钢规7.2.2.2要求: 符合要求。根据钢规7.2.2-1式: KN 符合要求根据钢规7.2.2-1式: 符合要求.钢板强度验算： mm N钢板的净截面强度为： MPa< =140MPa 钢板的全截面强度为： MPa 钢板符合要求预埋件B较预埋件A受力小，连接采用相同数量的螺栓及钢板,可不用验算螺

24、栓及钢板强度。 (3).墩侧托架强度及稳定性分析由图16可得墩侧托架的受力状况，有限元模拟计算后，墩侧托架受力及变形如下图：图16、墩侧托架变形位移等值线图(单位：m)托架正应力及剪应力图等值线图如下：图17、墩侧托架正应力等值线图(单位：kN/m2) 图18、墩侧托架剪应力等值线图(单位：kN/m2)由上图可知，墩侧托架的最大正应力为38.6MPa，最大剪应力为14.2MPa，均符合Q235钢的允许正应力及剪应力要求。a.墩侧托架斜撑受压构件稳定性分析托架斜撑为双背热轧工28a槽钢，由计算可知其所受轴力N=118.7kN，截面x轴弯矩为My=4.3kN·m。构件参数如下表所示：杆件

25、热轧普通工字钢型号 2C28a钢材牌号 Q235钢材强度折减系数0.65毛截面面积 A = 79.25cm2截面惯性矩 Ix = 9.412525×103cm4回转半径ix = 109.0cmiy = 3.4cm截面模量Wx = 672.323cm3 Wy = 112.941cm3截面模量折减系数0.95净截面模量: Wnx = 638.71cm3 Wny = 107.29cm3截面塑性发展系数gx = 1.05gy = 1.05计算长度l0x = 5.5076ml0y = 2.7538m根据钢结构设计规范(GB50017-2003)(以下简称“钢规”)，斜撑的稳定性验算如下：构件截

26、面的最大厚度为12.5mm，根据钢规表-1， f = 215N/mm2。 .压弯构件整体稳定系数： 按-2进行计算 lx =5.5076×102/109.0= 5.053 ly =2.7538×102/3.4= 80.99 双轴对称截面 lmax = max(lx，ly) = 80.99 < l =150.00 长细比满足根据钢规表-1，对于x轴，属于b类截面，查附录C，得稳定系数jx为0.995，对于y轴，属于 b类截面，查附录C，得稳定系数jy为0.674。.均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：.弯矩作用平面内的整体稳定： 根据钢规公式5.2.2-1，稳定应力 =18

27、.69N/mm2<0.65×f =0.65×215=139.8 N/mm2整体稳定满足钢规5.2.2-1式。.弯矩作用平面外的整体稳定：根据钢规公式5.2.2-3，稳定应力=26.3N/mm2<0.65×f =0.65×215=139.8 N/mm2整体稳定满足钢规5.2.2-3式。.局部稳定： 翼板及腹板的局部稳定满足钢规5.4.1-2及5.4.2-2式。b.预埋件C锚固计算根据计算结果，预埋件C属拉剪弯预埋件，最不利受力情况如下：拉力F=84.874kN，剪力t=47.092kN，弯矩M=18.775kN·m。.根据混凝土结构设

28、计规范条的规定，锚板厚度宜大于锚筋直径的0.6倍满足要求。.求锚筋的受弯承载力系数根据混凝土结构设计规范式10.- 14 -9.1-6，得.求锚筋的受剪承载力系数根据混凝土结构设计规范式-5，得 0.7取 av = 0.555.确定直锚筋层数影响系数由于锚筋布置为三层，根据混凝土结构设计规范第的规定，得ar = 0.9.计算直锚筋面积上下锚筋尺寸z = 225 mm =1233.7mm2=1407.8 mm2计算面积 As = 1407.8 mm2直锚筋采用 625，As = 2945 mm2 > 1407.8 mm2 满足要求！.计算直锚筋的锚固长度根据混凝土结构设计规范条的规定，受拉

29、直锚筋的锚固长度不应小于受拉钢筋的锚固长度。查混凝土结构设计规范表得钢筋的外形系数a = 0.14根据混凝土结构设计规范式-1，得la = 施工中预埋件A锚筋锚固长度580mm，满足要求！e.预埋件D锚固计算 预埋件D属压剪弯预埋件，最不利受力情况如下：剪力t=83.032kN，压力Fy=84.874kN,弯矩M=0.69kN·m。.根据混凝土结构设计规范条的规定，锚板厚度宜大于锚筋直径的0.6倍满足要求。.验算锚板的法向压力预埋钢板尺寸:l =450mml1 = 500 mmA = l × l1 = 450× 500 = 225000 mm20.5fcA = 0

30、.5 × 23.1 × 225000 =2598k N > 84.874kN 满足要求！.求锚筋的受剪承载力系数根据混凝土结构设计规范式-5，得 0.7取 av = 0.555、确定直锚筋层数影响系数由于锚筋布置为三层，根据混凝土结构设计规范第的规定，得ar = 0.9、计算直锚筋面积根据混凝土结构设计规范式-3，得直锚筋采用 625，As = 2945 mm2 > 384.2 mm2 满足要求！、计算直锚筋的锚固长度 根据混凝土结构设计规范条的规定，受压和受剪直锚筋的锚固长度不应小于15d，则，施工中预埋件B锚固筋长度为500mm，满足要求。f.预埋件连接计算

31、 托架2与墩身预埋件C及预埋件D均采用9个M27高强螺栓连接,高强螺栓在连接板上的布置如下图。螺栓强度验算整个螺栓群受的荷载为：预埋件C剪力t=47.092kN;拉力F=84.874 kN；弯矩M=18.775 kN·m;预埋件D 剪力t=83.032kN;压力F=84.874 kN；弯矩M=0.690 kN·m拉力作用在每个螺栓上的力为：kN 弯矩作用在最顶层螺栓上的力为：kN根据钢规7.2.2.2要求: 符合要求。抗剪验算取预埋件D所承受剪力83.032kN计算根据钢规7.2.2-1式: KN 符合要求根据钢规7.2.2-1式: 符合要求.钢板强度验算：由于托架2的预埋件D承受的竖向力最大，钢板验算以预埋件D承受的剪力83.032kN计算。 mm N钢板的净截面强度为： MPa< =140MPa钢板的全截面强度为： M