中铁西一桥主塔横梁计算书830.docx
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中铁西一桥主塔横梁计算书830
酒泉市城市环境综合治理项目
西一大桥主塔横梁支架设计计算书
编制:
审核:
项目负责人:
中铁十七局集团有限公司勘察设计院
二○一四年八月
酒泉西一大桥主塔横梁支架设计计算书
1编制说明
为确保酒泉西一大桥主塔横梁支架结构安全,从上到下逐个验算杆件受力是否符合要求,具体分为竹胶板验算、双层方木验算、碗扣脚手架验算、[12分配横梁验算、贝雷梁验算、双50a工字钢横梁、双20a工字钢分配横梁验算、钢管支墩验算、焊缝验算。
2支架结构
西一大桥主塔横梁支架结构采用碗扣件+单层贝雷梁+钢管支墩形式,支架结构从上向下依次为1.5cm竹胶板、双层10×10cm方木、碗扣脚手架、[12分配横梁、贝雷梁、双50a工字钢横梁、钢管支墩。
竹胶板下10×10cm方木间距20cm。
贝雷梁横向布置10榀,间距为(45+30+45+52.5+45+52.5+45+30+45)cm。
碗扣脚手架立杆纵向间距取60cm,横向间距腹板底取30cm,底板底取60cm。
贝雷梁横断面图
3计算依据
(1)《公路斜拉桥设计细则》(JTG/TD65-01-2007);
(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004);
(3)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86);
(4)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011);
(5)《建筑施工计算手册》(第二版);
(6)《路桥施工计算手册》。
4荷载计算
4.1荷载取值
(1)钢筋混凝土容重:
q1=26kN/m3
(2)混凝土振捣荷载:
q2=2kN/m2
(3)木模板荷载:
q3=0.5kN/m2
(4)方木容重取:
7.5kN/m3
(5)钢材容重取:
78.5kN/m3
4.2荷载组合
表1荷载名称表
荷载名称
荷载类别
荷载编号
钢筋混凝土自重
恒荷载
(1)
计算构件以上部分模板及支架结构自重
恒荷载
(2)
混凝土振捣荷载
活荷载
(3)
计算模板及支架的荷载组合见下表2。
表2荷载组合表
项次
模板及支架结构种类
荷载组合
计算承载力
验算刚度
1
横梁底方木、工字钢及支架
(1)+
(2)+(3)
(1)+
(2)
4.3计算方法及应力取值
1、本计算书采取容许应力法。
2、容许应力取值
Q345钢:
弯曲应力[σw]=210MPa
轴向应力[σ]=200MPa
剪应力[τ]=120MPa
弹性模量E=206GPa
Q235钢:
弯曲应力[σw]=145MPa
轴向应力[σ]=140MPa
剪应力[τ]=85MPa
弹性模量E=206GPa
方木:
弯曲应力[σw]=17MPa;
剪应力[τ]=1.6MPa;
弹性模量E=10GPa。
5荷载分布的确定
5.1底腹板先浇筑荷载分布示意图
主塔上横梁为等宽度梁,上横梁标准断面见图1。
图1横梁标准断面图
(1)腹板部位荷载计算(长度取1m)
①混凝土自重荷载计算
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则腹板部位混凝土分布荷载:
66.98×1.05=70.39kN/m2
②模板荷载计算
侧底模:
内侧模板:
腹板模板总荷载为:
2.84+1.24=4.08kN/m2
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2
腹板下荷载合计:
q=①+②+③=70.39+4.08+2=76.47kN/m2
(2)底板部位荷载计算
①混凝土自重荷载:
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则底板部位混凝土分布荷载为:
13.91×1.05=14.61kN/m2
②箱内顶模、底模荷载
内顶模:
(0.354×2+1.5)×1×0.5=1.1kN
底模:
2×1×0.5=1kN
钢管脚手架:
(38.4×30+65×4+60×4)/1000=1.65kN
模板分布荷载为:
(1.1+1+1.65)/2/1=1.88kN/m2
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2
底板部位分布荷载合计:
q=①+②+③=14.61+1.88+2=18.49kN/m2
由以上计算结果知,荷载分布示意图如下图2。
图2横梁荷载分布示意图
5.2横梁一次浇筑荷载分布示意图
主塔上横梁为等宽度梁,上横梁标准断面见图3。
图3横梁标准断面图
(1)腹板部位荷载计算(长度取1m)
①混凝土自重荷载计算
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则腹板部位混凝土分布荷载:
75.92×1.05=79.72kN/m2
②模板荷载计算
侧底模:
内侧模板:
腹板模板总荷载为:
2.84+1.24=4.08kN/m2
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2
腹板下荷载合计:
q=①+②+③=79.72+4.08+2=85.8kN/m2
(2)底板部位荷载计算
①混凝土自重荷载:
考虑混凝土超灌,系数取1.05,则底板部位混凝土分布荷载为:
27.82×1.05=29.22kN/m2
②箱内顶模、底模荷载
内顶模:
(0.354×2+1.5)×1×0.5=1.1kN
底模:
2×1×0.5=1kN
钢管脚手架:
(38.4×30+65×4+60×4)/1000=1.65kN
模板分布荷载为:
(1.1+1+1.65)/2/1=1.88kN/m2
③砼浇注振捣荷载:
2kN/m2
底板部位分布荷载合计:
q=①+②+③=29.22+1.88+2=33.1kN/m2
由以上计算结果知,荷载分布示意图如下图4。
图4横梁荷载分布示意图
6模板面板验算(1.5cm厚竹胶板)
横梁底模采用1.5cm厚竹胶板,面板宽度取0.1m计算。
容许抗弯应力14.5MPa,容许剪应力2.3MPa,0.1m单位宽度竹胶板截面特性如下:
截面积:
A=10×1.5=15cm2
弹性模量:
E=1×104MPa
抗弯模量:
W=bh2/6=10×1.52/6=3.75cm3
惯性矩:
I=bh3/12=10×1.53/12=2.8125cm4
取0.1m宽竹胶板以连续梁模型计算,跨度按支撑面板的10×10cm小方木间距取值,取0.2m。
面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
线荷载:
q=面荷载×0.1
弯矩计算:
M=ql2/10
强度验算:
σw=M/W
剪应力验算:
τ=0.6×3Q/2A
刚度验算:
fmax=ql4/150EI
最大容许变形:
f容=l/400
计算结果详见下表3:
表3竹胶板验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
腹板
85.8
83.8
0.1
0.2
0.03
9.15
1.03
0.318
0.5
底板
33.1
31.1
0.1
0.2
0.01
3.53
0.40
0.118
0.5
根据计算结果,正应力均小于14.5MPa,剪应力均小于2.3MPa,刚度均小于l/400,所以竹胶板强度和刚度均满足要求。
7上分配方木(10×10cm)验算
竹胶板下采用10×10cm方木,方木选用东北落叶松,容许抗弯应力17MPa,容许剪应力1.6MPa,方木截面特性如下:
截面积:
A=10×10=100cm2
弹性模量:
E=1×104MPa
抗弯模量:
W=bh2/6=10×102/6=166.67cm3
惯性矩:
I=bh3/12=10×103/12=833.3cm4
根据《建筑施工计算手册》,方木按照多跨连续梁考虑。
荷载取值长度按方木间距计算,取0.2m。
计算跨度按小方木下10×10cm方木间距取值。
腹板下取0.3m,底板下取0.6m。
面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
计算结果详见下表4:
表4分配方木(10×10cm)验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
腹板
85.8
83.8
0.2
0.3
0.15
0.93
0.46
0.011
0.75
底板
33.1
31.1
0.2
0.6
0.24
1.43
0.36
0.064
1.5
根据计算结果,正应力均小于17MPa,剪应力均小于1.6MPa,刚度均小于l/400,所以竹胶板强度和刚度均满足要求。
8下分配方木(10×10cm)验算
竹胶板下采用10×10cm方木,方木选用东北落叶松,容许抗弯应力17MPa,容许剪应力1.6MPa,方木截面特性如下:
截面积:
A=10×10=100cm2
弹性模量:
E=1×104MPa
抗弯模量:
W=bh2/6=10×102/6=166.67cm3
惯性矩:
I=bh3/12=10×103/12=833.3cm4
根据《建筑施工计算手册》,方木按照多跨连续梁考虑。
荷载取值长度按立杆横向间距取值,腹板下取0.3m,底板下取0.6m。
计算跨度按立杆纵向间距取值,取0.6m。
面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
计算结果详见下表5:
表5分配方木(10×10cm)验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
腹板
85.8
83.8
0.3
0.6
0.93
5.56
1.39
0.261
1.5
底板
33.1
31.1
0.6
0.6
0.71
4.29
1.07
0.193
1.5
根据计算结果,正应力均小于17MPa,剪应力均小于1.6MPa,刚度均小于l/400,所以竹胶板强度和刚度均满足要求。
9[12槽钢分配横梁验算
截面特性如下:
截面积:
A=15.69cm2
弹性模量:
E=2.06×105MPa
抗弯模量:
W=10.2cm3
惯性矩:
I=37.99cm4
根据《建筑施工计算手册》,[12分配横梁按照多跨连续梁考虑。
荷载取值长度按立杆纵向间距计算,取0.6m。
计算跨度按贝雷片间距取值,腹板下取0.45m,底板下取0.525m。
面荷载强度计算按上面荷载组合分布取值,计算变形时按强度荷载-2kN/m2进行计算。
计算结果详见下表6。
表6[12分配横梁验算结果统计表
验算部位
计算强度荷载(kN/m2)
计算刚度荷载(kN/m2)
荷载取值长度(m)
跨度(m)
弯矩(kN.m)
正应力(MPa)
剪应力(MPa)
变形(mm)
最大容许变形(mm)
腹板
85.8
83.8
0.6
0.45
1.04
102.20
13.29
0.35
1.13
底板
33.1
31.1
0.6
0.525
0.55
53.67
5.98
0.24
1.31
根据计算结果,正应力均小于145MPa,剪应力均小于85MPa,刚度均小于l/400,所以[12分配横梁强度和刚度均满足要求。
10碗扣件支架计算
10.1碗扣件立杆截面特性
碗扣件立杆采用(Φ48×3.5)型,横杆步距为0.9m。
碗扣件截面积:
A=4.89×102mm2
惯性矩:
I=1.219×105mm4
抵抗矩:
W=5.08×103mm3
回转半径:
i=15.78mm
10.2碗扣件立杆验算
(1)腹板下碗扣件立杆验算
腹板下碗扣件纵向间距为0.6m,横向间距为0.3m,故:
N=0.3×0.6×85.8=15.44kN
计算长度取2.6m,则:
查表得:
,则:
碗扣件稳定满足要求。
(2)底板下碗扣件立杆验算
腹板下碗扣件纵向间距为0.6m,横向间距为0.6m,故:
N=0.6×0.6×33.1=11.92kN
碗扣件脚手架横杆步距为0.9m,则计算长度为0.9m,则:
查表得:
,则:
碗扣件稳定满足要求。
11贝雷梁检算
每片贝雷梁受力分布计算结果如下图5,
图5贝雷梁所受反力示意图
根据计算结果,贝雷梁所受最大线荷载为30.6kN/m,对贝雷梁进行受力验算,计算模型如图6。
图6贝雷梁受力示意图
图7贝雷梁组合应力图(MPa)
图8贝雷梁剪应力图(MPa)
图9贝雷梁变形图(mm)
从计算结果得知:
贝雷梁最大组合应力:
248.3MPa<[σw]=210×1.3=273MPa;
贝雷梁最大剪应力:
113.2MPa<[τ]=120MPa;
贝雷梁最大变形:
24.3mm<l/400=13500/400=
33.75mm。
最大组合应力大于允许值,考虑到现浇支架属于临时结构,材料组合应力允许值可以提高1.1~1.3倍,因此贝雷梁强度满足要求。
12贝雷梁下中横梁—双50a工字钢检算
贝雷梁下中横梁受力分布计算模型如图10,
图10中横梁受力示意图
图11中横梁组合应力图(MPa)
图12中横梁剪应力图(MPa)
图13中横梁变形图(mm)
从计算结果得知:
双50a工字钢横梁最大弯曲应力:
143.1MPa<[σw]=145MPa;
双50a工字钢横梁最大剪应力:
77.8MPa<[τ]=85MPa;
双50a工字钢横梁最大变形:
3.2mm<l/400=3000/400=
7.5mm。
因此双50a工字钢横梁强度满足要求。
13贝雷梁下边横梁—双20a工字钢检算
贝雷梁下边横梁受力分布计算模型如图14,
图14边横梁受力示意图
图15边横梁组合应力图(MPa)
图16边横梁剪应力图(MPa)
图17边横梁变形图(mm)
从计算结果得知:
双20a工字钢横梁最大弯曲应力:
133.9MPa<[σw]=145MPa;
双20a工字钢横梁最大剪应力:
83.4MPa<[τ]=85MPa;
双20a工字钢横梁最大变形:
1.1mm<l/400=1500/400=
3.75mm。
因此双20a工字钢横梁强度满足要求。
14钢管支墩稳定性检算
杆件一端固定、一端铰支,长度因数
。
竖杆计算长度
,
回转半径
,
其中
,
、
分别为钢管构件的内外直径。
长细比
钢管为焊接,根据《钢结构设计规范》附录C,钢管按b类构件考虑,查表得轴心受压构件稳定系数
截面积
经计算,轴力
钢管支墩稳定性验算:
支墩稳定性
,满足要求。
15焊缝验算
图18贝雷梁下边横梁反力图(kN)
由图18知,三角托架边支点处竖向反力为204.8×2=409.6kN,
所需焊缝长度
。
设计中预埋板与U型筋间焊缝,三角托架与预埋板间焊缝长度均大于32+10=42cm,满足要求。
16三角托架受力检算
图19三角托架受力示意图(kN)
图20三角托架组合应力图(MPa)
图21三角托架剪应力图(MPa)
图22三角托架变形图(mm)
从计算结果得知:
三角托架最大组合应力:
104.5MPa<[σw]=145MPa;
三角托架最大剪应力:
104.8MPa<[τ]=85×1.3=110.5MPa;
三角托架最大变形:
0.5mm<l/400=800/400=
2mm。
最大剪应力大于允许值,考虑到现浇支架属于临时结构,材料组合应力允许值可以提高1.1~1.3倍,因此三角托架强度满足要求。
17贝雷梁安装、拆除吊装受力检算
图22贝雷梁安装起吊受力示意图
图23贝雷梁安装组合应力图(MPa)
图24贝雷梁安装剪应力图(MPa)
图25贝雷梁安装变形图(mm)
从计算结果得知:
贝雷梁安装起吊最大组合应力:
12MPa<[σw]=210MPa;
贝雷梁安装起吊最大剪应力:
3.6MPa<[τ]=120MPa;
贝雷梁安装起吊最大变形:
1.7mm<l/400=21000/400=
52.5mm。
图26贝雷梁拆除起吊受力示意图
图27贝雷梁拆除组合应力图(MPa)
图28贝雷梁拆除剪应力图(MPa)
图29贝雷梁拆除变形图(mm)
从计算结果得知:
贝雷梁拆除起吊最大组合应力:
24.8MPa<[σw]=210MPa;
贝雷梁拆除起吊最大剪应力:
4.7MPa<[τ]=120MPa;
贝雷梁拆除起吊最大变形:
13.9mm<l/400=13500/400=
33.8mm。
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