陕西某特大桥盖梁施工计算书.doc

丹江特大桥18#-33#盖梁施工计算书1.工程简介：丹江特大桥18#-33#盖梁示意图如下：，19#-33#最大墩高：41.1m18#盖梁混凝土方量为：112.8方，横坡2% 19#-33#盖梁混凝土方量为：102.5，最大横坡6%2.施工方案简述：1. 依靠上下两个抱箍与墩柱之间的静摩擦力来承受全部竖向荷载. 抱箍高度为105cm,钢板厚度为2cm.每个抱箍依靠36个m30高强螺栓连接.2. 盖梁该梁支架为全钢结构，支架支撑于桥墩两抱箍的牛腿上，两抱箍的中心高差4.8m。支架上弦杆采用56b工字钢，弦杆总长15.2273m并考虑6%单向横坡；下弦杆采用350175h型钢；斜杆i和竖杆i采用350175h型钢，受横坡影响，两侧斜杆分别长6.2679m和7.375m，两侧竖杆分别长4.698m和4.902m；支架每根横担均采用两个上下50a工字钢形成组合型钢截面；其它各连接杆件为对抱14b槽钢。支架施工方案见图1。3. 盖梁支架上的横耽用350175h型钢，间距1.5m。4. 荷载数据：按最不利工况考虑：（最不利工况指：103方混凝土，盖梁钢筋，模板全部作用在盖梁支架及抱箍上，风力5吨。）（1）、配套设施：1 t（2）、砼重：103*2.4=248t（3）、钢筋重：5t（4）、模板重：10t（5）、支架重：15t合计：280t 验算荷载按照330吨计算。荷载安全系数为330/280=1.17荷载传递路径：摩擦力节点力线均布荷载面均布荷载盖梁混凝土-横耽- 盖梁支架-抱箍-墩柱5. 验算重点：1.） 抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求；2.） 盖梁支架的强度及空间稳定；3.） 盖梁支架上的横耽是否满足荷载要求。下面就以上三个问题分别进行验算。.3. 抱箍与墩柱之间的静摩擦力是否满足竖向荷载要求验算：3.1 36个m30高强螺栓连接的抱箍能够承受荷载计算如下:抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即f=fn式中f抱箍与墩柱间的最大静摩擦力；n抱箍与墩柱间的正压力；f抱箍与墩柱间的静摩擦系数。 而正压力n与螺栓的预紧力是对平衡力，根据抱箍的结构形式，每排螺栓个数为9，左右共4排，则螺栓总数为36个，若每个m30螺栓预紧力为f1取250kn（现场用电动扭矩扳手控制），则抱箍与墩柱间的总正压力为n36250=9000 kn。钢板加橡胶垫后与混凝土间的摩擦系数为0.30.4，取f0.3一个抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为ffn9000*0.32700kn (270吨)根据上面的结构形式,两个抱箍连成整体共同承受330吨的荷载,每个抱箍平均承受165吨。3.2 抱箍尺寸验算： 1）抱箍钢板高度螺栓中心间距：a.最大允许距离12d，经计算得12*30=360mmb.最小允许距离3d，经计算得3*30=90mm取螺栓中心间距为100mm螺栓中心至边缘距离：a.最大允许距离4d=430=120mmb.最小允许距离1.5d=1.530=45mm取螺栓中心至边缘距离为100mm按照n=4计算，抱箍钢板高度为500cm抱箍钢板高度取50 cm。2）抱箍钢板厚度根据抱箍钢板的抗弯、抗剪强度反算钢板厚度拟取3号钢板。a)取钢板高度为50cm进行验算， 其抗剪强度设计值fv106mpa其抗弯强度设计值175mpa螺栓最大设计拉力f537kn（试验提供）螺栓产生的应力为175mpa则钢板厚度t17.5mm。最大剪力q2产生的应力为fvfv=106mpa则钢板厚度t5.1mm。现取钢板厚度t=18mm。b)取钢板高度为30cm进行验算，则其抗剪强度设计值fv125mpa螺栓最大设计拉力p3p，经计算得273.9kn则螺栓产生的应力为125mpa则钢板厚度t4.4mm。最大剪力q2产生的应力为fvfv=125mpa则钢板厚度t2.8mm。现取钢板厚度t=18mm。4 盖梁支架结构强度及稳定性验算：支架各类杆件截面特性表杆 件a(cm2)ixx(cm4)iyy(cm4)56b工字钢146.58685031423.8350175h型钢63.661370098514b槽钢21.32609.461.21.支架结构概述该梁支架为全钢结构，支架支撑于桥墩两抱箍的牛腿上，两抱箍的中心高差4.8m。支架上弦杆采用56b工字钢，弦杆总长15.2273m并考虑6%单向横坡；下弦杆采用350175h型钢；斜杆i和竖杆i采用350175h型钢，受横坡影响，两侧斜杆分别长6.2679m和7.375m，两侧竖杆分别长4.698m和4.902m；支架每根横担均采用两个上下50a工字钢形成组合型钢截面；其它各连接杆件为对抱14b槽钢。支架施工方案见图1。(a) 支架立面图(b) aa剖面图(c) bb剖面图图1 盖梁支架施工方案图2.计算参数为确保盖梁支架在施工中的安全，采用大型商用有限元分析软件midas进行此结构进行计算。各计算参数取值如下： 钢的弹性模量es=2.1105mpa钢密度=7850kg/m3 计算荷载按330t计(由施工方提供) 计算荷载工况：l 恒载(自重)l 恒载+施工荷载(330t)+风荷载(5t)l 恒载+偏载(10t)3.计算模型图2 支架三维有限元模型图3 计算模型各杆件连接情况计算模型说明：整个盖梁支架采用空间梁单元模拟，受载面内各杆件间连接全部采用刚结处理；受载面外，除保证横担与上弦杆刚结外，其余各杆件连接按铰接处理。4.计算结果4.1工况一图4 支架变形图(dmax=3.322 mm)图5 支架反力图(w总=14.5 t)4.2工况二图6 模型计算受载及边界条件4.2.1静力计算图7 上弦杆的弯矩图(mmax=16.944 tm)图8 上弦杆的轴力图(nmax=39.852 t)图9 上弦杆的剪力图(qmax=20.025 t)图10 上弦杆的mises应力图(max=112.801 mpa)图11 斜杆i、下弦杆和竖杆i的弯矩图(mmax=1.674 tm)图12 斜杆i、下弦杆和竖杆i的轴力图(nmax=53.291 t)图13 斜杆i、下弦杆和竖杆i的mises应力图(max=118.008 mpa)图14 上横担的弯矩图(mmax=61.479 tm)图15 上横担的轴力图(nmax=8.440 t)图16 上横担的剪力图(qmax=43.890 t)图17 上横担的mises应力图(max=131.789 mpa)4.2.2稳定计算图18 第一阶面外失稳(稳定安全系数9.77)图19 第二阶面外失稳(稳定安全系数9.83)4.3工况三图20 模型计算受载及边界条件4.3.1静力计算图21 上弦杆的mises应力图(max=50.017mpa)图22 斜杆i、下弦杆和竖杆i的mises应力图(max=49.582 mpa)图23 上横担的mises应力图(max=31.429 mpa)4.3.2稳定计算图24 第一阶面外失稳(稳定安全系数20.95)图25 第一阶面外失稳(稳定安全系数21.20)5.结论与建议5.1 结论 静力计算l 整个钢支架的总重量为14.5t。l 在荷载工况1作用下(自重)，支架的最大变形为3.3mm；在荷载工况2作用下，支架的最大变形为9.5mm。l 在荷载工况2作用下，上弦杆的最大应力为112.8mpa，出现在上弦杆与横担相接处。l 在荷载工况2作用下，横担的最大应力为131.8mpa，出现在横担与抱箍牛腿相接处。l 在荷载工况2作用下，斜杆i、下弦杆和竖杆i的最大应力为118mpa，出现在斜杆i与下弦杆相接处。 稳定计算l 在荷载工况2作用下，支架的第一阶失稳模态为支架构件局部失稳，稳定安全系数为9.77。l 在荷载工况2作用下，支架的第一阶失稳模态为支架构件局部失稳，稳定安全系数为20.95。5.2 施工中应该注意事项：l 计算表明，支架结构的最大压应力出现在弦杆与短斜杆相接处。为降低该处的应力值，在弦杆上布置横担时，应将最外侧横担尽可能靠内摆放。l 由支架轴力图可知，最大轴力出现在长斜杆的中部，可在该长度范围内h型钢的两侧焊接封板以提高截面刚度。l 计算表明，横担在抱箍牛腿处要承受较大的集中反力，为确保横担工字钢的腹板不出现局部失稳，施工时应对该位置工字钢的腹板予以局部加强l.5.盖梁支架上的横耽是否满足荷载要求验算：一横耽上承受荷载1、 活载（主要是工人行走形成活载，忽略不计）2、 恒载（1）、其他配套设施：1 kn/m（2）、砼重：2830kn/15.2m=186.18kn/m（3）、钢筋重：50kn/15.2m=3.29 kn/m（4）、模板重：80kn/15.2m=5.26 kn/m二槽钢数量及间距计算每个横耽承受的荷载： （1）、q=1+186.18+3.29+5.26=195.73kn/mq：为恒载之和沿盖梁15.2米长度上的均布线荷载盖梁模板下每平方米上的均布荷载为：（195.73 *15.2）/15.2/3.4=57.6 （kn/m2）假设需要n个横耽，每个横耽承受的荷载为：（3.4*11.8/n）*57.6=2311/n （kn）在盖梁横向上可以将横耽受力等效为简支梁受均布荷载 每组横耽承受的线均布荷载q为：（2311/n）/3.6=642/n每组横耽跨中最大弯矩：m=ql2/8=（642/n）*3.6*3.6/8=（1040/n）kn*m若间隔1.5m布置一个横耽，并且在靠近墩柱附近加密4根，则n=11.8/1.5+4=12m0=1040/12=87 kn*m选用350*175h型钢材作为横耽，其所能承受的最大弯矩为：350*175h型钢材的截面抵抗矩为：782cm3m =w*w=782*103mm3 *145*10-6=113.4 kn*m则m0=87 kn*m113.4 kn*m 满足应力要求。剪力经过验算，同样满足应力要求。结论：间隔1.5m布置一个350*175h型钢横耽，并且在靠近墩柱附近加密4根，满足施工要求。施工要求：1. 工人在支架上施工，可以考虑将安全带连接在盖梁钢筋上，因为盖梁钢筋与墩柱预埋钢筋直接焊接，是在整个临时支架系统之外，安全系数较高，即使整个支架失稳后，盖梁钢筋亦不会与架子同时掉下。2. 整个结构必须在低处进行模拟预压后才能施工3. 支架的尺寸与连接必须保证严格按照图纸施工，以保证实际受力情况与理论计算吻合。4. 需要试验5. 考虑风力，偏载6. 试验时做好详细的试验记