临时墩结构计算报告(DOC)

1、同济大桥钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元计算书标记数量 修改单号签字期审核朿郴审运口期订箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第2页1、说明临时墩总高 40m,支承结构采用 8 根1420X14mm 钢管桩，材质为 Q345B,联结系采用630X10mm 钢管，材质为 Q235B，管底设置 50 (PSB830)精轧螺纹钢锚杆岸上临时墩支承结构采用 8 根1020X10mm 钢管桩，结构型式与水中临时墩相同，联结系采用377X8mm 钢管，材质均为 Q235B。临时墩基础采用扩大基础，尺寸为 10mX8mX1.5m 承台，临时墩钢筋砼基础埋深为 2m图 2

2、 岸上临时墩结构图钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第3页2、临时墩强度校核2.1、有限元模型根据图纸对临时墩建模，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；丫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E= 2.1X011Pa；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

3、；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，大钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第4页风风载，最高通航水位水流力，船舶横桥向撞击;钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第 4 页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=1585.22t。作用位置：平均加载于钢管桩顶，贝 U 单根钢管桩受力为图 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

4、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，钢一钢摩擦系数取0.1,则有单个临时墩最N=710.5- (-874.72)1585.22/8=198t。钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第6页大顶推力为 1585X0.1=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=158.5X钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第7页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,

5、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，贝U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=卩s卩zW0A =1X1.14X0.3X13.2X1.42=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钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第8页极大风速为 V=28m/s，空气密度 r 取 1.25KN/m3,钢箱梁顶

6、推临时墩结构强度有限元直接计算书第9页w0= - = -X1.25X 28 6 = 511PW2=卩syzW0A =1X1.14X0.49X13.2X1.42=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。(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 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卩s=1.3,单榀桁架的体型系数卩st=卩S=0.3X1.3=0.39,桁片间距 b=6.2m

7、.高度 h=3.1m,四榀桁架的体型系数:导梁风力为:FPW3=卩syzwo=mstw卩zW=1.066X1.2X300 =384Pa,FW3= PW2A=0.384X55X3.1=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=ysyzw0A=1X1.2X0.300X72.5X3.1=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=+62.25m 处。-5 摞“曲处1 hSt0.25 =1066图 8 临时墩极大风速载荷示意图钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第10页对临时墩

8、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=14.6X(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。(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。Wo=lpra= lxl25x 28.62=51LKHi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，型钢焊接而成的导梁风荷体型系数卩s=1.3,单榀桁架的体型系数卩st= 卩s=

9、0.3X1.3=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=卩s zw0=mstw卩zw=1.066X1.2X490 =627.2Pa,FW3= PW2A=0.6272X55X3.1=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=卩szwA=1X1.2X0.511A图 9 临时墩钢箱梁平均风速载荷示意图1-0.75* = 0.39x= 1.066钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第11页X72.5X3.1=137.8KN=13.8t合计钢梁受风力为(10.7+13.8)=24.5t作用位置

10、：风载作用于临时(+60.7+3.1=+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=24.5X(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)公路桥涵设计通用规范(JTJ021 89) (2.3.10) 公

11、 式：gV2P= KA(kN)2g式中：丫一水的容重，丫 =10 kN/m3V 设计流速，V=3m/sA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。钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第12页水面最大水流力为：钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第13页in=0.8冥1.42其土一 =5.2Q2g2x9 81则有单根钢管桩水流力 P=ph/2=5.2X24.5/2/10=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140to

12、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。p =KA-钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第14页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；丫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、单元与网格钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第15页模型中主

13、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E= 2.1X011Pa；Poisson 比 =0.3;密度=7850 kg/m3。3.5、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，

14、则有临时墩单根钢管自重加分配梁自 重得:42/8+7=12.25t。钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第16页图 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，钢一钢摩擦系数取 0.1, 则有单个临时墩最大顶推力为 675X0.1=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=67.5X5=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

15、平均为 300Pa,梁底标高约为 60.7m,贝 U 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：钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第 13 页Pwi=卩s卩zwoA =1X1.14X0.3X11.8X1.02=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 r 取 1.25kg/m3,131了wD= -pV2= -x 1.25冥2R JT = 511KPaPW2=卩s zwoA =1

16、X1.14X0.49X11.8X1.02=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。钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第18页钢导梁风载钢导梁 55m，为 4 榀型钢桁架式结构，挡风系数暂定为=0.3m，型钢焊接而成的导梁风荷体型系数卩s=1.3,单榀桁架的体型系数卩st= 卩s=0.3X1.3=0.39,桁片间距 b=6.2m.高度 h=3.1m,四榀桁架的体型

17、系数:“7厂*牆=询导梁风力为:PW3=卩s卩zwo=叽 卩zw=1.066X1.2X300 =384PaFW3= PW2A=0.384X55X3.1=65.47KN=6.5t钢梁风荷载，单个临时墩受 28m 长钢梁的风载为 FW3=卩s卩zw0A=1X1.2X0.300X28X3.1=31KN=3.1t合计钢梁受风力为(6.5+3.1)=9.6t作用位置：风载作用于临时(+60.7+3.1=+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=9.6X(41.55-35) =62.88t.m,通过分配梁平均分配

18、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，钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第19页风压高度系数取 1.2。毗尸=1x13x28.6丄=511杭丁1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，型钢焊接而成的导梁风荷体型系数卩s=1.3,单榀桁架的体型系数卩st=卩s=0.3X1.3=0.39,桁片间距 b=6.2m.高度 h=3.1m,四榀桁架的体型系数:口:“址巴兰“如整備I

19、刀1 - 0.75QJ5导梁风力为:PW3=卩s卩zwo= % 卩zW=1.066X1.2X511 =653.7PqFW3= PW2A=0.6537X55X3.1=111.4KN=11.1t钢梁风荷载，单个临时墩受 28m 长钢梁的风载为 FW3=UzW0A=1X1.2X0.511X28X3.1=53KN=5.3t合计钢梁受风力为（11.1+5.3）=16.4t作用位置：风载作用于临时（+60.7+3.1=+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=16.4X（41.55-35） =106.6

20、t.m，通过分配梁平均 分配至各钢管桩顶，共有 8 个桩顶。钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第20页图 21 岸上临时墩钢箱梁极大风速载荷示意图钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第 16 页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

21、应力az/ MPaaz/ MPaaz/ MPaaz/ MPa一一一23345.917072.9-二23390.217083.9-三233140170122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)一一一-96.0217.7645.92147.96-95.6117.7645.92144.9二二90.2230.61256.12384.6987.96227.55253.06379.59三三352.04490.82512.24624.49-152.04-23.06-13.78118.37钢箱梁顶推临时墩结构强

22、度有限元直接计算书第22页表 3临时墩变形结果工况横向 X （ mm）纵向 Y (mm)垂直 Z（ mm）一一一28.30.2-1.71二二二33.22.31-7.78-三30.772.4-11.6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a/ MPaa/ MPaa/ MPaa/ MPa一一一17047.817026.6二二二17098.5170115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)一一一81.6393

23、.1687.4597.7681.9493.4787.7698.06二二二120.41130.61123.47131.6348.3756.9451.6358.78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)一一一5.680.70-1.92二二二3.3824.4-2.496、结论临时墩结构强度及刚度满足要求钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第23页附录：各工况变形及等效应力云图iFWsn SOOSrl20:498Ftifigr 1. A1 z-taTic：IJI：.誉宀上ar：:tw弟G5. PswrMlzCbn|t，neJ .At衍r图 1 工况一钢

24、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）I肿曲I 10+005 3?*QC-I4 axoid0t3ult_FnnMax J Ki-007 Nd 127Mn-1 b*，- ，W“PShw 2008门0Wor 3 20 6066Fnfii |. Al:討利匚：3山用耳.丘孑3焙却。二甘NJT CerW回：.At-4 Ep+G07:;-3 03+CC1:;-诵EAOCd 0i|4CO7二1XJ-2 81*00317+0073.8$*OQdeijlt_FriniMax742i-0tKMi,-JI. . .1 H肿iiFWan 200肋2frDei13或蘭加3.10+

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30、VERt eg图 20 工况三临时墩纵向变形（mm）5wed5.31-OC1；43 8&W：3.3500：2 SMO：2 41-OQ；1W3a.cxaje-3ut_FT :Ms-?：4C2FZ-N:5JHin j .Md 1Petra MOflri2-g-竹胎F iH -igs 5 Al Static - Ulj Ji. L妙叫帖2 si1m-ial. Z C-.riK IJI -l it MC.-N-.A - LF- zD,4X；H :cHfftjltFringeklmS竝*M ijlWd 1235Mr. d.I win-ts Nd 33822 0&OOS1 ?4-Oofl1

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32、7S4007Wdl20图 23 工况一岸上临时墩钢管桩梁单元最小联合应力（Pa)RatanSOUrl疊74呵914731? lFZCd*=nEjQ 1. Al iTafic F血汨匪L Bdr 399:99.悯邛帀Jim Cor-詞.AJOSTT中I防啾逐丁 一“i lDD?图 24 工况一岸上临时墩连接系钢管梁单元最大联合应力（g电斗心f；3 77XI 23-6-I 81*001-33&*Wde1auit_FririMa2 15f D07 5-Hd 2-24Mr-I 05-007 Kd 170Pa)钢箱梁顶推临时墩结构强度有限元直接计算书第32页 J-J J l: 3 /Ffimjn

33、 2. Al Static -ziijlj E 5tr.gt r. rirmi Q.mbriAi；. AT Cyntl3 4&*007u-39?74 E?4C0(IS+CVF-+CC1?-7 1：5.2&*OO7 .79*W7BJ炉00#-jdetajtLFnnMax-1 .ES+OT7 Nd7Mn 99*007 0 Nd 12GPairen2008ri 27-Del3 14:4737Fi-pn- I. Al 5TdTic 5ul.5tr.g&.Q.rnblnoe .At Cwnl-i4 79+ODI?37+CNd$15Mih-!.8+OO7NkJ2?3图 25 工况一岸上临时墩连接系钢管梁单元最小联合应力（Pa)Rsftm 2O08rl 27-DW-13 14 4761冃EIT2. Aloui.屈金.Er訣畑却 4=幣a:加M.IICmnUried. Q CnTgr3 69+CO7-2 97+K72 36*007-3 0(HO&7|1 74*WI 13W75.11*000J OS+OC0T EX细I 34tOO7I 96*0072.6 7*007S IJI+XTH-3別扣工芯(JetajtLFnriMax5.43i-0a7Nd 1埜Mn*3.0a4OO7Ndl2fi图