临时钢管立柱计算

1、临时钢管立柱计算(1) 临时支柱设计参数临时支柱为缀条柱，钢管采用500×12mm，支柱的横向中心距和纵向中心间距分别取2.7m、1.7m；横向缀条取219×8mm，斜缀条取219×8mm；法兰盘连接螺栓采用10.9级M24-75高强螺栓；墩顶纵梁采用2×HW300×300×10×15mm，横梁采用2×HM588×300×12×20mm，纵、横梁受力点加焊t=12mm加劲肋；横梁上临时短柱235×16×500mm，短柱旁设置200t液压千斤顶，所有钢材均为Q235。

2、柱脚使用25钢筋进行锚固，锚固长度为50cm。基础浇筑0.3m厚C35混凝土，浇筑宽度3.5m，长度约为20m。经放样，11#旁的临时支柱最高，设计为12.8m，根据以上参数得到临时支柱的三视图，见图1和图2。（详细结构见临时墩设计图）图 1 临时支柱平面图（单位cm）图 2 临时支柱正面图、侧面图（单位cm）（1）材料强度根据钢结构设计规范（GB50017-2003），Q235钢材板厚16mm时，抗拉抗压强度设计值f=215MPa（极限状态设计法），抗剪设计强度值fv=125MPa（极限状态设计法）；Q235钢材板厚时16mm40mm，抗拉抗压强度设计值f=205MPa（极限状态设计法），抗

3、剪设计强度值fv=120MPa（极限状态设计法）。柱底浇筑100cm厚C50混凝土进行硬化，抗拉强度设计值ft=1.89MPa，抗压强度设计值fc=23.1MPa（2）极限状态法强度验算时采用S=1.35S静+1.4×0.7S活的荷载组合，本计算采用有限元分析软件Midas/civil 2015 8.3.2版。（3）荷载取值A、静载在Z04联钢箱梁吊装过程中，需要借助临时墩的钢箱梁节段为：Z04-1、Z04-2、Z04-3、Z04-4段钢箱梁，该四段钢箱梁的重量分别为：Z04-1（497t）、Z04-2（428t）、Z04-3（518t）、Z04-4（358t），现将其模拟为均布荷载

4、，按吊装的不同阶段进行分析，受力图示见图 3。（注：“1/2临时墩”表示有8根钢管柱受力，“临时墩”表示16根钢管柱受力）图 3 临时支柱受力分析根据图 3，在有限元分析模型中建立相应的模型，得到的临时柱支反力见图 -4至图 -7。12#墩1/2临时墩图 -4 Z04-1吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为F41=2485.48=310kN。12#墩11#墩临时墩图 -5 Z04-2吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为F42=400.216=250kN。12#墩临时墩1/2临时墩11#墩图 -6 Z04-3吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为F43=2760

5、.58=345kN。12#墩临时墩11#墩临时墩10#墩图 -7 Z04-3吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为F44=5491.516=343kN。综上，单根钢管柱承受的最大压力为吊装Z04-3联时的F43=345kN，同时，考虑到工程实际中格构柱受力的不均衡性，已经吊装过程中的动荷载效应，故不均衡系数取1.2，动荷载系数取1.1，得单根钢管柱承受的最大压力为Fmax=1.2×1.1×F43=1.2×1.1×345=455.4kN。B、施工荷载施工荷载计qs=1kN/m2，桥梁平均宽度按24.5m计，按每横段均分为5片计（仅在吊装片钢箱梁段

6、存在施工荷载），所以施工荷载Ps=24.5×1kN/m5=4.9kN/m。受力模型见图 -8。图 -8 临时支柱施工荷载受力分析根据图 -8，在有限元分析模型中建立相应的模型，得到的临时柱支反力见图 -9至图 -13。12#墩1/2临时墩图9 Z04-1吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为FS41=70.88=8.85kN。临时墩12#墩11#墩图10 Z04-2吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为FS42=2.616=0.16kN。1/2临时墩12#墩临时墩11#墩图11 Z04-3吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为FS43=87.18=10.

7、9kN。临时墩10#墩12#墩临时墩11#墩图12 Z04-3吊装临时墩受力（单位：kN）单根钢管柱最大受力为FS44=2.116=0.13kN。综上，单根钢管柱承受的最大施工荷载为吊装Z04-3联时的FS43=10.9kN。C、风荷载根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012），作用于钢管柱上的风荷载按下式计算：wk=zszw0式中：z高度z处的风振系数，本工程临时墩高度15m，故取1；s形体系数，按前后双管计算，d=500mm，s=2200mm，ds=2200500=4.4，根据建筑结构荷载规范（GB50009-2012）中表8.3.1中，按内插法有s=1.08+1.111.08

8、15;4.4464=1.09；z风压高度变化系数，按高度15m、D类地面粗糙度取0.51；w0基本风压，根据附表E.5，成都市重现期R=50的基本风压为0.3kN/m2。故有wk=zszw0=1×1.09×0.51×0.30.17 kN/m2 作用在单根d=500mm钢管柱上的风压线荷载为pk=wk×d2=0.17××0.520.14kN/m作用在单根钢管柱上的弯矩为Mk=12pkl2=12×0.14×12.82=11.57kNm由此得到的单根钢管柱的支反力Fk=Mks+d=11.570.5+2.2=4.2kN故，

9、设计单桩受力为N=1.35×455.4+1.4×0.7×10.9+4.2=629.6kN，取N=630kN。(2) 刚度验算钢管500×12mm的截面特性为，Io=54797.799cm4，Ao=183.972cm2，io=17.258cm，缀条219×8mm，AL=53.03cm2，单节钢管长度l0=191cm，角取42°。如图17.1.1-1，计算弱轴x-x的刚度。Ix=4×Io+Ao×135×135=4×54797.799+183.972×7225=5535981.996cm4

10、ix=IxA=5535981.9964×183.972=86.73cm 因为本临时支柱不是完全固结的悬臂式结构，故=3，悬臂长度l=12.8+0.3+0.588=13.688m（计入纵、横梁的高度），x=lix=3×1368.8cm86.73cm=47.35 缀条柱换算长细比的计算公式为：ox=x2+40A/A1x式中，ox缀条柱换算长细比；x两分肢对虚轴的整体长细比；A整个双肢柱分肢的横截面面积，其值为A=4×183.972=735.888cm2；A1双肢柱一个节间横缀条的面积，其值为A1=4×53.03=212.12cm2；所以有：ox=47.352

11、+40×735.888÷212.12=48.8<=150， 刚度满足要求。(3) 整体稳定性验算ox=48.8，这里按c类截面考虑压杆稳定系数，查表有，y=0.783NyA=4×630kN×1030.791×73588.8mm2=43.5MPa<215MPa，整体稳定满足要求。(4) 局部稳定验算一个分肢节间长细比：0=l0i0=19117.258=11.06<0.70x=35，满足钢结构设计规范（GB50017-2017）规定，分肢局部不会先于整体失稳，不需验算分肢的局部稳定性。(5) 斜缀条验算双肢缀条柱在压力作用下屈曲后

12、，分肢中部节间将鼓出形成正弦曲线，分肢最大剪力将出现在柱顶和柱底，分肢中部节间反弯点处出现最大挠度值，但其剪力为0。Vmax=N85235235=630×485×0.775×235235=38.2kN 斜缀条为交叉对称布置，故每根缀条受力为：V1=Vmax2=19.1kN 斜缀条拉力为：T1=19.1Nsin55°=23.4kN T1A=23.4×103N5303mm2=4.5MPa<215MPa，抗拉强度满足要求。(6) 横缀条计算起吊时钢丝绳的水平分力将由横缀条来承担，横缀条当成压杆看待。临时支墩总重量约14.378t，取15t计算，

13、其设计重量Q=1.35×15=20.25t，吊装采用2点对角吊。如图-13所示。图-13 临时支柱吊运示意图将力分解到水平方向后，承担的压力约为60kN。h=li=2207.465=29.47<=150, 刚度满足要求按d类截面计算，查d类截面轴心受压构件稳定系数表有=0.8570.47×0.8570.848=0.853,T1A=60×1000N0.853×5303mm2=13.26MPa<215MPa，缀条满足稳定要求。(7) 横梁受力计算横梁的最不利受力如图-14，集中力为F=630kN。图14 最不利受力情况（单位cm）最不利工况下，主

14、梁承受最大弯矩M=Fl4=630×2.74=425.25kNm，剪力V=630×12=315kN。此时的弯曲正应力为：=MW=425.25×1062×4020×103=52.9MPa<205MPa，满足要求此时的切应力：=VSItw=310×103×2×(274×12×137+300×20×284)2×1.18×109×12×2=24MPa<120MPa，满足要求千斤顶的沿型钢的作用长度记la=450mm，则局部受压应力为：

15、c=F2latw=630×1000N2×450×12=58.3MPa<205MPa，满足要求另外，在跨中处的折算应力为：2+c2c+32ff，其中=M0W=52.9×548588=49.3MPa 因为和c异号，故f=1.2所以有：49.32+58.3249.3×58.3+3×242=68.4MPa<1.2×205=246MPa，满足要求因为bt=15020=7.5<15235fy=15，且0tw=54812=45.7<80235fy=80故需要根据构造仅设置横向加劲肋，加劲肋间距：0.5×5

16、48=274mm<a=300mm<2×548=1096mm，取12mm厚Q235钢板，见图17.1.2.7-2。(8) 纵梁计算以钢箱梁的吊装工况下会发生的最不利情况为说明，如图15所示，集中力为F=630kN。图15 纵梁受力图示按照局部承压计算，有c=F2latw=630×1000N2×（600+5×15）×12=38.9MPa<205MPa，满足要求因为bt=15015=10<15235fy=15，且0tw=27010=27<80235fy=80故需要根据构造仅设置横向加劲肋，加劲肋间距：0.5×2

17、70=135mm<a=300mm<2×270=540mm，取12mm厚Q235钢板，如图4所示。图16加劲肋尺寸（单位mm）(9) 地基受力计算钢管柱底的地基不会受拉，故不需要对锚筋进行受力计算，锚筋的作用为固定临时墩。扩大基础钢筋混凝土自重为4.5×3.5×0.3×26=122.85kN，扩大基础上部钢管桩传递的最大荷载考虑为630kN（单桩承载力最大设计值），因此，基底总荷载为F=630+122.85760kN。在扩大基础混凝土不被冲切破坏及拉裂破坏的前提下，基底应力为：=FA=4×760×1034500×3500=0.19MPa<=0.2MPa因此，基底应力满足要求（要求地基承载能力不少于200kPa）！作用在扩大基础顶面的荷载F