钢桁梁转体施工设计计算书.doc

特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 1 目目 录录 1 1 设计计算说明设计计算说明 2 1 11 1 设计依据设计依据 2 1 21 2 工程概况工程概况 2 1 2 1 工程概述 2 1 2 2 结构构造 2 1 31 3 主要施工方法简介主要施工方法简介 3 2 2 荷载计算及组合荷载计算及组合 4 2 12 1 荷载分析荷载分析 4 2 1 1 恒载 4 3 1 2 临时荷载及分布 4 2 1 3 荷载组合 4 2 22 2 结构计算结构计算 4 2 32 3 工况计算结果工况计算结果 5 2 3 1 计算模型 5 2 3 2 工况计算结果 5 3 3 临时支墩设计与计算临时支墩设计与计算 5 3 13 1 钢管桩设计计算钢管桩设计计算 5 3 23 2 钢管桩入土深度计算钢管桩入土深度计算 6 4 4 滑船设计计算滑船设计计算 7 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 2 4 14 1 荷载分析荷载分析 7 4 24 2 单个滑船的承压能力验算单个滑船的承压能力验算 8 4 34 3 顶推系统验算顶推系统验算 9 4 3 1 2I36a 工字钢后锚梁验算 9 4 3 2 连接杆验算 11 4 3 3 千斤顶反力装置验算 12 4 3 4 连接绞的耳板和销轴验算 14 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 3 钢桁梁转体施工设计计算书钢桁梁转体施工设计计算书 1 1 设计计算说明设计计算说明 1 11 1 设计依据设计依据 1 特大桥钢桁梁施工图纸及变更资料 2 现场施工调查 踏勘 咨询资料 3 钢结构设计规范 GB50017 2003 4 建筑地基与基础设计规范 GB50007 2002 1 21 2 工程概况工程概况 1 2 1 工程概述 特大桥上跨 铁路既有线 跨越既有线的主桥为 1 132m 钢桁梁桥 桥梁 位于 R 4000m 的曲线上 主桥采用平分中矢布置 与既有线成 13 斜交 根据设计 院提供的初步设计图纸 钢桁梁宽 13 0m 高 16 0m 钢结构重 2640t 1 2 2 结构构造 钢桁梁结构形式为无竖杆道砟桥面三角形桁 主桁立面简图如图 1 1 所示 图 1 1 132m 钢桁梁单孔立面简图 1 主桁 采用无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式道砟桥面钢桁梁 桁高 16m 节间 长度 12m 主桁中心距 13m 上 下主桁采用焊接箱形截面 竖板高 1300mm 内宽 1100mm 板厚 20 46mm 腹杆采用箱形及 H 型截面 箱形截面高 1000mm 外宽 1098mm 板厚 20 46mm H 型截面高 700 1000mm 外宽 1098mm 板厚 20 36mm 2 桥面系 桥面系由纵梁 横梁和纵梁间联结系组成 均为焊接工字型截面 纵梁间距 2300mm 梁高 1700mm 横梁梁高 2500mm 纵梁间联结系梁高 1700 mm 横梁通过整 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 4 体节点板内侧焊有与横梁连接的板 采用螺栓拼接 纵梁与横梁上伸出板 在下缘 腹板采用螺栓拼接 上翼缘采用焊接 纵梁上翼缘在桥面板预留孔处焊有剪力钉以 固定 RPC 混凝土桥面板 为减小桥面系与主桁共同作用的影响 在 E10 E10 节间 设有活动纵梁 3 上平纵联 上平联由斜杆 420 16 400 12 和横撑 460 16 400 12 组成 均为焊接工 字型截面 平联梁高 400mm 顶板厚 16mm 腹板厚 12mm 上 下平纵联的斜杆及支 撑杆均为工字型截面 采用交叉式 为便于施工 杆件采用对拼式与平联节点板相 连 上 下平纵联节点板焊于整体节点板上 焊后必须打磨匀顺 在 E6 E6 节点 处设有制动联结系 以承受制动力 4 桥门架及横联 桥门架和横向联结系构件均为焊接 H 型 截面高 400mm 宽 350mm 板厚 10mm 5 支座及抗震措施 a 采用 TQZ G 22000 GD 固定 ZX 纵向活动 HX 横向活动 DX 多向 活动 球型钢支座各 1 个 纵向活动位移量为 200mm 横向活动位移量为 50mm b 为保证梁部结构在地震作用等特殊荷载下的安全性能 在梁与墩之间设置 防落梁设施 1 31 3 主要施工方法简介主要施工方法简介 本次设计采用转体施工 在 24 墩设置转盘 在顺既有线满足桥跨布置要求位 置增设临时墩 临时墩顶以拖船作为临时支座 在 24 墩与临时墩之间搭设支架 拼接钢桁梁 拼接好的钢桁梁与 24 25 墩中心线成 150角 在临时墩与 25 号墩之间搭设滑道梁 在滑道梁上铺设轨道 拆除支架 以 24 墩转盘为旋转中心将钢梁平转至设计位置 拆除轨道及滑道梁 安装永久支座 1 从 24 墩到临时墩沿既有线路肩铺设龙门吊轨道并安装龙门吊 在顺既有 线满足桥跨布置要求位置增设临时墩 24 墩与临时墩之间膺架采用钢管桩桩基础 其中在每个节点基础采用 609mm 8mm 钢管 每桁节点下布置 2 根 由于支点 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 5 反力大 桩顶需设置强大的分配梁才能将集中力均匀地传到每根钢管桩上 分配梁 分采用 I40b 工字钢组焊而成 在支点及集中荷载处设加劲板 为增加稳定性 钢 管支架之间设 16a 槽钢联结系 支墩顶部设置型钢分配梁及千斤顶 以调整钢桁梁节点标高及整体线型 24 临时墩支架布置见图 1 2 2 在临时墩与 25 号墩之间搭设滑道梁 在滑道梁上铺设轨道 滑道拟采用钻孔桩基础 钢筋混凝土立柱 滑道梁采用万能杆件拼装桁架或自 制钢桁梁 跨越既有线部分滑道梁下部净空 应满足铁路限界要求 跨越既有线部 分的滑道梁 预先拼装成整体 3 架梁吊机及走道 28m 跨龙门吊具有提升 变幅 整机前移及锚固的功能 吊机一次前移站位 完成一个钢梁的架设 龙门吊自重 80t 额定起重量 40t 起升速度 0 30m min 额 定起重量时最大吊距 35m 轨距 28m 吊机的结构见图 1 3 龙门吊示意图 2 2 荷载计算及组合荷载计算及组合 2 12 1 荷载荷载分析分析 2 1 1 恒载 结构自重 G 26400KN 3 1 2 临时荷载及分布 1 下弦运料道 人员走道 人群 安全网 已拼装梁段全长范围内布置 q1 4 5kN 桁 m 2 上弦人员走道 已拼装梁段全长范围内布置 q2 3 0kN 桁 m 2 1 3 荷载组合 按承载力极限状态设计 基本组合为 1 2G 1 4 q1 q2 2 22 2 结构计算结构计算 工况 钢横梁采用龙门吊机拼装 临时墩及荷载如图 2 1 所示 计算 临时支墩支反力 R 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 6 图 2 1 荷载示意图 2 32 3 工况计算结果工况计算结果 2 3 1 计算模型 采用 MIDAS 程序对各工况结构进行空间有限元分析计算 计算模型见图 2 2 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 图 2 2 钢横梁分析计算模型 2 3 2 工况计算结果 临时支墩采用龙门吊机悬拼 经计算各悬拼工况下临时支墩支反力如图 2 3 图 2 3 临时支墩支反力 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 7 临时支墩支反力 R 控制值 Rmax 1806kN 3 3 临时支墩设计与计算临时支墩设计与计算 3 13 1 钢管桩设计计算钢管桩设计计算 每个支墩位置设置双排钢管桩 钢管桩之间用型钢连接 钢管桩的布置如图 5 1 1 单根钢管桩竖向荷载大小为 P 1806 2 903KN 钢管采用 609 8mm 钢管 按钢管最大计算长度 12m 计算 面积 2 A 15105mm 回转半径为 22 22 1 609593 212 5 44 dd imm 长细比 12000 56 5150 212 5 l i 查 钢结构设计规范 GB50017 2003 得 0 896 强度验算 903 1000 59 8215 15105 N MPaMPa A 满足要求 稳定性验算 满足要求 215 NA0 896 15105KNNKN 1000 2910 903 3 23 2 钢管桩入土深度计算钢管桩入土深度计算 按正常使用极限状态下的标准组合 单根钢管桩竖向荷载大小为 P 1495 2 748KN 根据建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 桩基竖向承载力需符合下列要求 ppkpisikpkskuk AqlquQQQ 当 5 时 dhb dhb p 16 0 当 5 时 dhb 8 0 p 式中 Quk 单桩轴向受压容许承载力 kN 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 8 桩侧第 层土的极限侧阻力标准值 kPa sik q i 极限端阻力标准值 kPa pk q 桩端土塞效应系数 p 桩端进入持力层深度 m b h U 桩的周长 m 地面以下各土层厚度 m i l 有效桩长从原地面向下计算 承载力计算时不计钢管桩端承力 则沉桩容许承 载力为 地质资料取 05 ZD 14536 钻探点 24 临时墩 该点地面 uksik i Quq l 高程为 999 829m 临时支墩入土深度 层数土层情况 厚度 m 极限摩阻力 kPa sik q 第一层粉质粘土 8 530 第二层稍密细砂 1050 拟设计采用采用 609 8mm 钢管桩 桩长 15m 故单桩竖向承载力值为 20 305 30 8 550 6 5 1111 5748 uksik i Quq l KNKN 符合要求 故钢管桩入土深度为 15m 桩底标高取 984 829m 4 4 滑船设计计算滑船设计计算 滑船由 MGE 高分子材料滑板 钢板 工字钢组成 具体结构尺寸如图 4 1 4 14 1 荷载分析荷载分析 解除中间钢管桩临时支撑 钢横梁由 4 个滑船支撑 每个支点所承受的荷载设 计值为 R 1 2 26400 4 7920KN 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 9 MGE材料滑板在干态情况下摩擦力最大 分静摩擦力和动摩擦力 其中静摩擦 力大于动摩擦力 为验算控制工况 摩擦力系数取0 06 转体系统的布置如图 4 2 根据力的平衡条件 千斤顶的顶推力矩等于摩擦力 矩 即 22P Lf Lf l 式中 P 千斤顶顶推力 滑船摩擦力 f0 06 7920475fRKN L 大旋转半径 L 132m l 小旋转半径 l 6 5m 转向 转向 转向 图 4 2 转体系统布置示意图 带入数据计算得 千斤顶的顶推力 222 475 1322 475 6 5 997 132 fLfl PKN L 选用最大工作荷载不低于 150t 的千斤顶 4 24 2 单个滑船的承压能力验算单个滑船的承压能力验算 4 2 1 I28b 工字钢验算 滑船拖梁由 7 榀长 1m 的 I28b 工字钢组成 工字钢翼板位置焊接 5 道 12mm 加劲板 钢横梁荷载通过 20mm 钢板传递到 I28b 工字钢拖梁上 视为工字钢均匀 受压 工字钢腹板位置为受压薄弱环节 每榀工字钢腹板的承压强度为 满足要求 3 1 0 7920 10 108 215 10 5 1000 7 w z F MPaMPa t l 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 10 工字钢翼板位置每隔 200mm 焊接一道加劲肋 受压翼缘的自由长度 与其宽度 1 l 之比 故不需计算工字钢的整体稳定性 1 b 1 1 200 1 61 13 0 124 l b 故不需计算工字钢的局部稳定性 0 252 6 10 524 180 235 80 wy htf 4 2 2MGE 高分子材料滑板 上部荷载通过钢板 工字钢均匀传递到5cm厚 960 MGE高分子材料滑板上 滑 板与不锈钢板接触面做成20 20mm圆弧角 滑板所承受的压应力为 满足要求 3 2 7920 10 11 91 15 460 MPaMPa 4 34 3顶推系统验算顶推系统验算 4 3 1 2I36a工字钢后锚梁验算 后锚梁由双榀I36a工字钢焊接加强板组成 计算跨径1 3m 千斤顶的顶推力即 为后锚梁所受的节点反力 P 997KN 计算图式如图4 3至图4 8 997 0 图4 3 受力简图 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 11 图4 4 弯矩图 max 324MKN m 图4 5 剪力图 max 499TKN 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 12 图4 6 弯矩应力图 满足要求满足要求 max 186 215MPaMPa 图4 7 剪应力图 满足要求 max 80 125MPaMPa 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 13 图4 8 变形图 max 1300 13 25 400 fmmmm 4 3 2连接杆验算 连接杆为两道 245 10钢管 钢管长11 5m 每根钢管所受的轴向力为 9970 06 7920 261 22 PR TKN 钢管采用 245 10mm 钢管 面积 2 A7382 7mm 回转半径为 22 22 1 245225 83 2 44 dd imm 长细比 11500 138 2150 83 2 l i 查 钢结构设计规范 GB50017 2003 得 0 4 强度验算 261 1000 35 3215 7382 7 N MPaMPa A 稳定性验算 满足要求 215 NA0 4 7382 7KNNKN 1000 635 261 4 3 3 千斤顶反力装置验算 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 14 沿滑到每隔 900mm 在滑道两侧设置一个千斤顶反力装置 正面挡板为 20mmQ235 钢板 侧面挡板为 30mmQ235 钢板 侧面加劲板为 12mmQ235 钢板 反力装置焊接在钢滑道梁上 采用双面焊缝 焊角尺寸 沿 12 18 25 ff hmm hmm 底角四周满焊 截面尺寸如图 4 9 图 4 9 千斤顶反力装置尺寸图 单位 mm 1 截面应力验算 千斤顶反力装置与后锚梁接触面上的压应力为 受力图示如图 4 10 应力计算结 3 997 10 9 16 2 200 2722 200 272 P PMPa 果如图 4 11 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 15 图 4 10 反力装置受力图示 图 4 11 组合应力图 max 200 215MPaMPa 在肋脚位置进行局部加强焊接 可以满足要求 2 焊缝验算 焊缝的计算厚度如图 4 12 所示 特大桥 钢桁梁悬拼施工设计计算书 16 图 4 12 焊缝有效面尺寸图 84 1 314 10 x I