钢箱梁顶推临时支架及吊装点应力计算

1、2013年度优秀科技论文（技术总结） 钢箱梁顶推临时支架及吊装点应力计算钢箱梁顶推临时支架及吊装点应力计算【内容提要】哈尔滨进乡街高架桥，钢箱梁顶推平台临时支架基础作为临时支架及未焊接完成钢箱梁的基础，承受临时支架及钢箱梁的全部重量。吊装点作为吊装过程吊装设备与所吊钢箱梁的连接点，需要承受所吊钢箱梁的全部重量。因此，临时支架的承载力计算以及吊装点计算至关重要。【关 键 词】钢箱梁；临时支架；吊装；计算1.前言随着我国桥梁建设的发展，大跨度钢箱梁的顶推架设已成为桥梁建设的一个重要发展方向。由于，钢箱梁顶推施工需要将预制钢箱梁进行现场拼装，钢箱梁顶板，腹板，底板均为现场焊接。因此，需要搭设施工平台

2、，而施工平台需要临时支架进行支撑。在吊装过程中，吊装点作为吊装设备与钢箱梁的连接点，它的位置设置以及焊接形式直接影响吊装过程的安全。2. 工程概况本项目为哈尔滨市进乡街高架桥工程，我公司负责部分为高架桥上跨铁路拉滨下行线、香孙线、孙新线及站线和林机厂专用线，上跨铁路钢箱梁长131.672m。桥跨结构为40.836m+50m+40.836m，分别为27#-28#、28#-29#、29#-30#墩，梁高2 m，钢箱梁宽是变截面结构，从25.3m渐变至15.8m；主梁钢结构总重1798T；钢箱梁采用全焊钢箱梁四箱结构；钢箱梁架设采用顶推方式，需要在现场对钢箱梁进行逐段拼装，其中最重段为91.8t。我

3、公司所承担的上跨铁路桥工程为全线重点难点工程。3.临时支架设计与应力计算3.1临时支架基础设计与应力计算3.1.1基础类型采用锥型柱基，计算形式为验算截面尺寸 平面简图 剖面简图3.1.2基本参数3.1.2.1依据规范建筑地基基础设计规范（GB 500072002）混凝土结构设计规范（GB 500102002）简明高层钢筋混凝土结构设计手册（第二版）3.1.2.2几何参数已知尺寸：B1 = 3250 mm, A1 = 3250 mmH1 = 500 mm, H2 = 1000 mmB = 1200 mm, A = 1200 mm无偏心：B2 = 3250 mm, A2 = 3250 mm基础埋

4、深d = 2.50 m 钢筋合力重心到板底距离as = 80 mm 3.1.2.3荷载值作用在基础顶部的标准值荷载Fgk = 3000.00 kNFqk = 80.00 kNMgxk = 600.00 kN·mMqxk = 0.00 kN·mMgyk = 600.00 kN·mMqyk = 0.00 kN·mVgxk = 0.00 kNVqxk = 0.00 kNVgyk = 0.00 kNVqyk = 0.00 kN作用在基础底部的弯矩标准值Mxk = MgxkMqxk = 600.000.00 = 600.00 kN·mMyk = Mgyk

5、Mqyk = 600.000.00 = 600.00 kN·mVxk = VgxkVqxk = 0.000.00 = 0.00 kN·mVyk = VgykVqyk = 0.000.00 = 0.00 kN·m绕X轴弯矩: M0xk = MxkVyk·(H1H2) = 600.000.00×1.50 = 600.00 kN·m绕Y轴弯矩: M0yk = MykVxk·(H1H2) = 600.000.00×1.50 = 600.00 kN·m作用在基础顶部的基本组合荷载不变荷载分项系数rg = 1.20活

6、荷载分项系数rq = 1.40F = rg·Fgkrq·Fqk = 3712.00 kNMx = rg·Mgxkrq·Mqxk = 720.00 kN·mMy = rg·Mgykrq·Mqyk = 720.00 kN·mVx = rg·Vgxkrq·Vqxk = 0.00 kNVy = rg·Vgykrq·Vqyk = 0.00 kN作用在基础底部的弯矩设计值绕X轴弯矩: M0x = MxVy·(H1H2) = 720.000.00×1.50 = 720.

7、00 kN·m绕Y轴弯矩: M0y = MyVx·(H1H2) = 720.000.00×1.50 = 720.00 kN·m3.1.2.4材料信息混凝土： C25钢筋： HRB335(20MnSi)3.1.2.5基础几何特性底面积：S = (A1A2)(B1B2) = 6.50×6.50 = 42.25 m2绕X轴抵抗矩：Wx = (1/6)(B1+B2)(A1+A2)2 = (1/6)×6.50×6.502 = 45.77 m3绕Y轴抵抗矩：Wy = (1/6)(A1+A2)(B1+B2)2 = (1/6)×6

8、.50×6.502 = 45.77 m33.1.3临时支墩计算过程3.1.3.1修正地基承载力修正后的地基承载力特征值 fa = 150.00 kPa3.1.3.2轴心荷载作用下地基承载力验算计算公式：按建筑地基基础设计规范（GB 500072002）下列公式验算：pk = (FkGk)/A(5.2.21)Fk = FgkFqk = 3000.0080.00 = 3080.00 kN Gk = 20S·d = 20×42.25×2.50 = 2112.50 kN pk = (FkGk)/S = (3080.002112.50)/42.25 = 122.9

9、0 kPa fa，满足要求。3.1.3.3偏心荷载作用下地基承载力验算计算公式：按建筑地基基础设计规范（GB 500072002）下列公式验算：当eb/6时，pkmax = (FkGk)/AMk/W(5.2.22) pkmin = (FkGk)/AMk/W(5.2.23)当eb/6时，pkmax = 2(FkGk)/3la(5.2.24)X、Y方向同时受弯。偏心距exk = M0yk/(FkGk) = 600.00/(3080.002112.50) = 0.12 me = exk = 0.12 m (B1B2)/6 = 6.50/6 = 1.08 mpkmaxX = (FkGk)/SM0yk/

10、Wy = (3080.002112.50)/42.25600.00/45.77 = 136.01 kPa偏心距eyk = M0xk/(FkGk) = 600.00/(3080.002112.50) = 0.12 me = eyk = 0.12 m (A1A2)/6 = 6.50/6 = 1.08 mpkmaxY = (FkGk)/SM0xk/Wx = (3080.002112.50)/42.25600.00/45.77 = 136.01 kPapkmax = pkmaxXpkmaxY(FkGk)/S = 136.01136.01122.90 = 149.12 kPa 1.2×fa =

11、 1.2×150.00 = 180.00 kPa，满足要求。3.1.3.4基础抗冲切验算计算公式：按建筑地基基础设计规范（GB 500072002）下列公式验算：Fl 0.7·hp·ft·am·h0(8.2.71)Fl = pj·Al(8.2.73)am = (atab)/2(8.2.72)pjmax,x = F/SM0y/Wy = 3712.00/42.25720.00/45.77 = 103.59 kPapjmin,x = F/SM0y/Wy = 3712.00/42.25720.00/45.77 = 72.13 kPapjmax

12、,y = F/SM0x/Wx = 3712.00/42.25720.00/45.77 = 103.59 kPapjmin,y = F/SM0x/Wx = 3712.00/42.25720.00/45.77 = 72.13 kPapj = pjmax,xpjmax,yF/S = 103.59103.5987.86 = 119.32 kPa柱对基础的冲切验算：H0 = H1H2as = 0.501.000.08 = 1.42 mX方向：Alx = 1/4·(A2H0A1A2)(B1B2B2H0) = (1/4)×(1.202×1.426.50)(6.501.202&#

13、215;1.42) = 6.48 m2Flx = pj·Alx = 119.32×6.48 = 773.44 kNab = minA2H0, A1A2 = min1.202×1.42, 6.50 = 4.04 mamx = (atab)/2 = (Aab)/2 = (1.204.04)/2 = 2.62 mFlx 0.7·hp·ft·amx·H0 = 0.7×0.94×1270.00×2.620×1.420= 3114.50 kN，满足要求。Y方向：Aly = 1/4·(B2

14、H0B1B2)(A1A2A2H0) = (1/4)×(1.202×1.426.50)(6.501.202×1.42)= 6.48 m2Fly = pj·Aly = 119.32×6.48 = 773.44 kNab = minB2H0, B1B2 = min1.202×1.42, 6.50 = 4.04 mamy = (atab)/2 = (Bab)/2 = (1.204.04)/2 = 2.62 mFly 0.7·hp·ft·amy·H0 = 0.7×0.94×1270.0

15、0×2.620×1.420= 3114.50 kN，满足要求。3.1.3.5基础受压验算计算公式：混凝土结构设计规范（GB 500102002）Fl 1.35·c·l·fc·Aln(7.8.1-1)局部荷载设计值：Fl = 3712.00 kN混凝土局部受压面积：Aln = Al = B×A = 1.20×1.20 = 1.44 m2混凝土受压时计算底面积：Ab = minB2A, B1B2×min3A, A1A2 = 12.96 m2混凝土受压时强度提高系数：l = sq.(Ab/Al) = sq.(1

16、2.96/1.44) = 3.00 1.35c·l·fc·Aln = 1.35×1.00×3.00×11900.00×1.44 = 69400.80 kN Fl = 3712.00 kN，满足要求。3.1.3.6基础受弯计算计算公式：按简明高层钢筋混凝土结构设计手册（第二版）中下列公式验算：M=/48·(La)2(2Bb)(pjmaxpjnx)(11.47)M=/48·(Bb)2(2La)(pjmaxpjny)(11.48)柱根部受弯计算：G = 1.35Gk = 1.35×2112.50 =

17、2851.88kN-截面处弯矩设计值：pjnx = pjmin,x(pjmax,xpjmin,x)(B1B2B)/2/(B1B2)= 72.13(103.5972.13)×(6.501.20)/2/6.50= 90.76 kPa M = /48·(B1B2B)22(A1A2)A(pjmax,xpjnx)= 1.0306/48×(6.501.20)2×(2×6.501.20)×(103.5990.76)= 1664.50 kN·m-截面处弯矩设计值：pjny = pjmin,y(pjmax,ypjmin,y)(A1A2A)/2

18、/(A1A2)= 72.13(103.5972.13)×(6.501.20)/2/6.50= 90.76 kPa M = /48·(A1A2A)22(B1B2)B(pjmax,ypjny)= 1.0306/48×(6.501.20)2×(2×6.501.20)×(103.5990.76)= 1664.50 kN·m-截面受弯计算：相对受压区高度： = 0.010730 配筋率： = 0.000426 < min = 0.001500 = min = 0.001500计算面积：2250.00 mm2/m-截面受弯计算：相

19、对受压区高度： = 0.010730 配筋率： = 0.000426 < min = 0.001500 = min = 0.001500计算面积：2250.00 mm2/m3.1.4临时支墩计算结果3.1.4.1 X方向弯矩验算结果计算面积：2250.00 mm2/m采用方案：D18100实配面积：2544.69 mm2/m3.1.4.2 Y方向弯矩验算结果计算面积：2250.00 mm2/m采用方案：D18100实配面积：2544.69 mm2/m经过计算临时支架基础设计满足要求。3.2临时支架的设计与应力计算由于顶推部分钢箱梁为变宽桥体，临时支架布置要尽可能使各临时支架承担相近的荷载

20、，同时还要避开桥下支座位置，以便顺利落架安装；临时支架结构形式为钢管立柱矩阵，参照支座平面布置图，拟在直线侧距桥边2.2米、11.2米、21.55米处设置3排共九个临时支架。在临时支架计算过程中，为使计算更为准确，因此采用手算与迈达斯软件相结合的计算方式。临时支架布置图3.2.1临时支架设计与应力计算计算模型计算模型支座反力节点位移结构内力-弯矩结构内力-轴力主梁验算立柱验算人字柱验算验算结果经过使用迈达斯软件的计算临时支架设计满足要求。3.2.2临时支架反力计算3.2.2.1 28#支架柱最大轴力桥体高度较支架梁大很多，在悬挑端倾覆力矩的作用下，除27#28#支柱附近的桥体，支架上桥体有脱离

21、支架梁的趋势，经分析28#墩台处支架承受85%的桥重，N28=(10717+500+700)*1.4*0.85=16680*0.85= 14180 KN（支架3、2、1、分别承担4251 KN 、6381 KN 、6381 KN ）3.2.2.2 27#28#中间支架柱最大轴力桥体铺满拼装支架时，中间支架柱受力最大N2728中=（4371+1000+500）*1.4= 8219 KN（支架6、5、4分别承担2466 KN 、3700 KN 、3700 KN）3.2.2.3 27#支架柱最大轴力桥体铺满拼装支架时，支架柱受力最大N27=（2428+500+800）*1.4= 5220 KN（支架

22、9、8、7分别承担1566 KN 、2349 KN 、2349 KN）3.2.2.4 支架柱水平反力桥体在拼装支架上的滑移摩阻力为桥体构件和滑轨间的内力，由其自身内部平衡，不对支架产生水平力；当导梁滑上29#墩台及之后的滑移过程中，29#墩台上的摩阻力将反作用于拼装支架，使其受水平力；此时的摩阻力为V=29#墩台承受的最大竖向力*摩察系数=（7893/2+550）*1.2*0.1=540KN(滑道1、2、3、分别承担162 KN 、243KN 、243KN)3.2.2.5支架柱横向风荷作用力Vwy=0.55*1.3*1.25*2=1.788KN/M在导梁腹板开孔减小横向受风面积，增加导梁的侧向稳定性。4吊装点设计与计算4.1吊装点设置的原则根据构件实际情况设置吊装点，在横向纵向隔板交界处设置；吊装点采取坡口焊形式焊接于上桥面板；吊装点设置的方向按下图方式布置；吊装点设置4.2 吊装点工作时为铰接，与吊环相连接4.3 吊装点计算书吊装点设计采用Q345QE材质钢材吊索拉力设计值计算：T=827KN×2=