临时墩结构计算报告

1、 钢箱梁顶推临时墩 结构强度有限元直接计算书 第 30 页 1、说明临时墩总高40m，支承结构采用8根1420×14mm钢管桩，材质为Q345B，联结系采用630×10mm钢管，材质为Q235B，管底设置50（PSB830）精轧螺纹钢锚杆。图1 临时墩结构图岸上临时墩支承结构采用8根1020×10mm钢管桩，结构型式与水中临时墩相同，联结系采用377×8mm钢管，材质均为Q235B。临时墩基础采用扩大基础，尺寸为10m×8m×1.5m承台，临时墩钢筋砼基础埋深为2m。图2 岸上临时墩结构图2、临时墩强度校核2.1、有限元模型根据图纸对

2、临时墩建模，模型如图3：图3 临时墩模型图2.2、坐标系计算中有限元模型的坐标系统取右手坐标系统，且：X方向为临时墩的横向；Y方向为临时墩的顺向；Z方向为临时墩的垂向，以向上为正方向。2.3、单元与网格模型中主要采用梁(beam)单元：模拟各种桁架等。2.4、材料参数如下钢材：杨氏模量2.1×1011 Pa；Poisson比0.3； 密度 7850 kg/m3。2.5、计算工况1、空载船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时墩自重，大风风载，最高通航水位水流力，船舶横桥向撞击；2、满载未顶推船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时墩支承力，临时墩自重，大风风载，最高通航水位水流力，船舶横

3、桥向撞击；3、满载顶推船舶横桥向撞击，临时墩承受荷载有：临时墩支承力，顶推力，临时墩自重，平均风速风载，最高通航水位水流力，船舶横桥向撞击；2.6、计算载荷1、临时墩支承力：根据钢梁计算结果，临时墩最大支承力为N=710.5-（-874.72）=1585.22t。作用位置：平均加载于钢管桩顶，则单根钢管桩受力为1585.22/8=198t。图4 支撑力示意图2、临时墩自重：临时墩自重225t/个，分配梁12t/根，则有临时墩单根钢管自重加分配梁自重得:225/8+12=40t。图5 临时墩自重示意图3、临时墩顶推力计算：顶推暂按外力计算，钢钢摩擦系数取0.1，则有单个临时墩最大顶推力为1585

4、×0.1=158.5，作用位置：平均加载于钢梁底。顶推力施加于临时墩钢管桩顶部，产生水平力和弯矩，F顶推力=158.5t，M顶推力 =158.5×5=792.5t.m，通过分配梁平均分配至各钢管桩顶，共有8个桩顶。图6 临时墩顶推力示意图4、风载荷贵港平均风压为300Pa，历年极大风速为28.6m/s根据荷载规范，贵港风压平均为0.3KN/m2，河床标高为+20.7m，水面标高为47.55m，梁底标高约为60.7m，则有受风载临时墩高度为13.2m，高度系数取1.14。（1）临时墩平均风速风载计算则有临时墩单根钢管承受风力为： PW1=szw0A =1×1.14&

5、#215;0.3×13.2×1.42=6.5 kN=0.7t作用位置：风载作用于临时墩水面以上高度的2/3处。图7 临时墩平均风速载荷示意图（2）临时墩极大风速风载计算极大风速为V=28m/s，空气密度取1.25KN/m3，PW2=szw0A =1×1.14×0.49×13.2×1.42=10.62 kN=1.1t作用位置：风载作用于临时墩水面以上高度的2/3处。图8 临时墩极大风速载荷示意图（3）钢梁及导梁平均风速风载计算5#临时墩上承受钢梁受风长度为85+85/2=127.5m，高度为梁高3.1m，风压高度为17m，风压高度系数取

6、1.2。 导梁风载钢导梁55m，为4榀型钢桁架式结构，挡风系数暂定为=0.3m，型钢焊接而成的导梁风荷体型系数s=1.3，单榀桁架的体型系数st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片间距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的体型系数：导梁风力为：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×300 =384Pa，FW3= PW2A=0.384×55×3.1=65.47KN=6.5t钢梁风荷载，单个临时墩受(30+85/2)m长钢梁的风载为FW3=szw0A=1×1.2×0.300×72.5×

7、;3.1=80.9KN=8.1t合计钢梁受风力为(6.5+8.1)=14.6t作用位置：风载作用于临时（+60.7+3.1/2）=+62.25m处。对临时墩进行结构研究，满载时，钢梁风荷载通过分配梁将风载传至临时墩墩顶，产生风载水平力和弯矩，F箱风=14.6t，M箱风=14.6×（41.55-35）=95.63t.m，通过分配梁平均分配至各钢管桩顶，共有8个桩顶。图9 临时墩钢箱梁平均风速载荷示意图（4）钢梁及导梁极大风速风载计算5#临时墩上承受钢梁受风长度为85+85/2=127.5m，高度为梁高3.1m，风压高度为17m左右，风压高度系数取1.2。钢导梁风载钢导梁55m，为4榀型

8、钢桁架式结构，挡风系数暂定为=0.3m，型钢焊接而成的导梁风荷体型系数s=1.3，单榀桁架的体型系数st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片间距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的体型系数：导梁风力为：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×490 =627.2Pa，FW3= PW2A=0.6272×55×3.1=106.9KN=10.7t钢梁风荷载，单个临时墩受(30+85/2)m长钢梁的风载为FW3=szw0A=1×1.2×0.511×72.5×3.1=137.8KN=13.

9、8t合计钢梁受风力为(10.7+13.8)=24.5t作用位置：风载作用于临时（+60.7+3.1/2）=+62.25m处。对临时墩进行结构研究，满载时，钢梁风荷载通过分配梁将风载传至临时墩墩顶，产生风载水平力和弯矩，F箱风=24.5t，M箱风=24.5×（41.55-35）=160.47t.m，通过分配梁平均分配至各钢管桩顶，共有8个桩顶。图10 临时墩钢箱梁极大风速载荷示意图5、临时墩水流力最大洪水时的水流力计算：同济大桥桥址流速取3m/s；桥址最高水位47.55m（19972011年），常水位30.23m，最大水深按24.5m计算。查公路桥涵设计规范（1989）公路桥涵设计通用

10、规范（JTJ02189）（2.3.10）公式： (kN)式中：水的容重，=10 kN/m3    V设计流速，V=3m/s    A桥墩阻水面积，一般算至一般冲刷线处g重力加速度9.81(m/s2)K桥墩形状系数，对圆形钢管桩取0.8。水面最大水流力为:则有单根钢管桩水流力P=ph/2=5.2×24.5/2/10=6.4t，流水压力作用点位于水位线以下1/3水深处。图11 临时墩水流力示意图6、船舶撞击力船舶撞击力，根据设计提供数据，横桥向撞击力为140t。临时墩船舶横桥向撞击力140t，由临时墩整体承受，最不利作用位置为最

11、高通航水位以上2m处，即+49.55m。图12 临时墩船舶横向撞击载荷示意图2.7、边界条件依据实际情况对临时墩底部约束。图13 临时墩约束示意图3、岸上临时墩强度校核3.1、有限元模型根据图纸对岸上临时墩建模，模型如图14：图14 岸上临时墩模型图3.2、坐标系计算中有限元模型的坐标系统取右手坐标系统，且：X方向为岸上临时墩的横向；Y方向为岸上临时墩的顺向；Z方向为岸上临时墩的垂向，以向上为正方向。3.3、单元与网格模型中主要采用梁(beam)单元：模拟各种桁架等。3.4、材料参数如下钢材：杨氏模量2.1×1011 Pa；Poisson比0.3； 密度 7850 kg/m3。3.5

12、、计算工况1、满载未顶推，临时墩承受荷载有：临时墩支承力，临时墩自重，大风风载；2、满载顶推，临时墩承受荷载有：临时墩支承力，顶推力，临时墩自重，平均风速风载；3.6、计算载荷1、临时墩支承力：根据钢梁计算结果，临时墩最大支承力为N=212-（-463.12）=675 t。作用位置：平均加载于钢管桩顶，则单根钢管桩受力为675/8=85t。图15 岸上临时墩支撑力示意图2、临时墩自重：临时墩自重42t，分配梁7t/根，则有临时墩单根钢管自重加分配梁自重得:42/8+7=12.25t。图16 岸上临时墩自重示意图3、临时墩顶推力计算：临时墩顶推力计算：顶推暂按外力计算，钢钢摩擦系数取0.1，则有

13、单个临时墩最大顶推力为675×0.1=67.5t，作用位置：平均加载于钢梁底。顶推力施加于临时墩钢管桩顶部，产生水平力和弯矩，F顶推力=67.5t，M顶推力 =67.5×5=337.5t.m，通过分配梁平均分配至各钢管桩顶，共有8个桩顶。图17 岸上临时墩顶推力示意图4、风载荷贵港平均风压为300Pa，历年极大风速为28.6m/s根据荷载规范，贵港风力平均为300Pa，梁底标高约为60.7m，则有受风载临时墩高度为11.8m，高度系数取1.14。（1）临时墩平均风速风载计算则有临时墩单根钢管承受风力为： PW1=szw0A =1×1.14×0.3

14、5;11.8×1.02=4.1 kN=0.41t作用位置：风载作用于临时墩水面以上高度的2/3处。图18 岸上临时墩平均风速载荷示意图（2）临时墩极大风速风载计算极大风速为V=28m/s，空气密度取1.25kg/m3，PW2=szw0A =1×1.14×0.49×11.8×1.02=6.7 kN=0.67t作用位置：风载作用于临时墩水面以上高度的2/3处。图19 岸上临时墩极大风速载荷示意图（3）钢梁及导梁平均风速风载计算6#临时墩上承受钢梁受风长度为55+28=83m，高度为梁高3.1m，风压高度为17m，风压高度系数取1.2。钢导梁风载钢导

15、梁55m，为4榀型钢桁架式结构，挡风系数暂定为=0.3m，型钢焊接而成的导梁风荷体型系数s=1.3，单榀桁架的体型系数st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片间距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的体型系数：导梁风力为：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×300 =384Pa，FW3= PW2A=0.384×55×3.1=65.47KN=6.5t钢梁风荷载，单个临时墩受28m长钢梁的风载为FW3=szw0A=1×1.2×0.300×28×3.1=31KN=3.1t合计钢梁受风

16、力为(6.5+3.1)=9.6t作用位置：风载作用于临时（+60.7+3.1/2）=+62.25m处。对岸上临时墩进行结构研究，钢梁风荷载通过分配梁将风载传至临时墩墩顶，产生风载水平力和弯矩，F箱风=9.6t，M箱风=9.6×（41.55-35）=62.88t.m，通过分配梁平均分配至各钢管桩顶，共有8个桩顶。图20 岸上临时墩钢箱梁平均风速载荷示意图（4）钢梁及导梁极大风速风载计算5#临时墩上承受钢梁受风长度为85+85/2=127.5m，高度为梁高3.1m，风压高度为17m左右，风压高度系数取1.2。钢导梁风载钢导梁55m，为4榀型钢桁架式结构，挡风系数暂定为=0.3m，型钢焊接

17、而成的导梁风荷体型系数s=1.3，单榀桁架的体型系数st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片间距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的体型系数：导梁风力为：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×511 =653.7Pa，FW3= PW2A=0.6537×55×3.1=111.4KN=11.1t钢梁风荷载，单个临时墩受28m长钢梁的风载为FW3=szw0A=1×1.2×0.511×28×3.1=53KN=5.3t合计钢梁受风力为(11.1+5.3)=16.4t作用位置：风载作用于临

18、时（+60.7+3.1/2）=+62.25m处。对岸上临时墩进行结构研究，满载时，钢梁风荷载通过分配梁将风载传至临时墩墩顶，产生风载水平力和弯矩，F箱风=16.4t，M箱风=16.4×（41.55-35）=106.6t.m，通过分配梁平均分配至各钢管桩顶，共有8个桩顶。图21 岸上临时墩钢箱梁极大风速载荷示意图3.7、边界条件依据实际情况对岸上临时墩底部约束。图22 岸上临时墩约束示意图4、许用应力按钢结构设计规范（2003）许用应力：钢材Q235b取170MPa、Q345b取233MPa。5、计算结果经计算得到各主要结构的应力如下表1至表6,各应力、变形图见附图；表1 临时墩梁单元

19、应力结果工况钢管桩许用梁单元合成应力钢管桩梁单元合成应力连接系许用梁单元合成应力连接系钢管梁单元合成应力z / MPaz / MPaz / MPaz / MPa一23345.917072.9二23390.217083.9三233140170122表2 临时墩8个钢管桩支承反力工况R1（t）R2（t）R3（t）R4（t）R5（t）R6（t）R7（t）R8（t）一-96.0217.7645.92147.96-95.6117.7645.92144.9二90.2230.61256.12384.6987.96227.55253.06379.59三352.04490.82512.24624.49-152.

20、04-23.06-13.78118.37表3 临时墩变形结果工况横向X（mm）纵向Y（mm）垂直Z（mm）一28.30.2-1.71二33.22.31-7.78三30.772.4-11.6表4 岸上临时墩梁单元应力结果工况钢管桩许用梁单元合成应力钢管桩梁单元合成应力连接系许用梁单元合成应力连接系钢管梁单元合成应力z / MPaz / MPaz / MPaz / MPa一17047.817026.6二17098.5170115表5 岸上临时墩8个钢管桩支承反力工况R1（t）R2（t）R3（t）R4（t）R5（t）R6（t）R7（t）R8（t）一81.6393.1687.4597.7681.9493.4787.7698.06二120.41130.61123.47131.6348.3756.9451.6358.78表6 岸上临时墩变形结果工况横向X（mm）纵向Y（mm）垂直Z（mm）一5.680.70-1.92二3.3824.4-2.496、结论临时墩结构强度及刚度满足要求。附录：各工况变形及等效应力云图图1工况一钢管桩梁单元最大联合应力（Pa）图2工况一钢管桩梁单元最小联合应力（Pa）图3工况二钢管桩梁单元最大联合应力（Pa）图4工况二