南宁英华大桥架设设计计算书

南宁市英华大桥

架设设计计算书

中铁四局集团有限公司

2013年10月

目录

1、工程简介.........................................................1

2、计算依据.........................................................1

3、计算参数取值....................................................1

4、临时支墩设计计算................................................2

4」、临时墩支点反力计算..........................................2

4.1.1、计算载荷..............................................6

4.2、上垫座II的设计计算..........................................7

4.3、上垫座I的设计计算.........................................10

4.4、标准垫座的设计计算.........................................10

4.5、纵向分配梁的设计计算......................................11

4.6、垫梁的设计计算.............................................14

4.7、横向分配梁的设计计算......................................18

4.8、临时支架设计计算..........................................20

4.8.1、计算载荷.............................................20

4.8.2、载荷组合.............................................23

4.8.3、建模计算.............................................24

4.8.4、局部稳定性分析........................................32

4.9、水中临时墩桩基计算.........................................34

4.10、临时墩处地基水平抗力计算..................................35

5、顶推平台设计计算...............................................36

5」、平台支架设计计算...........................................36

5.1.1、计算载荷.............................................36

512、载荷组合..............................................39

5.1.3、建模计算.............................................40

5.1.4、局部稳定性分析.......................................45

5.2、支承垫块的设计计算.........................................47

5.3、滑道梁的设计计算..........................................48

5.4、横向分配梁的设计计算......................................52

5.5、顶推平台桩基计算..........................................53

6、猫道的设计计算..................................................54

7、顶推导梁的设计计算..............................................56

7.1、顶推导梁概况..............................................56

7.2、钢梁各节段概况.............................................57

7.3、顶推导梁工况分析..........................................58

7.4、风载荷验算.................................................72

7.5、顶推导梁截面验算..........................................74

7.5.1、材料选用及许用应力...................................74

7.5.2、顶推导梁截面1验算...................................75

7.5.3、顶推导梁截面2验算...................................77

7.5.4顶推导梁截面3验算...................................78

7.5.5、顶推导梁截面4验算...................................79

7.5.6、顶推导梁截面5验算...................................80

7.6、顶推导梁连接焊缝验算......................................81

7.6.1、截面1焊缝验算.......................................81

7.6.2、截面2焊缝验算.......................................83

7.6.3、截面3焊缝验算.......................................85

7.6.4、截面4焊缝验算.......................................86

7.7、顶推导梁稳定性验算.........................................88

7.7.1、验算腹板局部稳定.....................................88

7.7.2、验算面板局部稳定.....................................89

7.8、顶推导梁刚度验算..........................................90

7.8.1、计算顶推导梁下挠.....................................90

7.8.2、计算钢梁下挠.........................................91

8、提升系统设计计算...............................................92

8.1、提升系统简介..............................................92

8.2、计算依据..................................................94

8.3、计算参数取值..............................................94

8.4、计算内容..................................................95

841、主梁计算..............................................95

8.4.2、走行系统的计算.......................................99

843、临时支架的计算.......................................103

844、走行轨道及轨道梁的计算...............................106

8.5、提梁平台桩基计算.........................................115

9、各工况下钢梁的应力及扰度.......................................116

9」、各个施工阶段钢箱梁应力如下图所示：........................116

92各个施工阶段钢梁及导梁的挠度(/mm)如下图所示：.............123

1、工程简介

英华大桥起于西岸凤亭路，上跨亭江路，向东跨越邕江后，在柳沙半岛接英

华大桥与半岛环线交叉口。英华大桥主线全长1017.763m,其中主桥为长度

45+410+45=500米的双塔悬索桥，主梁采用单箱四室扁平流线型全焊钢箱梁，箱

梁中间设置纵隔板，箱梁全宽为37.7m,中心高3.5m(外轮廓)。全桥钢箱梁共

分为51个吊装节段，全桥共重9488690.1KG。

钢箱梁采用柔性墩多点顶推法施工，在东岸主塔和主桥交界墩之间布置顶推

平台，在主跨布置临时墩，并在其上布置滑道。在平台上逐段焊接，用多点多台

连续千斤顶同步张拉钢绞线使钢箱梁逐段向前滑移，循环作业使钢箱梁到达设计

位置。

2、计算依据

1、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)

2、《公路桥涵设计通用规范》QTGD60-2004)

3、《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)

4、《公路桥涵地基与基础设计规范》QTGD63-2007)

5、《建筑桩基技术规范》QGJ94-2008)

6、《临时支架、滑道、顶推平台设计图》

3、计算参数取值

1

1、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值y=215〃Pa,抗剪强度设计值

fv=\25MPa-,

2、Q345钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值/=295M&,抗剪强度设计值

f、,=170MPa;

4、临时支墩设计计算

4.1、临时墩支点反力计算

用madis建模复核计算各个施工阶段支点反力(/t)如下图所示：

⑴、施工阶段1：在顶推平台上拼装导梁

IIIIIIIIITO

⑵、施工阶段2:通过步履式顶推机构顺桥向顶推导梁，在顶推平台上拼装第一

节钢梁

IIIIIIIIIIB

⑶、施工阶段3:在顶推平台上拼装第二节钢梁，通过步履式顶推机构顺桥向顶

推

IIIIIIIII刊

⑷、施工阶段4:在顶推平台上拼装第三节钢梁，通过步履式顶推机构顺桥向顶

推

fl

⑸、施工阶段5:导梁上13#主塔后，开始3+1步履式顶推

2

⑹、施工阶段6:同上3+1步履式顶推

⑺、施工阶段7：导梁上L1临时支墩

⑻、施工阶段8:同上3+1步履式顶推

⑼、施工阶段9:导梁上L2临时支墩

(10)、施工阶段10：同上3+1步履式顶推

(11)、导梁上L3临时支墩

(12)、同上3+1步履式顶推

(13)、导梁上L4临时支墩

(14)、同上3+1步履式顶推

3

⑮、导梁上L5临时支墩

一丁册

(16)、同上3+1步履式顶推

FTTTrrrrn口

各个施工阶段支点反力(/。如下表所示：

14#

阶段11#墩12#主塔墩6擞5墩4墩3.状2墩113#主塔顶1顶2合计

墩

JD156.466.3123

JD215.5330346

JD395.5431527

JD419978.4430707

JD583.65452193541202

4

JD65755812753341765

JD715910994502613522320

JD873910414972583422876

JD918212388925262593363432

JD1076611749375132593393987

JD11178126310319675062593404543

JD12713121910669585082563335053

JD131531243106910949505032573405609

JD147141210110310869465062593406164

JD1515312451060113110769485102593396720

JD1671412121094112310749535102593397276

JD17153124410621122111310769555092593397832

JD18714121210961113111010819545092613448394

JD191251148109911161106111210839545162733578889

JD206731145111411121102111710819645282593789473

JD21339102810841119110511051119108410283399351

最大33910281148124412451243126312381099581275431

以上数据统计表如下:

可知临时支墩上最大支点反力为1263t,取11倍的动载系数，计算得：

P=Llxl263=13893

用结构力学求解器计算：

导梁快到达L5临时支墩时，临时支墩支点反力最大，其受力简图如下:

32.5186186186186186186

।⑴*⑶/⑸*⑸耳（6）

钢梁线载荷为1=186kN/m,导梁线载荷/=32.5kN/m,计算得各支点反

力如下:

N2=11956.2kN

N3=10617kN

N4=11286.2kN

N5=10183.3kN

N6==10508.8kN

5

N7=3106.6kN

可知最大支点反力为N2=11956.2kN,与Madis计算结果相差不大，为偏于

安全考虑，取两者其中的最大值。

4.1.1、计算载荷

①钢梁顶推时墩顶最大压力

N=1389.3X9.8=13615.2kN

②各梁段重量清单如下：

序号节段编号数量单重㈣共重3）长度（m）

1A2223199.1446398.210.19

2B6180720.81084324.810

3C2173229.1346458.28

4D2140890.6281781.27

5E6187410.91124465.410

6F32185242.15927747.210

7G1139588.4139588.48

合计化09350763.4

导梁重量按G1=l30000Kg,钢梁总量按G2=9350763.4Kg,总计G=9480763.4Kg

③顺桥向水平顶推力

总顶推力：

F总=(iXG=0.1X92913.8=9291.38kN,

6

式中：M——摩擦系数，产0.1；

G——钢梁和导梁总重，G=9481X9.8=92913.8kN;

采用10组步履式顶推机构，40个100t水平千斤顶顶推

4.2、上垫座II的设计计算

由上可知单侧临时支墩受力F=%=1389%=694.65，

上垫座与钢梁接触长度为4000mm,宽度为1500mm,其上铺设有350mm的

夹芯橡胶，可视为上垫座均布受力，其线载荷

彷=%=694.65X1%^I736.6^N/W

当步履式顶推机构起顶顶推时，上垫座I此时受力可简化为简支梁，其简化

模型如下：

1736.601736.601736.60

vvVvWvvVvvvvvvWVvvvvvvvvWVvvv

7

4.2-1上垫座I截面示意图

截面特性：Ix=289058cm4Wx=13073.5cm3Sx=8262.2cm3

弯曲正应力:

=868.3x1O'/=66AMpa<[cr]=295Mpa

/13073.5x10^

剪应力:

r-RAX—1736.6x1()3x8262.2x10'/_f)2Mna<lry]—

l-A89058X10-8X0.08-，()Mpa

折减应力:

b合=Vo-2+3r2=>/66.42+3x622=126.3Mpa<[cr]-295Mpa

整体稳定性验算:

整体稳定性满足要求

局部稳定性验算:

腹板高厚比：%=34%0=i7<8oJ*a66可不进行稳定性验算

上垫座与油缸接触处压应力：

cr-一3473.2x1()//0208=167Mpa<[cr]-295Mpa

为偏安全计算，此处只考虑隔板受力。

现对上垫座进行Solidworks有限元复核，与千斤顶接触面处固定，与钢梁接

触面处施加均布载荷，计算结果如下:

8

用Solidworks的ISO裁剪功能，可知反力座的受力在210Mpa,最大应力是

由于局部应力集中所致，反力座材质为Q345C,设计值］=295MPa,满足要求

最大变形位移结果如下:

由上图可知最大位移S=1.87mmo

9

4.3、上垫座I的设计计算

当步履式顶推机构起顶顶推一个行程后，在上垫座口上落梁支撑，此时上垫

座口与钢梁接触长度为2000mm（顺桥向），宽度为2330mm（横桥向），其上铺

设有850mm的夹芯橡胶，可视为上垫座口均布受力，其线载荷

%=%=694.65xl%x2=1736.6ZN/〃z

此处计算如上垫座n,可省略。

4.4、标准垫座的设计计算

①工况1:当步履式顶推机构顶升油缸从初始位置起顶时，步履式顶推机构

由4件①630*10钢管组成的标准支座支撑，此时标准支座均匀受力，其受力模型

如下：

单件标准支座受力耳=%=3473.2%工1736.6kN

截面特性：A=194.779cm2

钢管压应力：

b=%=17366x1%4779x炉=892珈a<团=2\5Mpa

稳定性验算：

计算长度L=560cm,i=28.64cm

=56%8.64719.6查表（按B类）0=0.971

b=/xA=17366x1%971X194.779x10-"92M”<团=215Mpa

10

满足要求

②工况2:当步履式顶推机构水平千斤顶顺桥方向顶推250mm时，标准支

座支撑产生偏心受力，其受力模型如下：

6946.50

由上计算可知单个标准支座最大受力玛=%=4341.5%=2170.78kN

截面特性：A=194.779cm2

钢管压应力：

b=%=2170.78x1（^4779Xm=11<团=215蜘z

稳定性验算：

计算长度L=560cm,i=28.64cm

4=%=56%8.64219.6查表（按8类）0=0.971

满足要求

4.5、纵向分配梁的设计计算

由上面对标准支座的分析，可知纵向分配梁受力有三种工况：

①工况1：当步履式顶推机构顶升油缸从初始位置起顶时，4件标准支座支

撑在纵向分配梁，此时纵向分配梁简化为简支梁，其受力模型如下：

11

,1736.60,1736.6()

3.00

-1736.6()

剪力图

I川111111J

52O9.S2O9.80O9.8O

弯矩图

截面特性：Ix=1760093.73cm4Wx=32001.7cm3Sx=15805.7cm3

弯曲正应力:

M

a==5209.8XH%?。。[7x10-6=162.SMpa<[cr]=295Mpa

剪应力:

=1736.6x1(),x1.58x10/48.7Mpa<团=170Mpa

折减应力:

G；=Vcr2+3r2=V162.82+3X48.72=183.4孙a<[cr]=295Mpa

焊缝剪应力

x/xh江76、*2><。.。16=69历

ayj

最大挠度：f=9.07mm

相对挠度：V=f^=9.0%（）（）（）%82.4

整体稳定性验算:

翼缘板：纱=63%o=21<40竽=33整体稳定性满足要求

局部稳定性验算:

12

腹板高厚比:66可不进行稳定性验算

为偏安全考虑，在局部压应力处配置横向加劲肋。

⑵工况2:当步履式顶推机构水平千斤顶顺桥方向顶推250mm时，标准支

座支撑在纵向分配梁上产生偏心受力，其受力模型如下:

标准支座支撑在分配梁上，其受力模型如下:

12-325.6234

-1628.09

剪力图

弯矩图

弯曲正应力：

八“1%^=553549Xi%?。。],乂吁="3珈a<[cr]=295M〃a

剪应力：

—1845.16x103x1.58x102/-51

5\10Mpa

Xtw-4.76X10-2X0.032"1回

折减应力:

b仔=+3T2=5/1732+3x51.82=195Mpa<[cr]=295Mpa

13

焊缝剪应力

7_&X_1845.16xl03xl.58xl0~2/〜74A

xlx叫一A7xl.76xl0-2x2x0,016^"刖

⑶工况3:当步履式顶推机构水平千斤顶顺桥方向顶推250mm到位时，转换

为外侧标准支座支撑在纵向分配梁上，其受力模型如下:

I736.601736.60

I2

1加

-1736.60

剪力图

868.30868.30868.30

弯矩图

由上面的剪力图及弯矩图可知，其剪力及弯矩较上两种工况偏小，此处省略

计算。

综上计算分析可知，纵向分配梁受力最不利工况为工况2。

4.6、垫梁的设计计算

⑴由上对纵向分配梁的计算可知，最不利工况为工况2,此时支点反力最大

值H=1845.16k7V,其垫梁结构示意图如下:

14

6i60

4.6-1垫梁结构示意图

将垫梁的横梁简化为简支梁计算，计算模型如下:

1845.161845.16

23

1845.6

IIIII--------------------------------1।।।।।।।।

1234

-1845.16

剪力图

2306.452306.452306.45

弯矩图4.6-2截面示意图

截面特性：lx=555041.Icm4Wx=15858.32cm3Sx=8055.2cm3

弯曲正应力：

b=Mma/w=230645xl(^1454Mpa<[cr]=295Mpa

85832X10-6=

剪应力:

15

T—（X

认=1845」6x103x8.O6xlO^/56xio2x（）（）32«83Mpa<团=170"

折减应力:

cr含=A/CF2+3r2=-\/l45.42+3x832=204.5Mpa<[cr]=295Mpa

焊缝剪应力

1845.16X103X8.06X10-3/«1\S.6Mpa<[cr]=VI0Mpa

x。,/0.7x0.56x10-2x0.032

最大挠度：f=4.81机机

相对挠度：V=/=4%OO=%31.9

整体稳定性验算:

翼缘板：%=5。%0“佚33

整体稳定性满足要求

局部稳定性验算:

"66

腹板高厚比:=64%6=4。<80可不进行稳定性验算

fy

⑵将垫梁的纵梁简化为简支梁计算，计算模型如下:

弯矩图4.6.3截面示意图

截面特性：Ix=478922.9cm4Wx=13683.5cm3Sx=6947.8cm3

弯曲正应力:

16

=1614.52xl%683.5xlO”118M〃"㈤=295"

剪应力:

"EHOX搂xlO%.?以]。-2X0028=4Z8MM（团=170吸。

折减应力:

cr合=A/<T2+3r2=Vl182+3x47.82=lAAAMpa<[cr]=295Mpa

焊缝剪应力

3=

=922.58xlOx6.95x10/八s-2n6S.3Mpa<[crl=\10Mpa

x。/0.7x0.479xl02x0.0281LJ'

最大挠度：/="*48EJ=23mm

相对挠度：V=/=2%5OO=%28.5

整体稳定性验算:

翼缘板：%=4。%0整体稳定性满足要求

局部稳定性验算:

腹板高厚比:可不进行稳定性验算

对垫梁进行Solidworks有限元分析，将与横向分配梁接触面处固定，在上表

面标准支座接触处施加载荷，计算结果如下:

17

用Solidworks的ISO裁剪功能，可知反力座的受力在160Mpa,最大应力是

由于局部应力集中所致，反力座材质为Q345C,设计值［。］=295Mpa,满足要求

最大变形位移结果如下:

VKES（IMA）

.5.027e+000

E-4.608e+000

.4.189e+000

3.770e+000

3.351e+000

2.332e+000

2.514«+000

2.0S5e+000

1.676e+000

1.257e+000

8.379bgi

4.189«-001

1.000e-030

由上图可知最大位移S=5mm,与计算结果4.81mm相差不大。

4.7、横向分配梁的设计计算

为偏安全计算,将垫梁与横向分配梁螺栓连接简化为较支座,简化模型如下:

922.58922.58

18

剪力图

Sx=3197.4cm3

弯曲正应力:

=512.54x1(^^3][5X]0_6=81.2Mpa<[^]=295Mpa

剪应力:

RX

T_A,九=512.54*103*3.2*10%]58,10晨0.024=43.3叫<田=170协

折减应力:

b合=+3,=,81.22+3x43.3?=1\G.5Mpa<[cr]=215Mpei

焊缝剪应力

T=RA又吸"团=170”

最大挠度：/=2mm

相对挠度：丫=/=%000=%500

整体稳定性验算:

翼缘板：%=SO%。=25<40竽=40整体稳定性满足要求

局部稳定性验算:

腹板高厚比:56%x46.7<80费=80可不进行稳定性验算

19

4.8、临时支架设计计算

4.8.1、计算载荷

(1)钢梁顶推时墩顶最大反力

N=1350X9.8=13230kN

(2)顺桥向水平顶推力

各临时支墩最大水平顶推力：

FfXN=0.05X13230=661.5kN,

式中：——摩擦系数，|i=0.05;

(3)风载荷

4月〜9月，南宁盛行东南季风，10月〜次年3月，盛行东北季风。桥址

区基本风压为400Pa,基本风速为U10=25.6m/s。

①钢梁所受风载对临时墩墩顶的水平推力

单跨60m钢梁所受风载：

横桥向工作状态风载：Pwl=CKhqA=lX1.46X150X210=45.99kN

横桥向非工作状态风载：PW2=CKhqA=lX1.46X400X210=122.64kN

，

顺桥向工作状态风载：P"=CKhqA=1X1.46X150X132=28.91kN

，

顺桥向非工作状态风载：P/=CKhqA=1X1.46X400X132=77.09kN

式中：C——风力系数，C=l；

Kh——风力高度变化系数，Kh=1.46;

q——计算风压，工作状态风压q=150N/m2,

非工作状态风压q=400N/m\

20

A——钢梁迎风面积，横桥向A=60X3.5=210rr?,

顺桥向A'=37.7X3.5=132m2;

钢梁最大悬臂时所受横桥向风载对临时墩的横向水平推力最大，受力简图如

下:

60.0060.00X

则横向最大水平推力:

工作状态：F、“=2XP\v=2X45.99=91.98kN

非工作状态：F、、2=2XPw=2X122.64=245.28kN

钢梁承受顺桥向风载时，按载荷全部作用在一个临时支墩上考虑，则钢梁所

受顺桥向风载对临时支墩的最大水平推力：

工作状态：F：=PW'=28.91kN

非工作状态：F、V2'=PW'=77.09kN

②临时支墩自身风载

临时支墩露出水面高度为10m,为简化模型，将风载荷等效为作用在临时支

墩钢管上的均布线载荷，且不考虑构件之间的挡风折减。

PwCKhqA

qw=-CKhqD

式中：C——风力系数，C=1.4;

Kh——风力高度变化系数，Kh=1.46;

q——计算风压，工作状态风压q=150N/m2,

非工作状态风压q=400N/m2,

D钢管直径，D立柱=0.63m,D横照=0.273m;

工作状态风载线载荷：q立柱=CKhqD立柱=1.4X1.46X150X0.63=193.2N/m

21

q横联二CK1)qD横联二1.4X1.46X150X0.273=83.7N/m

非工作状态风载线载荷：q立柱二CKhqD立柱=1.4X1.46X400X0.63=515.1N/m

q横联二CK^qD横联二1.4义1.46X400X0.273—223.2N/m

(4)水流冲击力

英华桥设计流速2.83m/s；桥位最高水位76.5m时，水深按22m计算。

查《公路桥涵设计规范》(1989)《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)

(2.3.10)公式:

PV2

P=叱—(kN)

2g

式中：Y——水的容重，y=10kN/m3

V——设计流速，V=2.83m/s

A-----桥墩阻水面积，一般算至一般冲刷线处，A=0.63X22=13.86m2

g——重力加速度9.81(m/s2)

K——桥墩形状系数，对圆形钢管桩取0.8。

2

yI/21Ax2Q3

一=必匕=0.8><13.86)<=45.26ZN

2g2x9.81

根据规范，流水压力作用点位于水位线以下1/3水深处，流水压力荷载为一

倒三角形，设流水面处的水流压力线荷载为q,则有P=qX22/2,则

q=2X45.26/22=4.12kN/m

受力简图如下：

22

二

12一

一

二

一二