京沪高铁托架计算书

悬浇托架计算书一、工程概况京沪高速铁路土建六标五工区第四作业工区承建阳澄湖桥段位于昆山境内，标段范围：DK1252+017.79~DK1256+911.65，里程长度4.89km。主要工程内容：五座连续梁，分别为：跨娄江连续梁(70m+136m+70m)、跨沪宁铁路连续梁(40m+72m+40m)、跨江浦路连续梁(40m+72m+40m)、跨朝阳西路连续梁(40m+56m+40m)、跨通澄南路连续梁(40m+56m+40m)。连续梁全部为实体方墩，墩身尺寸9X3.8米。连续梁上部结构采用挂篮悬浇法施工。0#、1#块采用托架现浇。0#块、1#块节段长度分别为9米，3.5米。在安全、经济的原则下，对托架进行设计、验算。二、计算依据及参考资料1、 时速350公里客运专线铁路无碴轨道现浇预应力混凝土连续梁(双线)铁路工程建设通用参考图一铁道部经济规划研究院发布；2、 《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-2005J461-2005)；3、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》 (TB10002.3-2005J462-2005)；4、 《结构设计原理》叶见曙——人民交通出版社；5、 《钢结构原理与设计》王国周——清华大学出版社；6、 《结构力学教程》龙驭球包世华——高等教育出版社；三、整体设计0#块、1#块悬出部分长6.1m。设计托架横梁长6.1米。根据安全，经济的原则，并保证托架拆装的方便性，拟采用如下结构：墩身每侧布置两片托架。安装时，先将托架吊装放置于牛腿上，然后将其竖梁上部用JL32精轧螺纹钢与墩身锚固即可。托架外框横梁、斜撑、左侧竖杆均采用双［36c格构式杆件。内框竖、横、斜杆均采用单［36c型钢。杆件之间均用螺栓联结。墩身托架布置图附后。图一：设计模型四、计算分析内容1、 牛腿受力以及牛腿底部混凝土局部承压计算2、 JL32预应力拉杆计算3、 各杆件的强度、刚度、稳定性验算4、 各杆螺栓联结结点设计、验算五、计算简图1、计算荷载56m跨悬浇梁1#块体积52方,0#块悬出部分2.6米，体积41方。浇注方量为：52＋41=93方考虑施工荷载40吨（模板、机具、人员、辅助物等）。总荷载：93X2.5+40=272.5吨单个托架荷载：272.5/2=136吨在保证安全性的原则下,为简化计算,在平均分配梁体与支架、模板荷载的前提下,考虑1.3倍安全系数。按以上原则,则分配单个托架的最不利计算荷载如下：单个托架计算荷载：F=136X1.3=177（吨）=1770KN按6.1米长布置均布荷载：q=1770/6.1=290KN/m2、简化模型上部JL32拉杆简化为受拉链杆,下部牛腿支撑简化为固定铰支座。各型刚构件之间采用连接板螺栓联结,全部简化为铰结。横梁长6.1米,受均布荷载,简化计算模型如下（横梁长度扣除180mm）：P/'.1...11111图二：计算模型六、计算、验算方法托架的设计采用近似概率极限状态法。托架与墩身联结，整体为静定结构。但托架内部为超静定，有3个多余约束。结构整体分析简化为平面杆件模型，采用矩阵位移法进行计算。运用辅助软件：结构力学求解器version1.5（清华大学土木系结构力学教研室）。将托架结构划分为7个结点，10个单元。离散情况见下图：图三：结构单元划分七、计算结果1、支座反力首先对结构进行整体分析，求支座反力，如下图所示对结点1取矩，由E1=0；TX4.82—qX6.1/2=0T=1119KN向左由整体Ex=0,Ey=0;得：N=1119KN向右F=1770KN向上l=：jr；'f：KNZrl=：jr；'f：KNZr图四：外力图N—2、内力和变形采用矩阵位移法并结合结构力学求解器，求得各杆件内力。1）、轴力如下图所示，杆件轴力受压为负，显示蓝色。受拉为正，显示为红色。

单元(2)受最大压力1486KN单元(2)受最大压力1486KN；单元(7)受压力955KN；单元(8)受最大拉力1057KN；其中单元(8)以及单元(9)受负弯矩157KN.m。单元(9)以及单元(10)受最大负弯矩175KN.m。

3）、剪力结构剪力如下图所示图七：剪力图34181834315W0.W2342S0.S3-357(JS1.66-4144519.17图七：剪力图34181834315W0.W2342S0.S3-357(JS1.66-4144519.174）、变形将结构整体变形图放大后显示如下图图八：变形图5号结点最大沉降量为4mm;6号结点最大沉降量为6mm;托架变形可以满足要求。八、 牛腿及底部混凝土承压验算根据前面计算的支座反力结果，牛腿承受向下压力为1770KN。每个牛腿由四块S=30mm钢板插入预埋盒组成。牛腿具体尺寸及设置见后附图。每块钢板受力:f=1770/4=443KN抗剪截面积：At=400mmX30mm=12X10smm2剪切应力：t=443X103N/12X10smm2=37MPa</=115MPa即牛腿满足要求。局部承压混凝土配间接钢筋（矩形钢筋网片），具体布置见后附图。混凝土局部承压面积:A=500mmX200mm=100X103mm2c压应力b=1770X103N/100X103mm2f=18MPa<35Mpa即混凝土局部承压满足要求。九、 预应力拉杆计算根据以上计算，上部链杆受拉力1119KN采用e32精轧螺纹钢，其屈服强度为830MPa。每根钢筋受力T'830X322X3.14/4=667KN采用三根①32精轧螺纹钢。

十、构件强度验算Q235钢强度设计值采用抗拉、压、弯抗剪Q235钢强度设计值采用抗拉、压、弯抗剪单［36a截面特性如下：x轴惯性矩y轴惯性矩x轴截面弯曲模量y轴截面弯曲模量截面积钢材弹性模量：fv=115MPaI=13400X10-8m4xI=536X10-8m4yW=746X10-6m3xW=70X10-6m3yA=75.31X10-4m2E=2.06X1011Pa根据前文内力计算结果，单元(2)受最大压力1486KN;单元(8)受最大拉力1057KN并在结点5处受负弯矩157KN.m,单元(9)受最大负弯矩175KN.m；上述三处为控制性截面。分别对单元(2)、单元(8)和单元(9)进行强度验算。1、单元(2)强度验算该单元只受轴力,不受弯矩,剪力二N/A=1486X103N/(2X75.31X10-4)m2=99MPa<f=200MPa即单元(2)强度满足要求2、单元(8)强度验算单元(8)按拉弯构件计算。该单元在右端截面(5号结点处)

既受轴力，又受弯矩、剪力，为最危险截面，且腹板与翼板连接处纤维（a点）应力最大，为该截面最危险点。以该处纤维不进入塑性状态考虑极限荷载：图九：截面应力计算图九：截面应力计算轴力引起拉应力：O=N/A=1057X103N/(2X75.31X10-4m2)=70MPa弯矩引起拉应力：O=M/W=157X103N.m/(2X746X10-6m3)=105MPaM剪应力p=VS/(Ib)简化为：T=V/(hd)=342X1O3N/(2X360X13mm)=36.5MPa<f=125O=O+O=70+105=175MPa<f=200MPaNM折算应力：Oeq二Jo2+3T2=J1752+3X36.52=186Mpa〈l.lf=220MPa即单元（8）强度满足要求。可考虑在5号节点顶部对横梁进行加强！3、单元（9）强度验算6号结点上翼缘处为最危险点轴力引起拉应力：

ON二N/A=675x103N/(2x75.31X10-4m2)=45MPa弯矩引起拉应力：O=M/W=175Xl03N.m/(2X746X10-6m3)=117MPaM剪应力p^VS/(Ib)简化为：T=V/(hd)=319X103N/(2X360X13mm)=34MPa<f=125O=O+O=45+117=162MPa<f=200MPaNM折算应力：Oeq二Jo2+3T2=J1622+3X342=172Mpa〈l.lf=220MPa即单元(9)强度满足要求。十一、斜撑压杆稳定性验算根据前文内力计算结果，斜撑即单元(2)、(7)为压杆，且长度最大，为整个结构稳定性的控制杆件。需进行稳定性验算。其受剪力和弯矩较小，按轴心受压构件考虑。忽略斜撑中间的支撑杆件，并全部按单元(2)的最大压力计算。计算长度取6米。受压N=1486KN。杆件截面如下图。双［36c截面如右图所示,为b类截面，计算参数及截面特性如下：y轴回转半径：iy=134mm1-1轴回转半径：i1=27.3mm1-1轴边矩：y0=24.4mm1-1轴惯矩：I1=4.55X106mm41x受压柱容许长细比:［九］=1501x截面积：A=15062mm2计算长度：l二l二6moxoy缀板净间距l二600mm，厚度5=10mm，咼度h二210mm01b分肢轴线间距c二h-2y二360-2x24.4二311.2mm01、 验算绕y轴整体稳定性：九=//i=6000/134=44.8<［九］=150满足，yoyy由《钢结构》附表5-2,根据九=43查Q235钢b类截面，得整体稳定系数甲=0.887,NA)=1486X103/(0.887X15062)=111MPa<f=200MPay轴稳定性满足要求。2、 验算绕x轴整体稳定性：(格构式绕虚轴需按换算长细比验算)X轴回转半径：i=J(c/2)2+ij二J(311.2/2)2+27.32=158mm,长细比：九二6000/158二38,x换算长细比：九=02+九2*382+222二44<［九］二150满足，ox x 1由《钢结构》附表5-2,根据九=44查Q235钢b类截面，得整体稳定系数甲=0.882,NA)=1486X103/(0.882X15062)=112MPa<f=200MPa，X轴稳定性满足要求。3、验算分肢稳定性：

分肢长细比九二l/-=600/27.3=221011因为X<0.5九二44,无须验算单肢整体稳定和强度；单肢1max采用型钢,也不必验算分肢局部稳定。4、缀板验算：1）、柱的剪力V1）、柱的剪力V/235二15062x200/85=35.4KN每个缀板面剪力V二V/2二17.7KN高度h高度hb207mm二210mm>-c二-x311.2207mm33t二10mm>c/40二7.78mmb相邻缀板中心距l二l+h二600+210=810mm1o1b缀板线刚度之和与分肢线刚度比值：工I/c2x(10x2103/12)/311.2 厂b二二8.8>6/1 4.55X106/810II缀板构造满足要求。2)验算缀板强度弯矩M二V1/2二17.7x810/2二7168.5KN-mmb1 11剪力V二V1/c二17.7x810/311.2二46KNb1 11q=6M/th2=6x7168.5x103/(10x2102)b1bb二97MPa<f二20MPat二1.5V/th二1.5x46x103/(10x210)b1bb二33MPa<f二125MPav缀板强度满足要求。3）缀板焊缝计算

采用三面围焊。计算时偏于安全地只取端部纵向焊缝，210mm，焊脚尺寸h=8mm。1M、 *、_「1/6M、 .V、b1)2+(—)2= ( bi—)2+( bi )2pWA 1.50.7hh2 0.7hhff f fb fbJ丄戶5791”03+(心103\'1.50.7x8x2102 0.7x8x210=119Pa<wf=160MPa满足要求。10.9级10.9级各杆件间的结点采用双5二12mm和双6二20mm连接板,M27高强螺栓连接,孔径28mm。螺栓抗剪强度设计值fb=130MPav承压强度设计值 fb=305MPac抗拉强度设计值 fb=170MPat螺栓承受剪力时,一个螺栓的承载力设计值为抗剪：Nb=nCid2/4)fb=lxCix272/4)x130二74KN抗剪：vvv承压：Nb=d工tfb=27x9x305=74KNcc取小值：N