主索鞍门架计算书

马普托大桥索塔门架结构设计计算书第一章工程简介一、工程概况莫桑比克拟建项目为首都马普托市向南去往南非与莫桑比克南部Casacommercial边界口岸的干线公路。项目起点位于马普托市区EN2道路起点南约100m，终点位于马普托湾南岸Catembe镇附近，全长4.434公里，包含马普托大桥北接线、马普托大桥、马普托大桥南接线三部分。主塔采用门型塔、钢筋混凝土结构，KATEMBE岸塔高132.1m；桥塔设上、下两道横梁，塔身、横梁均采用四边形空心截面；塔身截面纵向塔宽7m，横桥向宽5m；上塔柱纵向壁厚为1.0m，下塔柱为1.2m，在倒角处加厚至1.8m；上塔柱横向壁厚为0.8m，下塔柱为1.0m，在倒角处加厚至1.4m。塔柱分承台之间通过系梁连接，分承台平面尺寸21.45×15.7m，厚度5m，承台顶标高3.1m；系梁尺寸为5m（宽）×5m（高）×7.896m（长）；承台顶设置2m高的塔座，上口尺寸8×10m，下口尺寸12×14m。主索鞍鞍体采用全铸型结构。鞍体下设不锈钢板-聚四氟乙烯板滑动副，以适应施工中的相对移动。塔顶主缆中心线理论交点到主索鞍底混凝土面的距离为2.5m。鞍槽底最低处竖弯半径为5.2m。为增加主缆与鞍槽间的摩阻力，并方便索股定位，鞍槽内设竖向隔板，在索股全部就位并调股后，在顶部用锌质填块填平，再将鞍槽侧壁用螺栓夹紧。塔顶设有格栅，以安装主索鞍。格栅悬出塔顶以外，以便安置控制鞍体移动的千斤顶，鞍体就位后将格栅的悬出部分割除。为减轻吊装运输重量，将鞍体分成两半，吊至塔顶后用高强度螺栓拼接。半鞍体吊装重量不超过35t。主索鞍采用悬臂门架来进行吊装操作。主索鞍各部件经车辆运输后到达索塔底部指定位置，利用悬臂门架和提升系统进行吊装，然后在索塔顶组装。主索鞍制作工艺主要有以下几个方面的内容：1）铸造工艺：索鞍铸件的模型应采用整体模型；铸件的砂型应该是干燥型或自硬型；钢水应取样分析保证精炼纯净；浇口系统采用高强度的耐火釉砖做浇口系统；浇注完成的铸件应缓慢冷却；铸件清砂后，应按GB6414对铸件尺寸与形状进行检查。2）焊接工艺：在铸焊结合的主索鞍中，除鞍头外，其余零部件大多为焊接件，工件多次加热冷却容易形成较大的残余应力，产生冷、热裂纹等缺陷，因此，要求焊接前首先要做好工艺评定。3）无损探伤检测：在任何一个铸件完成之后，都要进行无损探伤。4）缺陷的修补：对于铸钢件和焊接结构的超标缺隙应及时修补。主索鞍的安装在塔顶门架安装完成之后进行，主要步骤如下：1）鞍体吊装用临时吊环，按使用方便的要求由鞍座制造厂商进行预设，但其必须满足有关受力要求；2）主索鞍格栅及顶推架安装完成，待所有后浇主塔混凝土达到100%强度后，才能架设塔顶鞍座。格栅内混凝土应保证震捣密实。；3）施工中鞍体相对于底座的移动，借助设在塔顶的临时千斤顶分几次有控制地推动。到达规定移动量后，用夹件锁紧。应控制由于加劲梁安装使主索鞍两侧主缆拉力的水平分力之差，不大于主塔所能承受的水平力。；4）主索鞍施工完成后，应将悬出主塔部分的顶推架与格栅割除；5）全部索股架设完成后，各槽路用锌质填块填平，然后上紧拉杆M56，拉杆拉力按50KN/级分级均匀上紧，每根拉杆最终上紧力为320KN。索鞍安装就位位置根据设计提供的预偏量确定——钢桁梁架设及二期横载等施工过程中按设计和监控提供的数据逐渐顶推到永久位置。顶推前应确认滑动面的摩阻系数，严格掌握顶推量，确保施工安全。二、结构设计主索鞍门架的设计主要考虑索塔顶水平面尺寸、索鞍吊装方式、索鞍运输方式，运输车辆停靠位置，索鞍本身大小尺寸，索股入鞍操作，吊装角度，索塔施工过程中留下的施工平台伸出尺存，空缆线形，滑轮组运行时所占空间高度等因素，综合考虑。门架结构采用HW400X400以及C28a型钢组合，顺桥向长度15.2m，悬臂长6.7m，单个门架横桥向2片，顶部槽钢接合，底部与预埋钢板焊接，横桥向从顶部伸出斜撑支撑到上横梁横隔板位置，改善门架稳定性。门架顶设有工作平台。主索鞍门架布置图第二章计算参考资料一、计算目的为了保证主索鞍门架在施工中的安全可靠，特对投入该施工的门架从强度、钢度和稳定性等方面进行设计和验算。二、计算依据1、业主、设计院提供的该项目相关技术资料；2、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2011）—人民交通出版社；3、《钢结构设计手册》（第二版）—中国建筑工业出版社；4、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）人民交通出版社；5、《建筑结构静力计算手册》，中国建筑工业出版社。6、《公路桥涵通用设计规范》（JTGD-2004）人民交通出版社7、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）三、计算参数确定按照《钢结构设计规范》取值：型钢材料牌号最大厚度mmm抗拉、弯、压强强度设计值值Mpaa抗剪强度设计值值MpaaHW400×4400Q34521295170C28aQ23512.5215125C16a10四、荷载及荷载组合1、荷载类型①、支架结构自重：按实际结构自重计算，程序自动计入；②、主索鞍最大吊装重量按照40t计入；③、动、定滑车组、起吊钢丝绳、滑车等重量按照10t计入；④、对比索夹安装、索缆吊和索股入鞍调整的受力情况，可知索股入鞍调整为最不利情况，现以索股鞍调整为控制计算。索股入鞍调整单根提起所产生的作用比空缆高度高3.0m计算。计算采用抛物线模型，主缆自重简化换算成延跨径水平向均布，主缆计算图示如下：通过抛物线几何性质以及推演可得缆索支点水平力和竖向力分别为：，，H、V方向同坐标系正向为正（x坐标方向为水平延高点指向低点，y坐标方向为竖直向下）其中：缆索索股端头水平力缆索索股端头竖向力缆索索股简化换算跨径水平向自重集度，本跨缆索索股重量与跨径的比值；跨径缆索最大垂度（比空缆时高3m）缆索支点高度差计算结果如下表表:项目桥跨单位MAPUTO边边跨中跨KATEMBEE边跨单根长度283.1500696.0722305.3388m简化前重量集度度1.2761.2761.276t/m股数919191股单根股重3.9729.7634.283t空缆最大垂度8.72558.62710.339m跨径L258.6244683.0533282.3900m单根股简化集度度q15.35614.29415.166kg/m计算用最大垂度度f5.72555.6277.339m缆索支点高度差差c114.22220.000113.8211m水平力HA-22.4288-14.9866-20.5999t水平力HB22.42814.98620.599t竖向力VA-11.8911-4.882-10.4444t竖向力VB7.919-4.8826.161t计算时取水平力力和竖向力力最大值分分别为：中跨取H=155t、V=5t；MAPUUTO边跨取H=233t、V=122t；KATEEMBE边边跨取H=211t，V=111t。根据作用用力反作用用力原理，索股股端受到力等值值反向作用用于索鞍支支架之上。⑤、承台卷扬机通过过转向轮和和牵引钢丝丝对门架施加的的作用：对于主索鞍吊装装，索鞍吊重重40t依靠承台上上2台10t牵引力卷卷扬机进行行作业，动动滑轮组承承重绳段数数4，共8段，故，卷扬机机抬吊动力为为5t，计入可能的的摩擦，每每台卷扬机机取6t，共12t力通过两个个转向轮作作用于门架架。对于索股入鞍，根据荷载类型④，计算的索端的拉力如下表索塔位置索股拉力t边跨中跨Maputo侧侧25.38515.761Katembee侧23.09515.761考虑动滑轮组承承重绳段数和摩摩擦，同时时偏安全考虑虑，取最大大值进行计计算，拉力力取边跨7t和中跨5t。分别作用用于门架顶顺桥向跨跨度的两侧侧。⑥、风荷载：桥位区设计基准准风速为35.8mm/s根据风荷载计算算公式，其其中，,,,其余参数数查表，可可得数值如如下：参数取值单位Z137.1000mγ0.012kN/m³k21.730k51.380V1035.800m/sVd85.469m/sg9.810m/s²Wd4.413k00.750k10.850k31.000Awh28.166㎡Fwh79.244kNFwh/Awhh2.813kN/㎡计算得出迎风面面风荷载如如表：.构件宽度cm延米风压kN//mHW400X4400401.125C28a280.788⑦、施工人群荷载：：按照2kN/m²计算，作作用于施工平台上上⑧、门架顶牵引用用卷扬机重重量按照22t每台考虑虑，共两台。主主索鞍抬吊吊时设置于于架顶边跨跨端；索股股入鞍时分分设置于主跨端和边边跨端。2、工况及荷载组组合根据承载能力极极限状态设设计方法，荷载载效应的设设计值等于于对应各种种荷载的标标准值或者者代表值乘乘以一定的的分项系数数和组合系系数,然后再考虑结构构的重要性性乘以重要要性系数，列列表如下：：荷载编号名称类型分项系数组合系数结构重要性系数数①支架结构自重永久荷载1.20.9②主索鞍最大吊重可变荷载1.40.9③滑轮组及钢索等等可变荷载1.40.9④索股入鞍可变荷载1.40.9⑤卷扬机牵引力可变荷载1.40.9⑥风荷载可变荷载1.10.80.9⑦施工人群可变荷载1.40.80.9⑧天车牵引卷扬机机重永久荷载1.20.9组合系数取规范范中仅车辆辆荷载和其其他1个可变荷载载共同作用情情况的0..8，偏安全全考虑。卷扬扬机与吊装装重量或者者索股入鞍鞍重量联动动，作为主主要可变荷荷载，系数1.4，不列入组合。(1)、工况一：：主索鞍吊装装荷载组合：0..9(1.2(①+⑧)+1.4(②+③+⑤)+0.8(1.1⑥+1.4⑦))(2)、工况二：：主缆索股入鞍 荷载组合：0..9(1.2(①+⑧)+1.4((③+④+⑤)+0.88(1.1⑥+1.4⑦))3、计算内容、方法法(1)、主索鞍门门架采用midaas程序进行行计算，进行三维维空间建模模，并对各各种杆件赋赋予各自材材料特性。主索鞍门架计算算模型第三章主索鞍鞍门架计算算一、主索鞍吊装主索鞍吊装过程程吊点位置置在支架顶是是不断移动动的过程，因因此针对移动过过程，分5个位置进行行计算，如下下图：主索鞍吊装移动动过程中5个计算位置置示意图主索鞍吊装利用用承台上的两两台卷扬机机通过成台台上以及门门架顶的转转向轮，将将起吊钢丝丝绳与滑车车、滑轮组组等相连。如下下图所示：起吊构件连接示示意作用位置1计算算结果：最大组合应力1168.88MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力13.6MPa杆件坐标系最大大z向剪应力力33.88MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPa，满足要求求最大组合位移119.9mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数21.004＞4，满足要求求作用位置2计算算结果：最大组合应力1162.00MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力9.42MPaa杆件坐标系最大大z向剪应力力33.55MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.6mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数24.557＞4，满足要求求作用位置3计算算结果：最大组合应力1152.55MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力7.033MPa杆件坐标系最大大z向剪应力力34.4MPaa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.3mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数26.668＞4，满足要求求作用位置4计算算结果：最大组合应力1142.88MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力6.611MPa杆件坐标系最大大z向剪应力力38.11MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.2mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数11.442＞4，满足要求求作用位置5计算算结果：最大组合应力1140.66MPa＜215MPa，满足要求求.杆件坐标系最大大y向剪应力力6.233MPa杆件坐标系最大大z向剪应力力37.88MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.2mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数8.5886＞4，满足要求求作用位置2—77,计算内容跟跟上述一样样，结果列列表如下：：主索鞍吊装计算算结果作用位置组合应力y向剪应力z向剪应力变形稳定性系数MPamm12345二、夹索入鞍计算夹索入鞍分3种种情况：1中跨+边跨；2仅中跨；3仅边跨。中跨、边跨索股股入鞍受力位置示意图图1．中跨+边跨计算算结果：最大组合应力1147.11MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力18.9MPPa杆件坐标系最大大z向剪应力力17.6MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.5mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数19.773＞4，满足要求求2．仅中跨计算结结果：最大组合应力1156.55MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力10.8MPa杆件坐标系最大大z向剪应力力17.6MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.8mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数30.899＞4，满足要求求3．仅边跨计算结结果：最大组合应力1139.44MPa＜215MPa，满足要求求杆件坐标系最大大y向剪应力力16.0MPa杆件坐标系最大大z向剪应力力16.11MPa综上y、z向最最大剪应力力组合值＜125MPPa，满足要求求最大组合位移118.1mmm，满足要求求整体屈曲分析，一一阶模态的的临界系数数6.0556＞4，满足要求求十五、主要焊缝计算算节点板焊缝对接焊缝要求与与母材等强强度，其强强度采用构构造措施予予以保证。因因此无需验验算对接焊焊缝强度，仅仅验算槽钢钢杆件与节节点板间焊焊缝强度。由以上上型钢支架架计算可知知，最大轴轴力435..7KN，弯矩3.6KKN·m。焊缝采采用双面围围焊，焊脚脚尺寸10mm。Lf==(k×NN)/(22×hf[[τ])=((0.7××435..7×1003)/((2×100×85))=179.4mmm即焊缝长度大于于179..4mm则满足要要求。取200mmm焊缝长度度作为节点点板标准。C10槽钢分配配梁和拱盔盔间焊缝根据midass计算模型型，靠近拱拱脚位置c10槽钢分配梁梁收到的切切线方向的的分力越大大，因此，去去拱脚位置置c10槽钢钢计算。根据钢结构规范范正面角焊缝满足足：取计算得到因此C10分配梁和拱拱盔间纵桥桥向焊缝长长度取20cm。第四章下横梁托架结构构设计成果果汇总及结结论一、设计成果