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沪杭客运专线横潦泾特大桥121#墩0#块现浇平台结构结构检算计 算：复 核：室 主 任：总工程师：中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部二OO九年十月目 录一、概述1二、计算依据1三、基本资料1四、现浇平台支架主要计算过程24.1计算相关参数及假定24.2支架纵梁34.3柱顶分配梁计算74.4管柱支架计算84.5节点及预埋件的计算17五 模板桁架系统计算215.1箱梁外侧模板计算215.2箱梁外侧模桁架计算245.3箱梁底模板计算30六、计算结论33一、概述横潦泾特大桥属于沪杭客运专线2标项目，位于上海市松江区。标段起讫里程DK31+267.745DK46+532.240，全长15.3Km。横潦泾特大桥采用5墩4跨连续梁结构，墩号为119#123#，里程为DK35+287DK35+709，跨径布置为75+135+135+75m，其中121#墩位于水中，两中跨以62斜交过横潦泾。121#墩0#块施工平台分为拼装平台和现浇平台两部分。拼装平台下部为钢管桩（柱）支架，钢管支架采用100012钢管桩、80010柱（承台处），之间的连接系采用30010钢管；上部采用焊接箱型分配梁连接并作为滑道。现浇平台下部为钢管柱支架，钢管支架采用80012钢管柱、柱间连接系采用3758、50012钢管和58014钢管；现浇平台上的分配梁截面与拼装支架桩顶分配梁相同，两平台支架相应位置的桩顶分配梁位于同一高程。0#块施工时，先在拼装平台的分配梁上布置滑梁，将HN800300支架纵梁按设计位置摆放在滑梁上，形成稳固的平台，在平台上布置模板及钢筋。再在拼装好的主体钢筋骨架中设置临时内支撑和劲性骨架，以增强其整体稳定性。最后由拖拉装置牵引滑梁及以上部分，从拼装平台一次滑移到现浇平台设计位置。二、计算依据1、横潦泾特大桥主体结构设计图2、横潦泾特大桥施工组织设计3、公路桥涵设计通用规范JTG D60-20044、钢结构设计规范GB50017-20035、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）三、基本资料1、设计水位：根据委托方提供的水文资料确定钻孔施工期间水位标高取百年一遇水位.+2.6米。2、材料：均采用Q235B；由于平台为临时结构，Q235B钢材弯曲允许应力取170MPa，剪切允许应力取100MPa。3、荷载：现浇支架上的模板系统140t；0#块总重量2200t，墩顶范围内重量（未含模板系统）约500t，两侧支架承受的重量约2200-500=1700t。4、支架按10级风设防，最大风速按28.4m/s考虑。四、现浇平台支架主要计算过程4.1计算相关参数及假定 （1）121#块现浇支架平面布置如下图1所示：图1 现浇支架布置图（2） 支架纵梁受力分为两种工况：滑移拼装状态和混凝土浇注状态，滑移拼装状态受力较小，不起控制作用。由于墩顶范围内重量通过墩顶支垫直接传至墩身，混凝土浇注状态时，支架纵梁不再承受此部分荷载。（3） 0#块施工完成后，支架要作为墩梁固结的构造措施，需要在管柱支架外排钢管柱内灌注混凝土。经计算，不平衡力矩经主体单侧腹板产生的竖向力为750t。此时支架下部结构处于最不利状态，需进行强度和整体稳定性验算。4.2支架纵梁支架纵梁的布置如下图2所示。浇注状态时，箱梁和内外侧模系统荷载通过支架纵梁向下传。分块计算各纵梁受力。为简化计算，施工时混凝土及施工荷载以线荷载形式作用于支架纵梁。各纵梁上的线荷载计算如下（R1为纵梁1在柱顶分配梁处反力，其它类推）：图2 现浇平台支架纵梁布置图图3 现浇平台支架纵梁计算简图纵梁1处均布线荷载：Q1=Q2=Q3=2.5kN/1.5m=3.75kN/m纵梁2处均布线荷载：Q1=Q2=26.5kN/m31.13+17.2kN/m2+2.5kN/1.0=41kN/mQ3=26.5kN/m33.7+17.2kN/m+2.5kN/0.5=116.5kN/m(17.2kN/m为单侧模板及桁架的线荷载)纵梁3处梯形线荷载：Q1=1.87kN/8.56m2+26.5kN/m33.67=105.5kN/mQ2=1.87kN/9.46m2+26.5kN/m34.07=116.7kN/mQ3=26.5kN/m36.9=182.9kN/m纵梁4处梯形线荷载：Q1=26.5kN/m33.43=90.9kN/mQ2=26.5kN/m33.79=100.4kN/mQ3=26.5kN/m33.95=104.7kN/m纵梁5处梯形线荷载：Q1=0.97kN/6.8m+26.5kN/m32.64=76.6kN/mQ2=0.97 kN/7.5m+26.5kN/m32.88=83.6kN/mQ3=0.97 kN/8.04m+26.5kN/m32.25=67.4kN/m纵梁6处梯形线荷载：Q1=0.94kN/1.25m2+26.5kN/m31.96=54.3kN/mQ2=0.94kN/1.25m2+26.5kN/m32.17=59.9kN/mQ3=0.94kN/1.25m2+26.5kN/m32.38=65.4kN/m纵梁7处梯形线荷载：Q1=0.94kN/1.25m2+26.5kN/m31.85=51.4kN/mQ2=0.94kN/1.25m2+26.5kN/m32.05=56.7kN/mQ3=0.94kN/1.25m2+26.5kN/m32.28=62.8kN/m取纵梁3计算，计算结果如下图36所示：图3 支架纵梁3剪力图(kN)图4 支架纵梁3弯矩图(kNm)图5支架纵梁3竖向位移图（mm）图6支架纵梁3组合应力图(kPa)其它纵梁的计算结果如下表所示名 称最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）最大应力（MPa）最大挠度（mm）支反力（kN）纵梁126.321.83.70.2R内=33.5R外=39.4纵梁2195.1161.527.41.0R内=325R外=292.7纵梁3493.3423.569.42.7(跨中)1.9（悬臂）R内=756.9R外=757.2纵梁4426.2365.5602.3(跨中)1.6(悬臂）R内=599.6R外=653.7纵梁5360.1307.350.71.9(跨中)1.4（悬臂）R内=480.9R外=550.6纵梁6258.3221.336.11.4(跨中)1.0（悬臂）R内=365.4R外=396纵梁7245209.834.51.3(跨中)1.0（悬臂）R内=347.4R外=375.6计算中纵梁结构计算软件已经将自重计入，以上计算中材料容许应力=170MPa跨中最大容许最挠度f=L=14.1mm悬臂端最大容许挠度f=L=15mm计算表明纵梁的强度和刚度均达到要求。4.3柱顶分配梁计算分配梁采用BH=650500的焊接箱梁，翼缘厚度30mm宽500mm，2道腹板每道厚30mm，腹板中心间距300mm,材质为Q345B。将纵梁上的支反力作用到桩顶分配梁。截面几何特征值如下：，柱顶分配梁的最不利荷载产生于混凝土浇筑工况，取支架纵梁的支反力作用在柱顶分配梁上。墩身一侧内、外柱顶分配梁荷载布置和计算模型如下图7所示。图7 柱顶分配梁荷载及计算模型（kN）经比较，内外侧分配梁中最不利计算结果如下图8、9所示：图8 分配梁组合应力图（KPa）图9 分配梁挠度图（mm）计算中纵梁结构计算软件已经将自重计入。通过计算得到混凝土浇筑工况，桩顶分配梁上的最大应力为67.1MPa，跨中最大挠度为0.1mm，悬臂最大挠度为2.7mm。材料容许应力=230MPa跨中最大容许挠度f1=L=7.5mm 悬臂端最大容许挠度f2=L=23mm计算表明纵梁的强度和刚度均达到要求。计算得到墩身单侧支架支点反力如下表所示：柱顶分配梁支点反力表位置外侧柱顶(kN)内侧柱顶(kN)外侧柱顶(kN)外排柱顶2558.5681.42558.5内排柱顶2485.3543.22485.34.4管柱支架计算建立管柱支架空间模型，柱顶分配梁和支架在支点位置处用弹性连接。竖向力作用到柱顶分配梁上，水平风力分别作用到钢管支架管柱顶部和中间位置，得到整体计算模型，如下图10所示：图10 管柱支架计算模型图（KN）4.4.1计算工况及荷载（1）根据0#块的施工过程，管柱支架的计算考虑以下两种工况：工况一：现浇自重+10级风工况二：墩梁固结时，不平衡力矩在柱顶产生竖向力的作用（2）现浇自重荷载计算现浇自重荷载直接作用到上部柱顶分配梁，其值见柱顶分配梁模型。（3）十级风荷载计算考虑施工时横桥向十级风作用，按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第4.3.7条，风荷载标准值计算公式为：Fwh=K0K1K3WdAwh。（其中Wd=K22K52W0）取10级风时上海地区的设计基本风压风速高度变化修正系数，模板按20m高度k2=1.12，钢管柱按10m高度k2=1.0；阵风风速系数k5=1.38（按B类地表设计）；施工期架设期桥梁k0=0.75；临时结构，模板结构风阻力系数k1=1.3，钢管柱结构风阻力系数k1=0.5；特殊风口地区，取地形地理条件系k3=1.3。钢管柱支架遮挡系数。对模板系统：模板系统上的风力作用点简化到内、外侧柱顶分配梁上，再由钢管排架的三根柱均匀承受。则作用在内外排柱顶的总风力：F外=WAwh1=143864.02=92kNF内=WAwh2=143884.6=122kN对钢管柱支架结构：。钢管柱的风力作用点简化到内、外侧柱高中心，再由钢管排架的三根柱均匀承受。则作用在内外排柱高中心的总风力：F外=F内=WAwh2=44144.72=21kN（4）墩梁固结时竖向荷载 由墩梁固结措施可知，不平衡力矩经主体单侧腹板产生的竖向力为7500kN。0#块支架中外排两侧钢管混凝土刚度大，计算时视为仅外侧两侧主桁片受力，简化成平面受力体系下图11所示：图11 墩梁固结时管柱支架受力图（kN）4.4.2工况一计算：混凝土浇注+10级风4.4.2.1工况一计算结果支架外排两侧斜柱(共4根)灌注混凝土，作为墩梁固结的构造措施，0#块施工时已经参与受力。经计算此工况下管柱支架结果如下图1215所示；11图12 管柱支架组合应力图（KPa）图13 管柱支架管柱竖向位移图（mm）图14 管柱支架管柱内力图（kN）图15 管柱支架屈曲稳定计算图34经计算，管柱最大组合应力为128.2MPa170Mpa；压杆屈曲稳定计算的最小值为80.2，其强度和稳定性均达到要求。管柱支架中外排800钢管混凝土最大压力为3111.1kN，;与墩梁固结相比，此内力组合不起控制作用，故不再验算。内排800钢管最大压力为1429.1kN，580钢管水平管最大拉力为760.1kN，375钢管最大压力为461.2kN。4.4.2.2工况一下管柱稳定性验算外排800=12钢管柱最大组合应力出现在上半段，按双向压弯构件计算其稳定性。计算长度L0=7450mm， ，通过计算得800mm12mm钢管立柱钢管桩的最大应力为110.3MPa小于容许应力170MPa。 580钢管中的最大拉力为760.1kN最大组合应力580钢管=14管柱长细比为=L0/ix=7004/200=35=300组合应力和均较小，可考虑省略稳定验算。 联接系中最大压力为461.2kN 375钢管=8,其计算长度L0=7160mm。由于受到的弯矩较小，可按轴向受压构件计算其稳定性。长细比=L0/ix=7160/129.8=55.2=150，按B类构件查轴压杆稳定系数 =0.832杆件的整体稳定性计算 =60.1Mpa170Mpa4.4.3工况二计算：墩梁固结工况0#块施工完成后，灌注混凝土的外排斜柱是墩梁固结的主要构造措施。此时的受到的荷载见图11，建立空间模型如下图16所示；图16 管柱支架计算简图模型中仅考虑主体腹板传力作用，在梁体腹板处下面钢管混凝土柱顶施加集中荷载F=11000kN（已经包含0#块的上部自重荷载2620kN）。4.4.3.1 支架结构的计算结果经计算，管柱支架墩梁固结时结果如下图1719所示：图17 管柱支架最大组合应力图图18 管柱支架竖向位移图图19 管柱支架内力图经计算，管柱最大组合应力为152.2MPa170Mpa，其强度达到要求。管柱支架中外排800钢管混凝土柱最大压力标准值为11978.4kN，弯矩标准值为；内排800钢管最大压力为2551kN，580钢管水平管最大拉力为3091kN，375钢管最大压力为477.3kN。4.4.3.2 斜柱（80012钢管混凝土）结构的检算按恒荷载起控制作用下取得设计值分项系数1.35，考虑大临结构取折减系数0.9，得钢管混凝土柱的设计值：Ns=1.350.911978.4=14553.8kN，Ms=1.350.9652.1=792.3。计算长度为L0=8724mm，管柱C55混凝土，fc=25MPa混凝土截面面积Ac=(800-24)/4=4724082，钢管截面面积Aa=297072套箍指标=faAa/fcAc=0.528钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值：N0= fcAc（1+）=25472708（1+0.528+0.727）=26648.9kNe0= Ms/Ns=54mm e0/rc=54/(400-12)=0.1391.55 因此考虑偏心影响的承载力折减系数按下式计算： =0.795L0/d=10.94，因此考虑长细比影响的承载力折减系数按下式计算： =0.698则钢管混凝土单肢柱的承载力设计值为Nu= N0=0.7950.69826648.9=14787.7kNNs=14553.8kN满足承载力要求。4.4.3.2其它结构稳定性的检算 （1）内排800=12钢管管柱最大组合应力出现在下半段，按单向压弯构件计算其稳定性。N=2551kN，。计算长度L0=6200mm， ，通过计算得800mm12mm钢管柱的最大应力为117.1MPa小于容许应力170MPa。（2）580钢管中的最大拉力为3091kN最大组合应力580钢管=14管柱长细比为=L0/ix=7004/200=35=300组合应力和稳定均满足要求。 （3）联接系中最大压力为477.3kN 375钢管=8,其计算长度L0=8058mm。由于受到的弯矩较小，可按轴向受压构件计算其稳定性。长细比=L0/ix=8058/129.8=62.1=150，按B类构件查轴压杆稳定系数 =0. 796杆件的整体稳定性计算 =65Mpa170Mpa4.5节点及预埋件的计算4.5.1节点A的计算节点A大样如下：由整体计算模型可得，钢管B1最大拉力为3091kN。钢管B1与A2之间的相贯焊缝焊缝长度Lw1=2200mm；A-1与B1之间连接焊缝长度为Lw2=8540=4320mm，均采用双面角焊缝，焊缝高度10mm。则两拉板A-1截面强度的验算：节点处两钢管相贯焊缝所能承受的荷载为1043kN，其余由钢管B1与钢管柱A2由两拉板A-1传递，则单个拉板受到的拉力为1024kN，拉板be=200mm，t=22mm强度4.5.2节点B的计算节点B大样如下：（1）板件B-1、B-1、B-12、B-4构成牛腿受钢绞线张拉力的弯剪计算由于板件与钢管之间为剖口焊，所以只检算构件之间的自身强度，可将板件构造简化成受弯、剪的牛腿，其构造如下图所示。一个节点有两束钢绞线，单束钢绞线共计17根，每根张拉力为120kN，则有整束钢绞线张拉力为17120=2040kN。则有上述构件承受V=2040kN，弯矩为M=20400.21=428.4牛腿计算截面及几何参数如下所示截面抵抗矩 截面的惯性矩Ix=3.52109 面积矩Sx=2.37106牛腿的最大正应力为受到的最大剪应力为翼缘与腹板之间连接处的折算应力 牛腿下端折算应力：（2）板件B-1、B-1、B-12、B-4构成牛腿局部承压构造锚板处局部承压面积如下：压力为N=2040KN。A=12436mm2。局部容许承受的压力为（3）受力板件B-1、B-1的受压局部稳定板件B-1、B-1、B-12及钢管壁视为封闭的箱型截面。为防止板件受压局部失稳，应限制构件的宽厚比。 满足构造要求。4.5.3预埋件计算的计算承台上管柱混凝土预埋件为弯剪预埋件，由墩梁固结时的支反力得最大压力标准值NK=11780kN，最大剪力标准值Vk=3010kN，对应的弯矩标准值Mk=251.9；综合考虑取荷载分项系数=1.350.9=1.215（0.9是考虑大临结构时的折减系数），得到其压力设计值Ns=14312.7kN，最大剪力设计值Vs=3657.2kN，弯矩设计值Ms=306.1。假定轴力由管柱内混凝土直接传到承台，此时预埋件为弯剪结构。承台砼标号为C40，承压强度设计值为19.1Mpa， （1）混凝土的局部承压承载力Ab=3.1412002=45216002，AL=3.144002=502400，Ns=14312.7kN局部受压承载力满足要求。（2）锚筋受剪计算，布置三排抗剪锚筋，有 需要抗剪锚筋的数量n=27274491=55根，实际有70根。（3）锚板与斜柱之间的焊缝计算假定轴力通过钢管混凝土的混凝土传到承台上，剪力由锚板与斜柱之间的焊缝传递。计入锚板上加劲肋的焊缝Lw1=(210-20)212=4560mm。锚板与斜柱之间的焊缝长度为Lw2=3.14800=2512mm，hf=12mm，连接焊缝的强度 满足要求。五 模板桁架系统计算 5.1箱梁外侧模板计算箱梁外侧模板由6mm厚的钢板面板、636和638的带肋及6mm的加劲板、6310的封边角钢和10mm厚的封边钢板组成。带肋布置最大间距分为300mm和316mm两种。外侧模压力根据经验取50kPa。5.1.1面板计算面板带肋间距300（316）mm，按单向板计算。公式取单宽计算，线荷载：q=501=50KN/m 所以小于1.5mm，满足要求。5.1.2 带肋计算带肋（636）与面板采用6mm焊缝焊接成一体。考虑30倍6mm厚面板参与共同受力，由几何计算可知:计算线荷载：q=500.316=15.8KN/m计算跨度为桁架间距，L=1.2m按多跨连续梁计算：强度计算：最大弯矩：M=0.10715.81.22= 2.43 KNm；弯曲应力 =M/W=2.43106/27601 =88.2 Mpa；抗剪验算：剪应力计算公式：= VS/It 最大剪力V=0.607 ql=0.60715.81.2=11.5 KN剪应力计算值： = 11.510321716/(61.28106) =32.5 Mpa；挠度验算:计算公式如下:=0.632ql4/(100EI)均布荷载：q =15.8 kN/m；挠度计算值：= 0.63215.812004/(1002.11051.28106) =0.77mm=1200/500=2.4mm5.1.3桁架拉杆担梁计算根据图纸，担梁承担来自桁10和桁14的反力。担梁加载图（单位:KN）担梁弯曲应力图担梁最大弯曲应力为134.6Mpa。担梁剪切应力图担梁最大剪应力为27.6Mpa。担梁变形图（单位：mm）担梁最大变形为6.8mm3700/400=9.25mm当无桁14反力作用时，担梁为3个72KN集中力加载，结果为：担梁最大弯曲应力为140Mpa，剪应力为28.6MPa，挠度为7.1mm，满足要求。5.2箱梁外侧模桁架计算箱梁外侧模桁架由弦杆和腹杆组成，弦杆为10、8，腹杆为8、75650。用Midas建立桁架模型。杆件均采用梁单元，边界为在拉杆分配梁与桁架相交处约束。荷载按线荷载进行加载。混凝土产生外侧模压力为50kpa，桁架间距1.2m，顺向拉杆分配梁间距1m，故作用于桁架上的线荷载为501.2=60KN/m。5.2.1箱梁直面段以桁5和桁9为例桁5加载图10应力图10最大应力为78.8Mpa。8应力图8最大应力为112.2Mpa。75650应力图75650最大应力为77.4Mpa。X方向变形最大为1.2mm。桁9加载图10应力图10最大应力为78.8Mpa。8应力图8最大应力为112.2Mpa。75650应力图75650最大应力为77.4Mpa。X方向变形最大为1.2mm。5.2.2 箱梁凸面段以桁10为例桁10加载图10应力图10最大应力为43.2Mpa。8应力图8最大应力为99.7Mpa。75650应力图75650最大应力为69.8Mpa。X方向变形最大为0.8mm。5.3箱梁底模板计算箱梁底模板由8mm厚的钢板面板、工10分配梁组成。分配梁布置间距分为200mm（腹板下）和400mm（底板下）两种。5.3.1腹板下底模板计算腹板区高10m，则混凝土产生的压力为26.2510=262.5kpa。模板面板按单向板计算。计算线荷载：q=262.51=262.5KN/m计算跨度为分配梁间距，L=0.2m按多跨连续梁计算：强度计算：最大弯矩：M=0.107262.50.22= 1.12 KNm；取钢板单位宽度计算弯曲应力 =M/W=1.12106/10667 =105.2 Mpa；挠度验算:计算公式如下:=0.632ql4/(100EI)取钢板单位宽度计算挠度计算值：= 0.632262.52004/(1002.1105