昆安高速公路小河边下穿隧道穿越铁路架空设计计算书

昆安高速公路小河边下穿隧道穿越铁路架空设计计算书1、工程概况昆安高速公路小河边下穿隧道与既有成昆线交叉通过，全线位于直线地段，与既有成昆铁路交角 =21，本下穿隧道框架采用单箱双室结构，跨径为 216m，底板厚 1.5m，顶板厚 1.3m，箱内净高 9.5 m，外腹板厚 1.5 m，内腹板厚 1.3 m，下穿隧道长 290.5 m，共分 19 段现场预制，成昆线下穿隧道框架施工采用 B 型便梁架空既有线路后，开挖基坑，现场立模浇注框架。2、设计架空既有线路情况原设计下穿隧道穿越铁路处采用 524 米 D 便梁，两端再采用纵横工字钢梁上架设枕木及钢轨作为配跨梁架空既有线路，在线路两侧用挖孔桩（2.01.5）m 作支墩，作为线路第一次架空方案，然后施工 6、8 、10、12 号段框构，待此框构钢筋砼强度达到 100%后，将 D 便梁支点转移到 6、8、10、12 段框构上，重新沿铁路线路方向纵移 D 便梁及搭设配跨梁，将支点落在已预制好的框构上，在支点下的框构内设置万能杆件支撑，完成既有铁路的二次架空，拆除挖孔桩支柱，立模浇注7、9、11、13 号节段。3、优化后采用的架空既有线路方案下穿隧道穿越铁路处采用 524 米 B 型便梁架空线路，接头处采用底部用下拼接板及高强螺栓连接的非连续结构或采用上、下拼接板及高强螺栓连接的连续结构方案进行选择，在线路两侧用挖孔桩（2.01.5）m 作支墩，每个支墩采用单支座或双支座，完成第一次线路架空；然后施工 6、8 、10、12 号段框构，待此框构钢筋砼强度达到 100%后，将已连续后的 B 型便梁支点转移到 6、8、10、12 号段框构顶两端的混凝土支墩上，支墩下的框构内采用两根 500mm 大号钢管支撑顶板，拆除第一次线路架空用的挖孔桩支墩，完成 B 型便梁第二次线路架空；然后施工7、9、11、13 号框构，待上述框构钢筋砼强度到 100%后，完成架空既有铁路段的基坑回填及轨道填渣，然后拆除 B 型便梁及钢支墩，完成架空既有铁路的工作。4、优化后穿越铁路架空设计计算4.1、工况一：第一次线路架空 B 便梁连续梁结构设计计算每孔 B 便梁长 24.5m，计算跨度 24m，支座设置在距 B 便梁端 0.25m 处，横梁采用 4 型布置方式， B 便梁重 41.05T，拆除既有的木轨枕。4.1.1. B 便梁自重作用下第一次线路架空设计计算4.1.1.1 荷载计算恒载：轨道重： 260kg/m=120 kg/m24 米 B 便梁重： 1676 kg/mq=120+1676=17.96 kN/m4.1.1.2 计算模式D 便梁长 24.50m，计算跨度 l=24.0m，两梁间采用盖板拼接板形成连续结构，连接处设单支座，取两跨连续梁进行计算。4.1.1.3 计算结果RA 恒 =161.6KNRB 恒 =538.8KNRC 恒 =161.6KNMB(max)=1293KN/m (上部受拉)QB(max)=269.4KN4.1.2.B 便梁活载作用下第一次线路架空设计计算采用中华人民共和国铁路标准活载的普通中-活载图示，由中-活载图任意截取一段荷载对第一次线路架空结构进行设计计算4.1.2.1、计算模式当列车中-活载运行到如下图位置时，两 B 便梁连接支座处所受到的支座反力、弯矩及剪力最大。CB任:mA 24024017.96KN/m405*1=724024030650 20KN20K80KN/m CB任:mA92KN/m4.1.2.2 计算结果RA =747.5KNRB =3086.3KNRC=789.7KNMB(max)=6932.2KN-m (上部受拉)QB(max)=1382KN4.2、工况二：第二次线路架空 B 便梁连续梁结构设计计算第一次线路架空施工完 6、8 、10、12 号段框构后，将已连续后的 B 型便梁支点转移到 6、8、10、12 号段框构顶两端的钢支墩上，支点设单支座，计算跨度为 9.5及 15m 两种。4.2.1. B 便梁自重作用下第二次线路架空设计计算4.2.1.1 荷载计算恒载：轨道重： 260kg/m=120 kg/m24 米 B 便梁重： 1676 kg/mq=120+1676=17.96 kN/m4.2.1.2 计算模式 5*1.30任 20KN20K80KN/m 任:m92KN/mD 便梁计算跨度 l=9.5m 及 15m 两种，两梁间采用盖板拼接板形成连续结构，支点转换处设单支座，取三跨连续梁进行计算。 950150950B DC任:mA7.96KN/m4.2.1.3 计算结果RA 恒 =54.1KNRB 恒 =251.3KNRC 恒 =251.3KNRD 恒 =54.1KNM 接 =208.2KN-m (下部受拉)QB= QC=134.7KN4.2.2.活载作用下第二次线路架空 B 便梁连续梁支点反力计算4.2.2.1、计算模式当列车中-活载运行到如下图位置时， B 便梁连续梁支点转换后支座所受的支点反力及剪力最大。 950150950*125*20KNB DC任:mA7.96KN/m4.2.2.2 计算结果RA =231.6KNRB =1491KNRC=607.3KNQB(max)=848.1KN4.2.3、活载作用下第二次线路架空.B 便梁连续接点处最大弯距计算4.2.3.1、计算模式当列车中-活载运行到如下图位置时， B 便梁连续梁支点转换后连续接点处所受的弯距最大。 5*1014509509*2KNDC任:mA7.96KN/m4.2.3.2 计算结果M 接 =1761.3KN-m (下部受拉)4.3、工况三：第一次线路架空 B 便梁简支结构设计计算由于 B 便梁设计计算时按简支考虑，并经过实践检验，各种受力均能满足要求，检算省略。4.4、第一次线路架空 B 便梁连续梁支点支承加劲肋计算由工况一计算知，恒载及活载作用下，最大支座反力均发生在支座 B 处，其支座反力分别为R 恒 =538.8KNR 活 =3086.3KN由于列车运行速度为 45km/h， 列车冲击系数 4375.1208142L每侧便梁支座所受支点反力 R=(538.8+1.43753086.3)/2=2487.7 KN在既有加劲肋的基础上，选用 412020mm 的 16Mn 钢板。4.4.1、支承面的承压强度计算120*（ ） 钢 板 1302425243046320承压面积 A=（9012+9020）4=11520mm 2承压强度 c= dc=300Mpa 可MPaAN115207.834.4.2、支承加劲肋的稳定计算1- 剖 面 图11 立 面 图120*钢 板120*钢 板 1220 12015*2=18015*2=180 12单 位 ： m130951495支承加劲肋为多个十字形截面的特殊杆件。Am=4（12120+20120）+（95+14+95+21512）12=21168 mm 2Ix =16003008（2+10/ )120(201)201(21 33 3）=85349376 mm4rx= mAIm5.6321859714.0.0x897.0可MPaMPaN 4.19244.4.3、支承加劲肋连接角焊缝计算梁端支反力系通过加劲肋与腹板的连接角焊缝传给加劲肋与腹板，加劲肋与腹板用 16 条焊缝连接，=12mm 及 =20mm 钢板焊缝各为 8 条，其中 =12mm 钢板的焊脚尺寸 hf=6mm，每条焊缝的计算长度 lf=1300-224-230-25=1182mm50h f=506=300mm=12mm 钢板焊缝的有效长度按 lf=300mm 计=20mm 钢板的焊脚尺寸 hf=10mm，每条焊缝的计算长度 lf=1300-224-230-25=1182mm50h f=5010=500mm=20mm 钢板焊缝的有效长度按 lf=500mm 计=65.4MPa =120Mpa )501306(87.0.247.03nhNf 可4.5、第二次线路架空 B 便梁连续梁支点承压计算由工况二计算知，恒载及活载作用下，最大支座反力均发生在支座 B 处，其支座反力分别为R 恒 =251.3KNR 活 =1491KN列车冲击系数 4375.1208142L每侧便梁支座所受支点反力 R=(251.3+1.43751491)/2=1197.3 KN在对支点下的既有加劲肋接长到 B 便梁下翼缘的基础上，每个支点下选用 412012mm 的 16Mn 钢板作加强肋。4.5.1、支承面的承压强度计算 2424 241268244306120*（ 20） 钢 板 0单 位 ： m承压面积 A=90126=6480mm 2承压强度 c= dc=300Mpa 可MPaAN8.14603.1974.5.2、支承加劲肋的稳定计算支承加劲肋为多个十字形截面的特殊杆件。Am=612120+（260+21512）12=16080 mm 2Ix =48009024 mm43)120(12rx= mm6.548497.1.307.0xx897.0可MPaMPaANm 4.12.5.41608.93 4.5.3、支承加劲肋连接角焊缝计算梁端支反力系通过加劲肋与腹板的连接角焊缝传给加劲肋与腹板，加劲肋与腹板用 12 条焊缝连接，其中 =12mm 钢板的焊脚尺寸 hf=6mm，每条焊缝的计算长度lf=1300-224-230-25=1182mm50h f=506=300mm=12mm 钢板焊缝的有效长度按 lf=300mm 计=79.2MPa =120Mpa 可123067197.0nhNf 1301301- 剖 面 图 11立 面 图120*钢 板 12 12015*2=8015*2=80 12单 位 ： m304.6、B 便梁连续梁接头计算采用在 B 便梁端头处加上下翼缘拼接板，并用 M32 连接， 使 B 便梁在接头形成连续梁结构。工况一情况下：MB（max） =1293（恒载）+1.4375(冲击系数)6932.2=11258KN-m工况二情况下：MB（max） =208.2（恒载）+1.4375(冲击系数)1761.3=2740KN-m所以， 工况一控制 B 便梁连续梁接头设计.32m钢 板32m钢 板460812 50303050 63937493635656401204 40148505010450505252上 翼 缘 拼 接 板下 翼 缘 拼 接 板 32120*（ 20） 钢 板 13024125243030460单 位 ： m4.6.1、工况一情况下 B 便梁连续梁接头处截面强度计算单 位 :mB便 梁 接 头 截 面B便 梁 端 头 截 面713.5586. 728.5635. 3232320 460130下 翼 缘 拼 接 板上 翼 缘 拼 接 板 40130242524460y 下(端) = =586.5mm2460125430 12)()12(430 Ix(端) = 32323 246015)65.71()15.7(2401 =9.5109mm46)5.8(2y 下(接) = =635.5mm3260416)1(30Ix(端) = 323 246013)5.(4)5.78(21 =1.2151010mm44.6.1.1、工况一情况下 B 便梁连续梁端头截面强度计算MB（max） =11258KN-mIx(端) = 9.5109mm4y=713.5mm= M B（max） y/ Ix(端) =11258106713.5/(9.5109)=845.5MPa w=210MPa不可4.6.1.2、工况一情况下 B 便梁连续梁接头截面强度计算MB（max） =11258KN-mIx(端) = 1.2151010mm4y=728.5mm= M B（max） y/ Ix(端) =11258106728.5/(1.2151010)=675MPa w=210MPa不可通过以上计算可知，工况一情况下，B 便梁连续梁接头处副弯距太大，导致现接头连接方法无法满足弯距应力的要求，而 B 便梁为定型产品，改动过大既不经济，供货方也不同意，对此，第一次线路架空拟采用简支结构，即工况三方案，工况二情况下拟采用连续结构的施工方案。4.6.2、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处截面强度计算工况二情况下：M 接（max） =208.2（恒载）+1.4375(冲击系数)1761.3=2740KN-m4.6.2.1、工况二情况下 B 便梁连续梁端头截面强度计算M 接（max） =2740KN-mIx(端) = 9.5109mm4y=713.5mm= M 接（max） y/ Ix(端) =2740106713.5/(9.5109)=205.8MPa w=210MPa可4.6.2.2、工况二情况下 B 便梁连续梁接头截面强度计算MB（max） =2740KN-mIx(端) = 1.2151010mm4y=728.5mm= M 接（max） y/ Ix(端) =2740106728.5/(1.2151010)=164.3MPa w=210MPa可4.6.3、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处下翼缘拼接板螺栓群计算螺栓群所受到的轴向力 N=A=164.310 646032=2418496N=241.85T4.6.3.1、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处螺栓个数计算接头螺栓采用 M30 摩擦型高强度螺栓，材质为 40Cr，根据设计院提供的数据，其单剪时单栓承载力为N L1=24 吨.按内力法计算每块拼接板连接需要的高强度螺栓数 n=241.85/24=10.1 个取 n=12 个4.6.3.2、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处拼接板净截面强度计算AJ=52032-43132=12672mm2拼接板受到的轴向力 N= 241.85T其最大应力 =N/ A J=241.85104/12672=190.86 MPa=200MPa可4.6.4、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处上翼缘拼接板螺栓群计算螺栓群所受到的轴向力 N=A=164.310 646032=2418496N=241.85T4.6.3.1、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处螺栓个数计算接头螺栓采用 M30 摩擦型高强度螺栓，材质为 40Cr，根据设计院提供的数据，其单剪时单栓承载力为N L1=24 吨.按内力法计算每块拼接板连接需要的高强度螺栓数 n=241.85/24=10.1 个取 n=12 个4.6.3.2、工况二情况下 B 便梁连续梁接头处拼接板净截面强度计算AJ=52032-43132=12672mm2拼接板受到的轴向力 N= 241.85T其最大应力 =N/ A J=241.85104/12672=190.86 MPa=200MPa可4.7、支墩计算二次支点转换后 B 型便梁下支墩采用 C30 混凝土立柱，线路纵向 1.5m，横向按1.0m 宽支墩计算，最大支墩高 3.2m，支墩上设防横移型钢。由 4.5 项第二次线路架空 B 便梁连续梁支点承压计算知，每侧便梁支座所受支点反力 R=N=(251.3+1.43751491)/2=1197.3 KNfc=15N/mm282.301bl查表得:=1.0 c= 满足要求223 /15/.015.97mNfcmNAN4.8、箱内支撑计算箱内支点下采用 500 大号钢管支撑，钢管壁厚 10mm，自由长度 4m，箱顶支点传下的力为 N=1197.3+11.5243.2=1312.5KN每个支点在箱内设二根钢管单位:m