棚架检算书正式版.docx
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棚架检算书正式版
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东乡二号特大桥跨沪昆铁路防护棚架检算书
一、计算荷载
东乡二号特大桥跨沪昆线施工防护棚架为施工临时结构,不考虑地震力的影响,结构安全等级为二级。
计算中考虑的主要荷载有:
施工人员重量,竹胶板和防水板重量,结构自重,风力及雪压,列车气动力、坠物冲击荷载等。
(1)施工人员重量:
按照每个施工人员75kg计,共5个人,总计重量为375kg,即3.75kN。
假设作用于跨中位置上。
(2)竹胶板重量:
竹胶板密度为560kg/m3,厚20mm的竹胶板单位面积重为560×0.02=11.2kg/m2=0.112KN/m2,棚架顶面总面积为49×16.8=823.2㎡,整个棚架的竹胶板总重量为9219.84kg,即92.20KN。
计算时按均布荷载加到槽钢[20上。
(3)结构自重
纵向槽钢[20,每延米重量为22.6kg,每根49m,重1107.4kg,共29根,共重32114.6kg,即321.146KN;横向I56a,每根长度为16.8米,共25根,每米重量为106kg,共重44520kg,即445.2KN;纵向分配梁I40a,总长49×2=98m,每米重量为67.6kg,共重为6624.8kg,即66.248KN;直径为300×6mm的钢管立柱26根,每根长度为10.732米,每延米重量为43.503kg,自重为121.39KN。
棚架混凝土基础体积为0.8×0.5×49×2=39.2m3,共重940.8KN,防护棚架总重量:
1894.784KN。
(4)风力
南昌地区基本风压:
0.3KN/㎡。
以15°角均布载的形式加到[20上即:
0.3*sin15°=0.0776KN/㎡。
由于棚架在连续梁下及所处位置,不考虑雪压。
(5)列车气动力
列车气动力计算应符合下列规定:
由驶过列车引起的气动压力和气动吸力,应由一个5m长的移动面荷载+q及一个5m长的移动面荷载-q组成。
气动力应分为水平气动力和垂直气动力。
水平气动力作用于轨顶之上的最大高度为5m。
根据棚架总体布置情况,棚架各跨最低点均位于接触网之上,而接触网的高度均超过轨面5m以上,故轨顶以上可以不考虑列车水平气动力的影响。
在实际计算中,为确保安全,按照沪昆线动车组最大列车时速200km/h计算气动力(施工时慢行)。
垂直气动力可按照下式计算:
式中
——水平气动力,由规范中的表6.2.26查得。
D——作用线至线路中心距离。
查表,当列车时速为200km/h,D=2.5时,
=0.68,此时对应的
=0.646kN/m,为最大值,且随D增加而减小(D在2m以内的气动力不考虑),即垂直气动力由中心2m相外逐渐减小。
施工时列车慢行,故计算中取
=0.646×0.8=0.517kN/m,偏于安全地把此均布荷载加载于全部防护棚架上。
(6)冲击荷载,假设人(M=0.75KN)从6.591m高处掉落到棚架上,冲击时间为0.5s,由动量=冲量,得:
=17.2KN。
二、竹胶板验算
取1m宽验算,截面面积A=200平方厘米,惯性矩I=66.7cm3;截面模量W=66.7cm3;单位重量:
11.2Kg/m。
竹胶板弹性模量E=6500MPa,竹胶板采用2cm厚,按0.6m跨度简支梁,取1m宽进行计算,竹胶板所受均布荷载有自重+风荷载+力车汽动力荷载,荷载组合为q=0.112×1+0.0776×1+0.517=0.7066KN/m,施工人员坠落冲击荷载取q=17.2KN,作用于最不利位置,即跨中。
建立模型如下
力学求解得:
Mmax=0.88KN·m
截面模量W=
bh2=
×1000×202=
mm3
σ=
=
=13.2MPa<[σ]=70Mpa
力学求解得出挠度值为:
7.2mm。
满足要求。
三、[20a槽钢验算
纵向布置的槽[20a,按2米跨度简支梁计算,所受均布荷载为竹胶板施工的均布荷载及自重。
G—施工人员坠落冲击荷载,取17.2KN,作用于最不利位置,即跨中。
q—为折合后的竹胶板重量,风荷载,列车气动力,及[20a自重, 则
-------------------------------------------------------------------
计算项目:
20号槽钢做简支梁计算
-------------------------------------------------------------------
[基本信息]
左支座简支右支座简支
跨号跨长(m)截面名称
12.000热轧普通槽钢(GB707-88):
xh=[20a(型号)xh=[20a
[计算结果]
跨号:
1
左中右
上部弯矩(kN-m):
0.00000.00000.0000
下部弯矩(kN-m):
0.00009.02870.0000
剪力(kN):
9.4574-8.6000-9.4574
[容许安全系数]
侧向稳定性安全系数:
1.00000
抗弯强度安全系数:
1.00000
抗剪强度安全系数:
1.00000
[最小安全系数]
跨号侧向稳定抗弯强度抗剪强度安全状态
13.3814.45115.729安全
[各跨截面几何特性]
跨号面积惯性矩Ix抵抗矩WxA抵抗矩WxB回转半径ix惯性矩Iy
(cm2)(cm4)(cm3)(cm3)(cm)(cm4)
128.841780.00178.00178.007.86128.00
抵抗矩WyA抵抗矩WyB回转半径iy面积矩Sxγx1γx2
(cm3)(cm3)(cm)(cm3)
63.8024.202.11104.701.051.05
注:
WxA—截面上部对x轴的抵抗矩;
WxB—截面下部对x轴的抵抗矩。
WyA—截面左侧对y轴的抵抗矩。
WyB—截面右侧对y轴的抵抗矩。
γx1—截面上部的塑性发展系数。
γx2—截面下部的塑性发展系数。
[各跨材料特性]
跨号抗拉强度抗压强度抗弯强度抗剪强度屈服强度弹性模量
(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)
1215.00215.00215.00125.00235.00206000
四、I56a计算
横向布置的I56a,按16.8米跨度简支梁计算,作用在其上的荷载[20a传递下来的单点集中力q=0.875×2=1.714KN,此集中荷载按0.6m等间距布设,共27点,为方便计算现转算为均布荷载计算,q=(q×27)/16.8=2.755KN/m。
结构自重均布荷载q=1.06KN/m。
-------------------------------------------------------------------
计算项目:
I56a主横梁做简支梁计算
-------------------------------------------------------------------
[基本信息]
左支座简支右支座简支
跨号跨长(m)截面名称
116.800热轧普通工字钢(GB706-88):
xh=I56a(型号)xh=I56a
[计算结果]
跨号:
1
左中右
上部弯矩(kN-m):
0.00000.00000.0000
下部弯矩(kN-m):
0.0000134.70620.0000
剪力(kN):
32.07290.0000-32.0729
[容许安全系数]
侧向稳定性安全系数:
1.20000
抗弯强度安全系数:
1.20000
抗剪强度安全系数:
1.20000
[最小安全系数]
跨号侧向稳定抗弯强度抗剪强度安全状态
11.3073.92223.242安全
[各跨截面几何特性]
跨号面积惯性矩Ix抵抗矩WxA抵抗矩WxB回转半径ix惯性矩Iy
(cm2)(cm4)(cm3)(cm3)(cm)(cm4)
1135.4465600.002340.002340.0022.001370.00
抵抗矩WyA抵抗矩WyB回转半径iy面积矩Sxγx1γx2
(cm3)(cm3)(cm)(cm3)
141.00141.003.181375.001.051.05
注:
WxA—截面上部对x轴的抵抗矩;
WxB—截面下部对x轴的抵抗矩。
WyA—截面左侧对y轴的抵抗矩。
WyB—截面右侧对y轴的抵抗矩。
γx1—截面上部的塑性发展系数。
γx2—截面下部的塑性发展系数。
[各跨材料特性]
跨号抗拉强度抗压强度抗弯强度抗剪强度屈服强度弹性模量
(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)
1215.00215.00215.00125.00235.00206000
五、I40a分配梁计算
纵梁用的I40a,按4米跨度简支梁计算,作用在其上的荷载I56a传递下来的单点集中力32.08KN,及结构自重均布荷载q=0.676KN/m。
-------------------------------------------------------------------
计算项目:
棚架纵梁I40a做简支梁计算
-------------------------------------------------------------------
[基本信息]
左支座简支右支座简支
跨号跨长(m)截面名称
14.000热轧普通工字钢(GB706-88):
xh=I40a(型号)xh=I40a
[计算结果]
跨号:
1
左中右
上部弯矩(kN-m):
0.00000.00000.0000
下部弯矩(kN-m):
0.000033.43190.0000
剪力(kN):
17.3919-16.0400-17.3919
[容许安全系数]
侧向稳定性安全系数:
1.20000
抗弯强度安全系数:
1.20000
抗剪强度安全系数:
1.20000
[最小安全系数]
跨号侧向稳定抗弯强度抗剪强度安全状态
15.2017.36025.732安全
[各跨截面几何特性]
跨号面积惯性矩Ix抵抗矩WxA抵抗矩WxB回转半径ix惯性矩Iy
(cm2)(cm4)(cm3)(cm3)(cm)(cm4)
186.1121700.001090.001090.0015.90660.00
抵抗矩WyA抵抗矩WyB回转半径iy面积矩Sxγx1γx2
(cm3)(cm3)(cm)(cm3)
141.00141.002.77636.401.051.05
注:
WxA—截面上部对x轴的抵抗矩;
WxB—截面下部对x轴的抵抗矩。
WyA—截面左侧对y轴的抵抗矩。
WyB—截面右侧对y轴的抵抗矩。
γx1—截面上部的塑性发展系数。
γx2—截面下部的塑性发展系数。
[各跨材料特性]
跨号抗拉强度抗压强度抗弯强度抗剪强度屈服强度弹性模量
(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)(N/mm2)
1215.00215.00215.00125.00235.00206000
六、钢管立柱受力计算
棚架两侧有12根立柱,每个柱有1根300×6mm的螺旋钢管组成,具体结构见图纸。
每根立柱受力为上部I56a工字钢传来反力为17.39+32.07=49.46KN。
-------------------------------------------------------------------
计算项目:
棚架立柱
-------------------------------------------------------------------
1输入数据
1.1基本输入数据
构件材料特性
材料名称:
Q235-A
设计强度:
215.00(N/mm2)
屈服强度:
235.00(N/mm2)
截面特性
截面名称:
焊接钢管:
d=300(mm)
焊接钢管外直径[2t≤d]:
300(mm)
焊接钢管壁厚[0<t≤d/2]:
6(mm)
缀件类型:
构件高度:
10.723(m)
容许强度安全系数:
1.20
容许稳定性安全系数:
1.20
1.2荷载信息
恒载分项系数:
1.00
活载分项系数:
1.40
是否考虑自重:
考虑
轴向恒载标准值:
49.460(kN)
轴向活载标准值:
0.000(kN)
偏心距Ex:
0.0(cm)
偏心距Ey:
0.0(cm)
1.3连接信息
连接方式:
普通连接
截面是否被削弱:
否
1.4端部约束信息
X-Z平面内顶部约束类型:
简支
X-Z平面内底部约束类型:
简支
X-Z平面内计算长度系数:
1.00
Y-Z平面内顶部约束类型:
简支
Y-Z平面内底部约束类型:
简支
Y-Z平面内计算长度系数:
1.00
2中间结果
2.1截面几何特性
面积:
55.42(cm2)
惯性矩Ix:
5990.10(cm4)
抵抗矩Wx:
399.34(cm3)
回转半径ix:
10.40(cm)
惯性矩Iy:
5990.10(cm4)
抵抗矩Wy:
399.34(cm3)
回转半径iy:
10.40(cm)
塑性发展系数γx1:
1.15
塑性发展系数γy1:
1.15
塑性发展系数γx2:
1.15
塑性发展系数γy2:
1.15
2.2材料特性
抗拉强度:
215.00(N/mm2)
抗压强度:
215.00(N/mm2)
抗弯强度:
215.00(N/mm2)
抗剪强度:
125.00(N/mm2)
屈服强度:
235.00(N/mm2)
密度:
7850.00(kg/m3)
2.3稳定信息
绕X轴屈曲时最小稳定性安全系数:
11.77
绕Y轴屈曲时最小稳定性安全系数:
11.77
绕X轴屈曲时最大稳定性安全系数:
12.89
绕Y轴屈曲时最大稳定性安全系数:
12.89
绕X轴屈曲时最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:
10.723(m)
绕Y轴屈曲时最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:
10.723(m)
绕X轴屈曲时最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:
0.000(m)
绕Y轴屈曲时最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:
0.000(m)
绕X轴弯曲时的轴心受压构件截面分类(按受压特性):
b类
绕Y轴弯曲时的轴心受压构件截面分类(按受压特性):
b类
绕X轴弯曲时的稳定系数:
0.53
绕Y轴弯曲时的稳定系数:
0.53
绕X轴弯曲时的长细比λ:
103.14
绕Y轴弯曲时的长细比λ:
103.14
按《建筑钢结构设计手册》P174表3-2-24计算的φb_X:
1.00
按《建筑钢结构设计手册》P174表3-2-24计算的φb_XA:
1.00
按《建筑钢结构设计手册》P174表3-2-24计算的φb_XB:
1.00
按《建筑钢结构设计手册》P174表3-2-24计算的φb_Y:
1.00
按《建筑钢结构设计手册》P174表3-2-24计算的φb_YA:
1.00
按《建筑钢结构设计手册》P174表3-2-24计算的φb_YB:
1.00
2.4强度信息
最大强度安全系数:
24.09
最小强度安全系数:
22.01
最大强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离:
0.000(m)
最小强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离:
10.723(m)
计算荷载:
54.12kN
受力状态:
轴压
3分析结果
绕X轴弯曲时的最小整体稳定性安全系数:
11.77
该截面距离构件顶端:
10.723(m)
绕Y轴弯曲时的最小整体稳定性安全系数:
11.77
该截面距离构件顶端:
10.723(m)
最小强度安全系数:
22.01
该截面距离构件顶端:
10.723(m)
构件安全状态:
稳定满足要求,强度满足要求。
七、棚架基础计算
基础受力由钢管立柱顶受力及钢管自重组成,大小为N=49.46+4.66=54.12KN。
则:
现浇独立柱基础设计(棚架基础设计)
执行规范:
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),本文简称《混凝土规范》
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),本文简称《地基规范》
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),本文简称《抗震规范》
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1设计资料:
1.1已知条件:
类型:
阶梯形
柱数:
单柱
阶数:
1
基础尺寸(单位mm):
b1=4000,b11=2000,a1=800,a11=400,h1=500
柱:
方柱,A=500mm,B=500mm
设计值:
N=54.12kN,Mx=0.00kN.m,Vx=0.00kN,My=0.00kN.m,Vy=0.00kN
标准值:
Nk=54.12kN,Mxk=0.00kN.m,Vxk=0.00kN,Myk=0.00kN.m,Vyk=0.00kN
混凝土强度等级:
C30,fc=14.30N/mm2
钢筋级别:
HRB335,fy=300N/mm2
基础混凝土保护层厚度:
45mm
基础与覆土的平均容重:
24.00kN/m3
修正后的地基承载力特征值:
60kPa
基础埋深:
0.50m
作用力位置标高:
0.000m
1.2计算要求:
(1)基础抗弯计算
(2)基础抗剪验算
(3)基础抗冲切验算
(4)地基承载力验算
单位说明:
力:
kN,力矩:
kN.m,应力:
kPa
2计算过程和计算结果
2.1基底反力计算:
2.1.1统计到基底的荷载
标准值:
Nk=54.12,Mkx=0.00,Mky=0.00
设计值:
N=54.12,Mx=0.00,My=0.00
2.1.2承载力验算时,底板总反力标准值(kPa):
[相应于荷载效应标准组合]
pkmax=(Nk+Gk)/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy
=28.91kPa
pkmin=(Nk+Gk)/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy
=28.91kPa
pk=(Nk+Gk)/A=28.91kPa
各角点反力p1=28.91kPa,p2=28.91kPa,p3=28.91kPa,p4=28.91kPa
2.1.3强度计算时,底板净反力设计值(kPa):
[相应于荷载效应基本组合]
pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy
=16.91kPa
pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy
=16.91kPa
p=N/A=16.91kPa
各角点反力p1=16.91kPa,p2=16.91kPa,p3=16.91kPa,p4=16.91kPa
2.2地基承载力验算:
pk=28.91 pkmax=28.91<1.2*fa=72.00kPa,满足 2.3基础抗剪验算: 抗剪验算公式V<=0.7*βh*ft*Ac[GB50010-2002第7.5.3条] (剪力V根据最大净反力pmax计算) 第1阶(kN): V下=10.15,V右=23.68,V上=10.15,V左=23.68 砼抗剪面积(m2): Ac下=1.80,Ac右=0.36,Ac上=1.80,Ac左=0.36 抗剪满足. 2.4基础抗冲切验算: 抗冲切验算公式Fl<=0.7*βhp*ft*Aq[GB50007-2002第8.2.7条] (冲切力Fl根据最大净反力pmax计算) 第1阶(kN): Fl下=0.00,Fl右=17.59,Fl上=0.00,Fl左=17.59 砼抗冲面积(m2): Aq下=0.00,Aq右=0.34,Aq上=0.00,Aq左=0.34 抗冲切满足. 2.5基础受弯计算: 弯矩计算公式M=1/6*la2*(2b+b')*pmax[la=计算截面处底板悬挑长度] 配筋计算公式As=M/(0.9*fy*h0) 第1阶(kN.m): M下=0.54,M右=18.13,M上=0.54,M左=18.13,h0=450mm 计算As(mm2/m): As下=1,As右=187,As上=1,As左=187 基础板底构造配筋(构造配筋D12@200). 2.6底板配筋: X向实配D12@200(565mm2/m)>=As=565mm2/m Y向实配D12@200(565mm2/m)>=As=565mm2/m 3配筋简图 八、基底沉降量计算 1.计算条件 执行规范: 建筑地基基础设计规范GB50007-2002 (1)基础数据 基础长L(m)4.000 基础宽B(m)0.800 基底标高(m)-0.500 基础顶轴力准永久值(kN)54.120 L向弯矩准永久值Mx(kN-m)0.000 B向弯矩准永久值My(kN-m)0.000 基础与覆土的平均容重(kN/m3)24.000 经验系数ψs1.000 压缩层厚度(m)3.600 沉降点坐标X0(m)0.000 沉降点坐标Y0(m)0.000 (2)平剖面图 (3)土层列表 土层数: 2地下水深度: -10.000(m) 层号 土类名称 层厚 层底标 重度 饱和重度 压缩模量 (m) 高(m) (kN/m3) (kN/m3) (MPa) 1 粘性土 2.647 -2.647 18.000 --- 10.00 2 砾砂 4.100 -6.747 18.000 --- 10.00 2.计算结果 底板净反力(kPa): 最大=19.91最小=19.91平均=19.91 角点q1=19.91q2=19.91q3=19.91q4=19.91 各层土的压缩情况: 层号 土类名称 层厚 底标高 压缩模量 压缩量 应力面积 (m) (m) (Mpa) (mm) (kN) 1 粘性土 2.147 -2
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