北盘江大桥4#索塔塔座现浇封顶段支架设计与验算

北盘江大桥4#索塔塔座现浇封顶段支架设计与验算 计算： 复核： 审核：毕都十八标项目经理部二O一四年二月十四日目 录1、 设计依据12、 结构布置形式23、 构件设计43.1、荷载分析 43.2、荷载计算 43.3、分配梁计算 53.4、贝雷梁与导脚型钢架的计算 153.5、支撑贝雷片的梁的计算 193.6、整体建模分析253.7、卸荷沙箱的计算 293.8、牛腿的计算 303.9、预压方案 504、 施工注意事项52 1、 设计依据1.1北盘江特大桥施工设计图（索塔）1.2公路桥涵钢结构及木结构设计规范1.3钢结构设计手册（第三版）1.4钢结构设计规范（GB50017-2003）1.5建筑结构荷载规范（GB50009-2001）1.6装配式公路桥梁钢桥使用手册。1.7公路桥涵 施工技术规范(JTJ041-2000）1.8公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004）1.9、冷弯薄壁型钢结构设计手册1.10、钢结构连接节点设计手册第 1 页2、 结构布置形式北盘江特大桥4#索塔塔座封顶段，顶面高程为1504.6米,地面高程为1500.1米；断面长14米，高4.5米，跨度8米，该封顶段混凝土为一次浇筑完成。该塔座现浇封顶段的施工支架采用乌江大桥的牛腿改造而成，一侧4个牛腿。贝雷架通过2片I56a焊接成的箱梁做主横梁搁置在牛腿上。贝雷片上设置9根I28a的型钢做分配梁，两侧导脚处搭设双L10010010焊接而成的箱梁做为分配梁，落架采用卸荷沙箱。其支架布置图如下图： 横截面 纵断面3 构件设计3.1、 荷载分析设计荷载： 现浇段恒载：塔座顶部一次浇筑完成，高4.5米。全部混凝土:,计算时考虑施工偏差，乘以系数1.05。a横梁模板荷载：2.0kN/m2(梁端内外表面积)；b系统自重荷载：计算时给出；c施工荷载：由于是大体积混凝土浇筑，且是泵送，故不用考虑施工人员荷载与混凝土倾倒荷载和混凝土振捣荷载。3.2、 荷载计算a、恒载现浇段自重：5181.052614141.4kN模板荷载：2.0kN/ m2b、活载施工荷载：不考虑。 3.3、 分配梁计算导脚段采用2片L10010010焊接而成的箱梁做为分配梁,电焊在导脚型钢支架上；贝雷片上采用I28a的型钢做分配梁，布置间距为非等跨布置，布置情况为竖杠位置和菱形顶点处，因为作用该位置，虽然计算繁琐，但局部应力较为合理，且施工时可以根据节点位置施工，对于施工来说方便且易于监督。布置情况为： 横截面 纵断面第一个分配梁承受的节段纵向有0.2785m第二个分配梁承受的节段纵向有0.3425m第三个分配梁承受的节段纵向有0.379m第四个分配梁承受的节段纵向有0.4425m第五、六个分配梁承受的节段纵向有0.705m第七个分配梁承受的节段纵向有0.75m第八个分配梁承受的节段纵向有0.795m支座即为贝雷梁简化验算：计算模型如下考虑承受最大节段的分配梁2片L10010010焊接而成的箱梁承受69.69kN/m；I28a承受99.26kN/m。、2片L10010010焊接而成的箱梁承受69.69kN/m：利用MIDAS/Civil建模分析：计算模型： 计算结果输出：剪应力输出：（最大剪应力为10.49MPa）弯曲应输出：（最大弯曲应力为11.32MPa）反力输出：（单位：kN）计算得出：分配梁最大弯曲应力为11.32MPa215Mpa，最大剪应力为 10.49MPa125Mpa，满足规范要求。利用结构力学检验上述软件结果： 第三个分配梁承受上部的节段纵向有0.379m：分配梁的自重：即总共作用的均布荷载为：结构模型为：剪力：（最大剪力为18.93kN）剪应力的计算： 125Mpa 弯矩：（最大弯矩为1.49kN.m)弯曲应力的计算： 215Mpa弯曲应力与剪应力计算结果与MIDAS建模结果相同，故建模无错误，可用建模结果。 2、I28a承受99.26kN/m：利用MIDAS/Civil建模分析：计算模型： 计算结果输出：剪应力输出：（最大剪应力为12.26MPa）弯曲应输出：（最大弯曲应力为3.53MPa）反力输出：（单位：kN）计算得出：分配梁最大弯曲应力为3.53MPa215Mpa，最大剪应力为 12.26MPa125Mpa，满足规范要求。利用结构力学检验上述软件结果： 第八个分配梁承受上部的节段纵向有0.795m：分配梁的自重：即总共作用的均布荷载为：结构模型为：剪力：（最大剪力为27.08kN）剪应力的计算： 125Mpa 弯矩：（最大弯矩为2.12kN.m)弯曲应力的计算： 215Mpa弯曲应力与剪应力计算结果与MIDAS建模结果相同，故建模无错误，可用建模结果。故全部分配梁的计算结果为：第一个分配梁传递的最大反力为：29.4kN第二个个分配梁传递的最大反力为：34.6kN第三个分配梁传递的最大反力为：35.1kN第四个分配梁传递最大反力为：26.5kN第五、六个分配梁传递最大反力为：42.1kN第七个分配梁传递最大反力为：44.8kN第八个分配梁传递最大反力为：47.5kN3.4、 贝雷梁与导脚型钢的计算a、布置如下图b、作用荷载分配梁支点作用反力即为作用在贝雷梁上的荷载。（该计算方法为简化验算：极限考虑，因为该想法是完全不考虑贝雷片之间的联接） 该计算书最后附上整体建模考虑，其结果与实际最相符。c、导脚型钢架导脚型钢架与贝雷片之间是销结连接，分配梁点焊在导脚型钢架上。MIDAS计算： d、计算模型：（考虑自重影响）e、计算结果输出分配梁的最大反力处的贝雷片组合应力：（最大组合应力为249.93MPa）分配梁的最大反力处的贝雷梁剪应力：（最大剪应力为46.52MPa）导脚型钢应力输出：（最大组合应力为84.70MPa；最大剪应力为53.95MPa） 组合应力 剪应力分配梁的最大反力处的型钢架位移：（最大变形为4.55mm）反力为（单位：kN）贝雷片中杆件最大组合应力为249.93MPa小于MPa，符合要求。最大剪应力为46.52MPaMPa，符合要求。导脚型钢架中杆件最大组合应力为84.7MPa小于215MPa，符合要求。最大剪应力为53.9MPa125MPa，符合要求。最大变形为4.55mm5820/40014.55mm，满足规范要求。同上所述，用MIDAS计算出各片贝雷梁反力输出（单位：kN）贝雷梁编号aabbccdde到e反力115.3251.9235.4235.6235.03.5、支撑贝雷片的梁的计算支撑贝雷片的梁采用2片I56a焊接的箱梁做主梁。 如下图所示。2片I56a焊接成的箱型型钢每米重kg，则14长的该箱梁重2968kg=2.97吨。作用荷载:作用荷载大小为贝雷梁输出的反力，贝雷梁计算的作用反力结果见前。MIDAS求解：（考虑自重）计算模型：计算结果：主梁剪应力输出：(最大剪应力：81.70Mpa)主梁弯矩应力输出：（最大弯矩应力：146.03,Mpa）主梁位移输出：（最大位移：2.89mm）主梁反力输出：（单位：kN）利用结构力学检验上述软件对错：双I56a的自重：集中力为贝雷片传下来了反力结构模型为：采用叠加法计算：1、 计算只作用自重时的内力：剪力：（单位：kN） 弯矩：（单位：kN.m)2、 计算不考虑自重时的内力：剪力：（单位为kN） 弯矩：（单位为kN.m) 最大剪力为：3.99kN+976.16kN=980.15kN最大弯矩为：3.00kN.m+676.89kN.m=679.89kN.m弯矩与剪力计算结果与MIDAS建模结果相同，故计算无误。剪应力的计算： 125Mpa弯曲应力的计算： 215Mpa以上计算结果表明，杆件最大弯曲应力为145.2MPa215Mpa，最大剪应力为81.8MPa125Mpa，最大变形为2.89mm9mm，满足规范要求。3.6 整体建模分析：总体模型：正面图：计算结果输出：反力输出：（单位kN）16Mn钢-组合应力输出：（最大组合应力：223.97MPa，位置在与梁的支点位置接触的贝雷片的竖杠上）Q235钢-组合应力输出：（最大组合应力：123.63MPa，位置在主梁边支点的位置）16Mn钢-剪应力输出：（最大剪力为:136.06MPa,在与主梁支点接触位置的贝雷片的下弦杠上）Q235钢-剪应力输出：（最大剪应力：65.21MPa，位置在主梁边支点的位置）位移输出：（最大位移：5.00mm） 贝雷片中杆件最大组合应力为223.97MPaMPa，安全系数为1.22，符合要求。最大剪应力为136.06MPaMPa，安全系数为1.53，符合要求。 Q235型钢杆件最大组合应力为123.63MPa215MPa，安全系数为1.74，符合要求。最大剪应力为65.21MPa125MPa，安全系数为1.92，符合要求。 绕度为：5.00mm，符合要求。 综上所述，强度皆达到规范要求，安全系数为1.22。3.7卸荷沙箱的计算 该处采用本公司在马岭河下横梁施工时采用的卸荷沙箱由主梁的反力输出可知：主梁最大反力为1858.9KN，即为作用在卸荷砂箱上的作用力，设计时作用在卸荷砂箱上的集中力P按2000KN计算。砂的容许承压应力10Mpa，如将其预压30Mpa，设计按12Mpa计算。砂箱活塞所需直径d0的计算：0.46m460mm则砂筒内径d1d00.020.48m=480mm取筒壁厚度25mm，降落高度H200mm，活塞放入砂筒长度为120mm，放砂孔直径d290mm，筒壁应力计算公式为代入数据可得135.7MPa145MPa满足规范要求。3.8牛腿计算采用贵阳至遵义高速公路扎佐至南北段改建工程第十二合同段-乌江特大桥0#块现浇支架中的牛腿，一侧布置4个牛腿：布置如下图所示：正面图侧面图纱筒座梁：起了两个作用，1、足够的位置放置卸荷沙箱；2、使一个牛腿的两个分支共同受力。纱筒座梁采用3肢I32b，截面形式如下图所示：最大作用力为1859kN：结构模型：剪力输出：（单位：kN）弯矩输出：（单位：kN.m）一个I32b的截面特性如下：最大剪力为929.5kN剪应力的计算： 125Mpa 最大弯矩为418.28kN.m 弯曲应力的计算： 16mm，故钢材的强度设计值保守考虑，统一按抗拉、抗压、抗弯强度设计值为205MPa，抗剪强度设计值为120MPa；弯矩应力最大值为Z方向上的弯矩：127.38MPa205MPa；满足规范要求剪应力最大值为Z方向上的剪力：53.10MPa120MPa；满足规范要求轴向应力最大值：101.74MPa205MPa；满足规范要求组合应力最大值：155.88MPa205MPa；满足规范要求反力输出：（单位：kN)弯压验算：由于斜撑是受压杆件，需要计算压杆稳定：MIDAS输出斜撑的内力： 轴力输出： 扭矩输出： Y方向上的剪力输出： Z方向上的剪力输出： Y方向上的弯矩输出： Z方向上的弯矩输出：斜撑立面图：截面尺寸：I20b左右两侧各焊12mm钢板一块；截面特性：长细比：6.86cm自由长度为：1.382m两端固结考虑：u=0.5长细比：=满足要求。4.49cm自由长度为：1.382m两端固结考虑：u=0.5长细比：=满足要求。弯压结构稳定性验算：由钢结构设计规范GB50017-2003中的5.2.5可知：弯矩作用在两个平面内的箱型（闭口）截面压弯构件，其稳定性验算公式如下：公式：N=887.23kN，=21.1kN.m；=0.8kN.m斜撑的截面为闭口截面，故均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数=1.0；由长细比：=10.07，查附录C-2可知对强轴x-x的轴心受压构件稳定系数=0.992；由长细比：=15.4，查附录C-2可知对强轴y-y的轴心受压构件稳定系数=0.980；查表5.2.1，可知=1.05；参数=163159.52kN; =69763.77kN;截面影响系数：；等效弯矩系数=1即公式： = =152494 =152.5MPa205MPa= =141411.82 =141.41MPa205MPa由上述可知，该结构失稳性满足规范要求反力输出：（单位：kN)牛腿斜撑支座下的混凝土承压强度验算：最大轴压力为：887.23kN混凝土局部承压示意图如下：根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ023-85钢筋混凝土局部承压公式为：局部承压时的计算底面积=900400=360000mm，局部承压面积=300300=90000mm，键盒支撑键下部混凝土预埋20mm螺旋钢筋，螺旋直径为300mm，螺距高60mm，包罗在螺旋形配筋范围内的混凝土核心面积，配置间接钢筋（螺旋筋）时局部承压强度提高系数：。间接钢筋抗拉强度，间接钢筋的体积配筋率，墩柱混凝土为C50，。则：= =3843497N=3843.5kN斜撑端头的压力：N=887.23kN=3843.5kN即满足规范要求平梁支座处的混凝土承压强度验算：最大轴压力为：149.2kN（竖直向下）混凝土局部承压示意图如下：根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ023-85钢筋混凝土局部承压公式为：局部承压时的计算底面积=900400=360000mm，局部承压面积=300300=90000mm，键盒支撑键下部混凝土预埋20mm螺旋钢筋，螺旋直径