拱桥支架计算书和图纸.pdf

2 目 录 1 前言前言 . 3 1.1 工程概况工程概况 . 3 1.2 编制依据编制依据 . 3 2 计算过程计算过程 . 3 2.1 计算荷载计算荷载 . 3 2.2 计算工况计算工况 . 3 2.3 主纵梁支架计算主纵梁支架计算 . 4 2.3.1 荷载计算 . 4 2.3.2 顺桥向 2I25a 计算 . 4 2.3.3、钢管验算 . 5 钢管压杆稳定性验算 . 5 钢管强度验算 . 5 钢管抗倾覆稳定性验算 . 7 2.4 主拱支架计算主拱支架计算 . 8 2.4.1 荷载计算 . 8 2.4.2 2I25a 纵向分配梁计算 . 8 2.4.3 钢管验算 . 8 钢管压杆稳定性验算 . 8 钢管强度验算 . 8 钢管抗倾覆稳定性验算 . 10 2.5 副拱支架计算副拱支架计算 . 12 2.5.1 荷载计算 . 12 2.5.2 2I25a 纵桥向分配梁计算 . 12 2.5.3 钢管验算 . 13 钢管压杆稳定性验算 . 13 钢管强度验算 . 14 钢管抗倾覆稳定性验算 . 15 3 结论结论 . 16 4 附图附图 . 16 3 1 前言 1.1 工程概况 枫木互通被交道跨线桥工程主桥上部结构为结合梁钢拱组合体系拱桥， 本工程分为纵梁、主拱、副拱以及横梁等构件，其临时支架形式为钢管支架， 其布置见钢管支架布置图。钢管采用4268 钢管，钢管底采用 50cm 高砼 扩大基础，钢管顶部建立一个小平台用于各节段梁拱安放。 1.2 编制依据 公路工程技术标准 （JTGB01-2003） 公路桥涵设计通用规范 （JTGD60-2004） 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ025-86） 钢结构设计规范 （GB50017-2003） 公路桥涵施工技术规范 （JTG/TF50-2011） 建筑结构荷载规范 （GB50009-2012） 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ D63-2007） 其它相关的设计规范、规程 2 计算过程 2.1 计算荷载 a、主副拱、主梁各节段自重 b、风荷载：查建筑结构荷载规范表 E.5 雪压和风压表，得海口市 50 年一遇的0=0.75 kN/m 2。 2.2 计算工况 表表 3.5-1 工况分析表工况分析表 计算部位 计算工况 计算荷载 说明 主拱支架 顺桥向分配梁承载力 主拱自重 按集中荷载计 钢管压杆稳定性验算 主拱自重 钢管强度验算 主拱自重、风荷载 4 钢管抗倾覆验算 风荷载、钢管基础自 重 吊装时主拱结构自重对抗倾覆 有利故只需计算不吊装时抗倾 覆验算 副拱支架 顺桥向分配梁承载力 副拱自重 按集中荷载计 钢管压杆稳定性验算 副拱自重 钢管强度验算 副拱自重、风荷载 钢管抗倾覆验算 风荷载、钢管基础自 重 吊装时副拱结构自重对抗倾覆 有利故只需计算不吊装时抗倾 覆验算 主梁支架 顺桥向分配梁承载力 主梁自重 按集中荷载计 钢管压杆稳定性验算 主梁自重 钢管强度验算 主梁自重、风荷载 钢管抗倾覆验算 风荷载、钢管基础自 重 吊装时主梁结构自重对抗倾覆 有利故只需计算不吊装时抗倾 覆验算 2.3 主纵梁支架计算 2.3.1 荷载计算 主纵梁拼接时共有 20 条接缝，且当主纵梁安装完毕后，桥梁横梁、小纵梁 等荷载也将作用于主纵梁支架，故支架的受力需要考虑此部分的荷载。 各接缝支撑点荷载计算表 序号 左侧梁总重 （Kg） 右侧梁总重 （Kg） 小纵梁平均 （Kg） 合计重量 （Kg） 接缝荷载 （t） 1 26073.22 14401.5 639.42 20876.78 25.05 2 14401.5 26617.6 639.42 21148.97 25.37 3 26617.6 26617.6 639.42 27257.02 32.70 4 26617.6 13298.8 639.42 20597.62 24.72 5 13298.8 18456.3 639.42 16516.97 19.820 备注：其余接缝支撑点对称分布，荷载已考虑 1.2 恒载分项系数。 2.3.2 顺桥向 2I25a 计算 （1）受力分析 2I25a 工字钢直接放置于纵向钢管顶部，最不利为号支架，最大跨径 3.2m。2I25a 工字钢间接承受主纵梁荷载，由于单条焊缝处采用 2 根 2I25a 工 字钢承担荷载，故保守取 327/2=163.5KN 为集中力。 （2）材料力学性能参数及指标 5 I25 工字钢横梁： 46 1017.50mmI= 35 1001. 4mmW= 2 4851mmA = （3）力学计算 荷载作用下受力简化图示如下： max 163.53.2 130.8 44 PLKNm MkNm =； 6 max max 53 130.8 10 163.1203 2 4.01 10 MNmm MPaMPa Wmm ss = ，合格； 由于 2I25a 计算荷载取值均偏保守，且计算简化将均布荷载简化为集中荷 载，故实际受力小于计算荷载，结构偏安全。 2.3.3、钢管验算 钢管压杆稳定性验算 第 1、2 接缝处采用 6 根钢管支架支撑，总荷载为 25.05+25.37=50.42t， 为最不利情况。有 6 根钢管承担，则每根钢管承受轴向压力为 50.426=8.4t 钢管压杆稳定性计算表 钢管强度验算 6 根据钢结构设计规范(GB50017-2003)5.2.1 压弯构件强度计算公式： X nxnx MN f AWg (组合风荷载) N-钢管轴心压力，N =84kN（恒载已考虑 1.2 分项系数） ； n A -钢管的净截面积， 2 105.1 n Acm=； X M -风荷载产生的弯矩； x g-与截面模量相应的截面塑性发展系数，查表 5.2.1 得管型截面 x g=1.15 y g= nx w -截面模量， 63 1.0776 10 nx wmm=； f-Q235 钢材强度设计值，查表 3.4.1-1，215fMPa=。 X M 为钢管由风荷载设计值产生的弯矩，钢管为下端固结在条形基础 上，则风荷载设计值产生最大弯矩为： 2 1 0.85 1.40.85 1.4 2 XXkk MMw dh = 式中 Xk M-风荷载标准值产生的弯矩； k w -风荷载标准值； d-钢管迎风宽度即钢管直径， 426dmm= ； h-钢管高度， 6hm= 0 0.7 kzs wwm m= z-风压高度变化系数，本工程邻近海面，地面粗糙度为 A 类，离地 面高度不大于 10m，查建筑结构荷载规范 （GB50009-2012）表 8.2.1 风压高 度变化系数得z =1.28； s-风荷载体型系数，查建筑结构荷载规范表 8.3.1 风荷载体型 系数第 37 项得s =1.2； 0-基本风压 （kN/m 2） ， 查 建筑结构荷载规范 表 E.5 雪压和风压表， 7 得海口市 50 年一遇的0=0.75 kN/m 2， 故： 2 0 0.70.7 1.28 1.2 0.750.81/ kzs wwkN mm m= 所以， 22 11 0.85 1.40.85 1.40.85 1.40.81 0.426 6 22 7.39 XXkk MMw dh kNm = = 故， 36 46 84 107.39 10 13.96 1.051 101.15 1.0776 10 X nxnx MN MPa AWg =+= 215fMPa=， 满足要求。 钢管抗倾覆稳定性验算 根据 JTG TF502011公路桥涵施工技术规范9.2.3 条稳定性要求，支 架在自重和风荷载等作用下的抗倾覆稳定时，倾覆稳定系数不得小于 1.3。 K0=MW（稳定力矩）/MQ（倾覆力矩） 号支架抗倾覆最不利，验算其抗倾覆能力： 其扩大基础尺寸为，2.52.50.5m，钢管支架高度为 6m，四根钢管支架 成正方形排列，中心间距为 1.5m。 扩大基础重： 2.52.50.526=81.25kN； 钢管自重：82.564100=19.8 kN； 斜撑自重：17.254100=3.44 kN； 所以，G=81.25+19.8+3.44=104.49 kN； 稳定力矩，MW =104.492.5/2=130.6 kN.m； 依 据 以 上 对 风 荷 载 计 算k=0.7zs0=0.7 1.28 1.2 0.75=0.81kN/m 2 梁底部钢管支架高取 6m，支架迎风面积=60.4262=5.112 m 2， 该钢管支架共受力 P=0.815.112=4.14 kN； 倾覆力矩 MQ =4.146/2=12.42 kN.m； 所以，K0=MW/MQ=130.6/12.42=10.51.3 计算结果说明主梁钢管支架满足抗倾覆要求计算结果说明主梁钢管支架满足抗倾覆要求 8 2.4 主拱支架计算 2.4.1 荷载计算 单侧主拱共分 4 个节段进行拼接，主拱节段荷载见下表。 主拱节段重量表 部位 名称 数量 长(mm) 宽(mm) 高(mm) 重量 kg 主拱 节段四 4 9062 1000 1525 12791 节段三 4 11694 1000 1682 14543 节段二 4 11929 1000 1793 12968 节段一 2 11710 1000 1827 13171 取 1.2 系数后，单个接缝处支撑重量为：1.214543kg=17.5t。 2.4.2 2I25a 纵向分配梁计算 2I25a 工字钢直接放置于纵向钢管顶部，最大跨径 1.5m。2I25a 工字钢间 接承受主拱荷载，由于单条焊缝处采用 2 根 2I25a 工字钢承担荷载，故保守取 175/2=87.5KN 为集中力。此处 2I25a 工字钢计算跨径和荷载均比主梁处小，故 不重复计算，均满足要求。 2.4.3 钢管验算 钢管压杆稳定性验算 接缝荷载最大为 1.214543kg=17.5t，最高处钢管高度为 24m，为最不利 情况。有 4 根钢管承担，则每根钢管承受轴向压力为 17.54=4.375t 钢管压杆稳定性计算表 钢管强度验算 9 根据钢结构设计规范(GB50017-2003)5.2.1 压弯构件强度计算公式： X nxnx MN f AWg (组合风荷载) N-钢管轴心压力，N =43.75kN（已考虑 1.2 恒载分项系数） ； n A -钢管的净截面积， 2 105.1 n Acm=； X M -风荷载产生的弯矩； x g-与截面模量相应的截面塑性发展系数，查表 5.2.1 得管型截面 x g=1.15 y g= nx w -截面模量， 63 1.0776 10 nx wmm=； f-Q235 钢材强度设计值，查表 3.4.1-1，215fMPa=。 X M 为钢管由风荷载设计值产生的弯矩，钢管为下端固结在条形基础 上，则风荷载设计值产生最大弯矩为： 2 1 0.85 1.40.85 1.4 2 XXkk MMw dh = 式中 Xk M-风荷载标准值产生的弯矩； k w -风荷载标准值； d-钢管迎风宽度即钢管直径， 426dmm= ； h-钢管高度，2 4hm=； 0 0.7 kzs wwm m= z-风压高度变化系数，本工程邻近海面，地面粗糙度为 A 类，离地 面高度 24m,平均高度取 15m， 查 建筑结构荷载规范 （GB50009-2012） 表 8.2.1 风压高度变化系数得z =1.42； s-风荷载体型系数，查建筑结构荷载规范表 8.3.1 风荷载体型 系数第 37 项得s =1.2； 0-基本风压 （kN/m 2） ， 查 建筑结构荷载规范 表 E.5 雪压和风压表， 得海口市 50 年一遇的0=0.75 kN/m 2， 枫木互通被交道跨线桥钢梁工程 10 故： 2 0 0.70.7 1.42 1.2 0.750.89/ kzs wwkN mm m= 所以， 22 11 0.85 1.40.85 1.40.85 1.40.89 0.426 24 22 129.94 XXkk MMw dh kNm = = 故， 36 46 43.75 10129.94 10 109.11 1.051 101.15 1.0776 10 X nxnx MN MPa AWg =+= 215fMPa=， 满足要求。 钢管抗倾覆稳定性验算 根据 JTG TF502011公路桥涵施工技术规范9.2.3 条稳定性要求，支 架在自重和风荷载等作用下的抗倾覆稳定时，倾覆稳定系数不得小于 1.3。 K0=MW（稳定力矩）/MQ（倾覆力矩） 不同接缝处钢管支架之间不相互连接时验算其抗倾覆能力： 扩大基础尺寸为 2.52.50.5m，钢管支架最大高度为 24m，四根钢管支 架成正方形排列，中心间距为 1.5m。 扩大基础重： ，2.52.50.526=81.25kN； 钢管自重：82.5244100=79.2 kN； 斜撑自重：17.2512100=10.32 kN； 所以，G=81.25+79.2+10.32=170.77 kN； 稳定力矩，MW =170.772.5/2=213.46 kN.m； 依 据 以 上 对 风 荷 载 计 算k=0.7zs0=0.7 1.42 1.2 0.75=0.89kN/m 2 钢管支架高取 24m，支架迎风面积=240.4262=20.448 m 2， 该钢管支架共受力 P=0.8920.448=18.2 kN； 倾覆力矩 MQ =18.224/2=218.4 kN.m； 所以，K0=MW/MQ=213.46/218.4=0.9771.3 计算结果说明不同接缝处钢管支架之间不相互连接时验算其抗倾覆能力不 满足要求。 11 采取措施：把主拱的第支架与副拱的第支架在第二层平联斜撑处联 接成整体。再对其整体抗倾覆验算 扩大基础尺寸为 2.52.50.5m，钢管支架高度按最高 24m 计，重心到最 近的边距离 8.6153=2.87m 扩大基础重：2.52.50.5263=243.75kN； 钢管自重：82.52412100=237.6 kN； 斜撑自重：17.2（528+90）100=39.56 kN； 所以，G=243.75+237.6+39.56=520.91 kN； 稳定力矩，MW =494.512.871=1495.7 kN.m； 依 据 以 上 对 风 荷 载 计 算k=0.7zs0=0.7 1.42 1.2 0.75=0.89kN/m 2 梁底部钢管支架高取 24m，支架迎风面积=240.4266=61.344 m 2， 三组支架共受力 P=0.8961.344=54.6 kN； 倾覆力矩 MQ =54.624/2=655.15 kN.m； 所以，K0=MW/MQ=1495.7/655.15=2.281.3 计算结果说明三组钢管支架联成整体满足抗倾覆要求计算结果说明三组钢管支架联成整体满足抗倾覆要求 再对主拱孤立的号支架对其抗倾覆验算： 扩大基础尺寸为 2.52.50.5m，钢管支架高度 15m。 扩大基础重： 2.52.50.526=81.25kN； 12 钢管自重：82.5154100=49.5 kN； 斜撑自重：17.254100=3.44 kN； 所以，G=81.25+49.5+3.44=134.19 kN； 稳定力矩，MW =134.192.5/2=167.7 kN.m； 依 据 以 上 对 风 荷 载 计 算k=0.7zs0=0.7 1.28 1.2 0.75=0.81kN/m 2 梁底部钢管支架高取 24m，支架迎风面积=150.4262=12.78 m 2， 三组支架共受力 P=0.8112.78=10.35 kN； 倾覆力矩 MQ =10.3515/2=77.63 kN.m； 所以，K0=MW/MQ=167.7/77.63=2.161.3，满足要求。 则说明主拱支架均满足抗倾覆要求。 则说明主拱支架均满足抗倾覆要求。 2.5 副拱支架计算 2.5.1 荷载计算 单侧副拱共分 4 个节段进行拼接，副拱节段荷载见下表。 主拱节段重量表 取 1.2 系数后，单个接缝处支撑重量为：1.25678kg=6.81t。 2.5.2 2I25a 纵桥向分配梁计算 （1）受力分析 2I25a 工字钢直接放置于纵向钢管顶部，最大跨径 4.4m。2I25a 工字钢间 接承受副拱荷载，由于单条焊缝处采用 2 根 2I25a 工字钢承担荷载，故保守取 68.1/2=34KN 为集中力。 （2）材料力学性能参数及指标 I25 工字钢横梁： 部位 名称 数量 长(mm) 宽(mm) 高(mm) 重量 kg 副拱 拱脚节 段 4 12119 1015 930 6317.49 节段三 4 10531.75 795 902 5648 节段二 4 10608.8 861 935 5678 节段一 2 8063 1122 852 4316 13 46 1017.50mmI= 35 1001. 4mmW= 2 4851mmA = （3）力学计算 荷载作用下受力简化图示如下： max 343.2 37.4 44 PLKNm MkNm =； 6 max max 53 37.4 10 46.6203 24.01 10 MNmm MPaMPa Wmm ss = ，合格； 由于 2I25a 计算荷载取值均偏保守，且计算简化将均布荷载简化为集中荷 载，故实际受力小于计算荷载，结构偏安全。 2.5.3 钢管验算 钢管压杆稳定性验算 节段 1、2 两接缝处采用 6 根钢管支架支撑，总荷载为 6.812=13.62t， 为最不利情况。 有 6 根钢管承担， 则每根钢管承受轴向压力为 13.626=2.27t， 钢管高度为 21m。 钢管压杆稳定性计算表 14 钢管强度验算 根据钢结构设计规范(GB50017-2003)5.2.1 压弯构件强度计算公式： X nxnx MN f AWg (组合风荷载) N-钢管轴心压力，N =22.7kN（恒载以考虑 1.2 分项系数） ； n A -钢管的净截面积， 2 105.1 n Acm=； X M -风荷载产生的弯矩； x g-与截面模量相应的截面塑性发展系数，查表 5.2.1 得管型截面 x g=1.15 y g= nx w -截面模量， 63 1.0776 10 nx wmm=； f-Q235 钢材强度设计值，查表 3.4.1-1，215fMPa=。 X M 为钢管由风荷载设计值产生的弯矩，钢管为下端固结在条形基础 上，则风荷载设计值产生最大弯矩为： 2 1 0.85 1.40.85 1.4 2 XXkk MMw dh = 式中 Xk M-风荷载标准值产生的弯矩； k w -风荷载标准值； d-钢管迎风宽度即钢管直径， 426dmm= ； h-钢管高度，2 1hm= 0 0.7 kzs wwm m= z-风压高度变化系数，本工程邻近海面，地面粗糙度为 A 类，离地 面高度 21m,平均高度取 15m， 查 建筑结构荷载规范 （GB50009-2012） 表 8.2.1 风压高度变化系数得z =1.42； s-风荷载体型系数，查建筑结构荷载规范表 8.3.1 风荷载体型 系数第 37 项得s =1.2； 0-基本风压 （kN/m 2） ， 查 建筑结构荷载规范 表 E.5 雪压和风压表， 15 得海口市 50 年一遇的0=0.75 kN/m 2， 故： 2 0 0.70.7 1.42 1.2 0.750.89/ kzs wwkN mm m= 所以， 22 11 0.