钢箱梁顶推计算书

计算书一、设计依据1．《苏州广济北延GY-A1项目“钢箱梁顶推专项施工方案”（论证稿）》2.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）3.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）4.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）5.《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041--2000)二、设计参数1．箱梁自重：钢箱梁自重按80.7kN/m进行计算。2、导梁自重：导梁总重为316kN，建模时对其结构进行简化，按14.1kN/m进行计算。3、其它结构自重：由程序自动记入。4、墩顶水平力：顶推施工中拼装平台处的支架墩顶受摩檫力F1作用，取摩檫系数μ为0.1；在11#墩处的支架由于是千斤顶牵引施工，受到千斤顶的作用力T，同时受到墩顶摩檫力F2的作用，取摩檫系数μ为0.1。三、设计工况及荷载组合根据施工工艺及现场的结构形式，确定荷载工况如下：工况一：钢箱梁拼装阶段。荷载组合为：钢箱梁自重+导梁自重+其它结构自重。工况二：钢箱梁顶推阶段。在钢箱梁顶推阶段按每顶推2.5m为一个工况，以箱梁端头顶推至12#墩为最后一个工况，共30个工况，以此进行各墩顶的受力和导梁的受力分析，其荷载组合为：钢箱梁自重+导梁自重。根据以上工况的计算结果，统计出各临时墩的最大受力，对其结构进行分析。对于11#墩的荷载组合为：墩顶作用力+顶推力+摩阻力+结构自重；对于其它各临时墩的荷载组合为：墩顶作用力+摩阻力+结构自重。四、钢箱梁拼装阶段的受力分析4.1贝雷支架的计算分析钢箱梁在贝雷支架上进行拼装，支撑箱梁的贝雷片的最大跨径为14m。每个断面布置有四组贝雷片进行箱梁支撑，考虑1.4的不均匀分配系数，作用在每组贝雷片的作用力为F=80.7/4×1.4+2.7/3=29.2kN/m。其计算模型及结果如下：计算模型弯矩图剪力图通过计算得贝雷片所受到的最大弯矩为M=715.4kNm，最大剪力为V=204.4kN。单组贝雷片的容许弯矩为[M]=788.2kNm>715.4kNm，单组贝雷片的容许剪力为[V]=245.2kN>204.4kN，故贝雷片的强度满足要求。4.2牛腿的计算分析将贝雷片简化为两跨14m连续梁进行计算，计算模型及结果如下：计算模型弯矩图剪力图通过计算得牛腿的支座反力为F=511kN。贝雷片的支撑牛腿选用工28B，从钢管内部穿过，悬臂长度为20cm。牛腿型钢所受到的最大弯矩为M=511×0.2=102.2kNm，最大剪力为V=511kN。型钢工28B的截面模量为W=5.34×10-4m3。则其弯曲应力为σ=M/W=188.2MPa<[σ]=1.4×145=203MPa其剪力为τ=VS/Ib=17.2MPa<[τ]=85MPa故牛腿的强度满足要求。4.3钢管桩的计算分析在该施工阶段，钢管桩顶的最大支反力小于钢箱梁顶推阶段的最大支反力，故在该施工阶段，略去钢管桩支架的验算。五、钢箱梁顶推阶段的受力分析5.1支座反力的计算在钢箱梁顶推阶段按每顶推2.5m为一个工况，以箱梁端头顶推至12#墩为最后一个工况，共30个工况，以此进行各墩顶的受力和导梁的受力分析，其荷载组合为：钢箱梁自重+导梁自重。采用MIDAS对其进行建模计算。模型中，将钢箱梁及导梁换算成等效截面结构，对应于30个工况，设置30个施工阶段。其模型如下：计算模型通过计算得出其支座反力结果如下表：对于各工况条件下的结构应力进行统计，发现导梁的最大应力出现在施工阶段25处，其最大应力为σ=118.0MPa<145MPa，结构的最大变形出现在施工阶段20处，其最大变形量为246.6mm，其应力云图及变形图见下图。5.2.2工况二荷载取值根据5.1节中的计算结果表中可查出，墩顶作用力最大为F1=4660.3kN，其所产生的墩顶摩檫力f1=4660.3×0.1=466.03kN。千斤顶的荷载同步性按1.05进行考虑，左右墩竖向力不均匀分配系数按1.2考虑。则单个临时墩受到的顶推力为T0=548.2/2×1.05=287.8kN。单个分配梁的作用长度为2m，宽度为0.5m，其所受到的竖向力为F0=4660.3/4/2×1.2=699.1kN/m，其所受到的摩檫力为f0=466.03×1.2/4=139.8kN。5.2.3计算模型采用MIDAS对其进行建模计算，计算模型如下：计算模型5.2.4计算结果通过计算得出计算结果如下：工况一：结构应力图工况一：结构变形图工况一：支座反力图（一）工况一：支座反力图（二）工况二：结构应力图工况二：结构变形图工况二：支座反力图（一）工况二：支座反力图（二）对以上计算结果汇总如下表：计算结果汇总表（一）工况最大组合应力（MPa）最大变形（mm）允许应力（MPa）工况一73.814.8145工况二125.04.4145计算结果汇总表（二）节点荷载FX(kN)FY(kN)FZ(kN)MX(kN*m)MY(kN*m)MZ(kN*m)1工况1-90.827.6-638.3-46.7-207.0-25.12工况1-91.2-27.1730.946.3-207.5-25.13工况1-51.130.5-556.7-51.3-132.9-26.44工况1-51.5-30.9649.251.7-133.4-26.41工况2-19.831.1690.8-52.2-37.8-25.72工况2-24.0-26.9783.745.8-44.4-25.73工况219.927.0772.5-45.836.3-25.74工况215.7-31.1702.152.329.7-25.7从计算结果汇总表（一）中可以看出，结构最大应力均小于其容许应力，说明钢管支架的强度和刚度满足施工要求。从计算结果汇总表（二）中可以看出，钢管桩所需要的最大抗拔力为638.3kN，需根据以上计算结果进行钢管连接节点的验算。5.3其它临时墩的计算分析5.3.1计算工况及荷载组合12#墩处的钢管结构与11#墩处相同，其受力小于11#墩，故在此不做验算。从5.1节的计算结果表中可以看出，C～H墩中所受到的最大竖向力为F=2035.1kN，作用于H墩处。由于C～H墩的临时墩结构形式相同，故选取H墩进行计算分析。其荷载组合为：摩阻力+竖向作用力+结构自重。左右墩竖向力不均匀分配系数按1.2考虑，摩檫系数按0.1进行考虑，则单个临时墩受到的摩阻力为f=。单个分配梁的作用长度为2m，宽度为0.5m，其所受到的竖向力为F0=2035.1/4/2×1.2=305.3kN/m，其所受到的摩檫力为f=2035.1×0.1/4×5.3.2采用MIDAS对其进行建模计算，计算模型如下：计算模型5.3.3计算结果通过计算得计算结果如下：结构应力图结构变形图支座反力图（一）支座反力图（二）对以上计算结果汇总如下表：计算结果汇总表（一）最大组合应力（MPa）最大变形（mm）允许应力（MPa）63.04.7145计算结果汇总表（二）节点FX(kN)FY(kN)FZ(kN)MX(kN*m)MY(kN*m)MZ(kN*m)1-30.00.298.4-0.4-56.60.12-31.10.9563.0-1.4-58.30.13-30.0-0.298.40.4-56.6-0.14-31.1-0.9563.01.4-58.3-0.1从计算结果汇总表（一）中可以看出，结构最大应力均小于其容许应力，说明钢管支架的强度和刚度满足施工要求。从计算结果汇总表（二）中可以看出，钢管桩以受压为主，同时受弯，最大压力为563kN，最大弯矩为58.3，需根据以上计算结果进行钢管连接节点及扩大基础的验算。5.4扩大基础的受力分析根据5.3节的计算结果对扩大基础进行构造及配筋设计。在此不对扩大基础进行验算，仅对地基承载力进行验算。选取一半的扩大基础进行验算，其长度为4.02m，宽度为2.06m，厚度为0.15m，混凝土自重为G=4.02×2.06×0.15×24+4.02×0.85×0.15×根据5.3节的计算结果得出，一半基础的中心竖向作用力为F=42.1+563+98.4=703.5kN中心处的弯矩为M=58.3+56.6+563×1.15-98.4×1.15=649.2则临时墩对地基产生的最大压应力为σmax=F/A+M/W=703.5/4.02/2.06+649.2×6/2.06/4.02/4.02=0.202MPa临时墩对地基产生的最小压应力为σmin=F/A+M/W=703.5/4.02/2.06-649.2×6/2.06/4.02/4.02=-0.032MPa〈0故需考虑基底应力的重分布，并假定全部荷载均由受压部分承受，基底按三角形进行分布，受压分布宽度为b'。则b'=3×（4.02/2-649.2/703.5）=3.26m>4.02×3/4=3.02m故基础的接触面积满足要求。则临时墩对地基产生的最大压应力为σmax=2×703.5/3.26/2.06=0.21MPa〉[σ]=0.2MPa故地基承载力偏小。六、结论及建议通过以上的计算，得出以下结论及建议：6.1通过对贝雷片的简化分析，发现贝雷片的强度满足要求。但实际施工中，支架上的牛腿所支撑的部位不是贝雷片的节点位置处，不利于贝雷片的受力，需对支点位置的贝雷片进行加强或将支点位置调整至贝雷片的节点位置处。同时需增加贝雷片的横向稳定性。6.2通过对型钢牛腿的简化分析，发现型钢牛腿的强度满足要求。在实际施工过程中，需型钢与钢管的支撑部位进行加强。6.3对顶推过程进行模拟分析，发现在顶推阶段，导梁的强度满足要求。但该计算过程中未对连接节点进行分析，施工中需尽量保证其是等强连接。6.4在顶推过程中，导梁前端的最大变形达到了246.6mm，变形量较大。在施工方案中需详细考虑导梁上临时墩的工艺。建议在11#墩与12#墩之间设置临