北塔承台双壁钢吊箱设计计算书

路桥集团第二公路工程局RBG.SECONDHIGHWAYENGINEERINGBUREAU路桥集团第二公路工程局RBG.SECONDHIGHWAYENGINEERINGBUREAU陕西省西安市丈八东路262号电话真18页主塔承台钢吊箱设计说明主塔承台钢吊箱设计说明一、钢吊箱总体结构布置钢吊箱内净尺寸取承台外轮廓尺寸，围堰外轮廓总长42m，总宽29.50m。吊箱结构由壁板、内支撑、悬吊系统、定位系统、底板五部分组成，其具体布置见下图。二、钢吊箱壁板系统钢吊箱壁板系统是由竖向钢箱、水平桁架和内外面板构成空间结构，双壁部分壁厚1.5m、高14m，顶标高+18m，底标高+4.0m。单壁部分高4m，顶标高+22m。竖向钢箱为壁板的主受力骨架，由12mm钢板组焊而成，钢板上焊接L75x6角钢加劲，在竖向钢箱上连接内支撑钢管。钢箱之间通过水平桁架相连，桁架间距根据水压力情况而设置，水平桁架采用12mm环形钢板和小型槽钢水平撑焊接而成，分别与壁板面板和钢箱焊接形成空间结构。图1钢吊箱壁板结构图（单位：cm）为保持钢吊箱封底后内外水位一致，在壁板上标高16m的高程位置共设置8个连通管，连通管的大样见图2。图2连通管（单位：cm）内面板采用6mm钢板，外面板底部9m受力较大采用8mm厚度，上部12m采用6mm厚度。内外面板均采用L100x6角钢加劲。三、钢吊箱内支撑系统钢吊箱内支撑系统是钢吊箱抽水后壁板抵抗水压力的内撑结构，承受较大的轴向压力和一定的自重弯矩。结合承台施工分层工艺，内支撑系统共布置两层，即标高+12.0m、+19.0m处各设置一层。均采用直径800mm，壁厚10mm的钢管。上下两层内支撑之间采用2[40对扣形成的箱形斜撑和2[32对扣形成的立杆连接成空间桁架结构。内支撑具体布置见下图。图3内支撑平面布置（单位：cm）图4内支撑立面布置（单位：cm）四、钢吊箱定位系统钢吊箱定位系统用于吊箱接近设计标高后，对吊箱的平面位置、倾斜姿态进行纠偏，确保精度。定位系统共布置10处，除迎水面布置4处外，其他三个方向各两处，每处布置30t螺旋式千斤顶2台。图5定位系统平面布置图图6水平定位系统图片水平内定位系统共分为二层，其顶面标高分别为+18m、+14m，共计16个。五、钢吊箱悬吊系统底板悬吊系统承受封底砼浇注过程中全部的竖向荷载（扣除浮力），悬吊系统采用2[20吊杆，两端通过铰板和连接销子，直接与底板及护筒连接图7钢吊箱悬吊系统立面布置图图8钢吊箱悬吊系统构造大样图主塔承台钢吊箱设计计算书主塔承台钢吊箱设计计算书一、概况1、承台规模鄂东长江大桥5#北主塔墩基础为深水基础，高桩承台,承台采用C35混凝土，承台厚8m，顺桥向宽29.5m,横桥向长42m，为矩形带直倒角承台。（1）水文条件各月平均水位表月份123456平均水位（m）9.139.2010.5012.9115.6417.29月份789101112平均水位（m）19.6518.8418.0616.4813.6410.70从表中统计资料可以看出：长江中游汛期出现在5~10月，历年最高水位及最大流量多出现在7~8月，最低水位及最小流量多出现在1~2月。（2）地质条件依据《湖北鄂东长江公路大桥基础资料报告》“斜拉桥北塔工程地质评价”-斜拉桥北塔位于长江之中,第四系砂类土覆盖层厚度25.4～30.3m，基岩面较平坦。基岩为灰色、灰褐色泥质粉砂岩、砂岩、砾岩和紫褐色安山岩。局部有破碎。细砂地层岩性：局部夹杂软塑-流塑亚粘土，层厚<25.0m。物理性质极限摩阻力35~45KPa,承载力：100~200KPa。二、钢吊箱结构初步设计方案1、控制工况对以下两种不利工况进行验算：（1）封底抽水后待浇筑首层混凝土（2）拆支撑后的不利工况（3）吊箱受力图示2、参数选取（1）水文条件按北岸工期总计划（见计划工期表），围堰不渡洪（6~9月）。因此，设计计算水位取施工期平均高水位+富裕高度，该方案在充分考虑施工期间水位后，取：+22.00m；（2）荷载类参数确定1）静水压强：10kN/m32）流速：V=+2.58m/s（多年实测最大流速）3）波浪冲击力：浪高1.5m。（假定数值）4）基本风压力：0.35KPa,设计基本风速：23.9m/s。（3）钢吊箱设计结构参数1)钢吊箱平面内净尺寸：42m×29.5m，四角为795×380cm倒角（横×顺）。（与承台尺寸相同，考虑吊箱围堰侧板兼作承台模板）；2)钢吊箱顶面标高：+22.0m（防浪板高：205cm，顶标高：+24.05m）；3)钢吊箱底面板标高：+4.0m;4)内支撑设二层，下层:+12.0m；上层：+7.0m。5)封底混凝土厚3m。6)承台混凝土总高8m，按设计要求分两层浇筑。7)吊箱设计重量：1121t，吊箱高18m。（4）荷载组合1)水平：静水压力力+流水压力+风力+其它2)竖向：吊吊箱自重+封底混凝凝土重+浮力+其它。（5）设计依据规规范湖北鄂东长江公公路大桥A标招标文文件；《公路桥涵钢结结构及木结结构设计规规范》（JTJ0025-886）；《施工结构计算算方法与设设计手册》；《水下地基与基基础》《公路桥涵施工工技术规范范》3、设计验算、构件件型号确定定（1）吊桁架侧壁最最长标准单单元块设计计复核1）吊箱侧面板板板验算①荷载计算a、静水压力计算按20年一遇最最高设计水水位+24.00m计算。P静=γH=100×（24.005-4）=2055kPab、流水压力计算流水压力：式中：F1———钢吊箱所所受的水流流作用力，kN；ξ1——挡水形状系数,,矩形采用1.0，流线型型采用0.75；γ1——水的容重，100kN/mm3；A——钢吊箱入水部分分在垂直于于水流方向向上的平面面投影，取取1m2计算算。V——水的流速，VV=2m/s；g——重力加速度，gg=9.881m/ss2。按简化等代均布布荷载布置置。c、波浪力计算无可靠参数，依依据经验按按静水压力力最大值15%取值②工况一SAP22000单元建模模计算复核核：选最长标准块段段一进行局局部模型静静力计算。工况一模型面板板加载示意意图单位：KPa加载说明：吊箱箱悬浮状态态（未堵钻钻孔与底板板前）需内内部注水77m高，此此水头压力力对外面板板抵消部分分外荷载（整整体），对对内侧面板板产生一附附加净水压压力。建立立模型于两两面板分别别加载。a.面板受力力分析内侧壁壁板最大合合应力图(单位:N/mmm)外侧壁板板最大合应应力图(单位:N/mmm)面板中部最大合合应力maax=1588MPa；面板最大大合应力mmax=45MPaa分析：面板选用用=8mmAA3钢板。最最小应力小小于最大应应力,不做控制制内力。根根据应力图图，两钢箱箱内、外边边缘处应力力集中，内内力较大，尤尤其体现在在底部脚点点以及内支支撑位置处处，其余位位置应力小小于140MMPa。位于底底缘的应力力较大位置置通过局部部构造加强强予以解决决，不作为为面板选型型的控制内内力。底缘缘位置应力力较大处也也可由实际际施工中的的箱内混凝凝土抵抗。b.水平桁架受力计计算最大荷载处（++5ｍ处）箱箱内水平环环板桁架结结构计算结结果工况一标高+55处（底第第二层）水水平桁架受受力图单位：KPa分析：根据应力力图，两钢钢箱内、外外边角点处处应力集中中，内力较较大，由模模型建立结结点及面的的划分以及及取局部块建模和约束束的导致。边端部内内力通过该该处加强局局部构造解解决。此处处对具有代代表性位置置构杆件进进行强度及及稳定性验验算。验算各杆件内力力：ⅰ、I250*122mm弦杆杆（水平环环板）受力力验算位置：靠近钢箱箱点水平环板参数：：Wx=11.25EE-4；A=3..0E-33；Ix=11.5633E-5(单位:ｍ)控制内力：M22max==13.223KNmm;Vmaax=3..76KNN;N=665KN强度验算截面的强度满足足要求稳定性验算：式中：-平面内内受压构建建失稳系数数，查表；；--截面模量量发展系数数；--等效弯矩矩系数；--参数，=2EA/（1.12）计算长度度Lo=0.8LL=0.88×25..6=200.48ccm，ix=7.2，=Lo/ix=2.884,查表得=1.0，=1.22，=1.005，=2EA/（1.12）=5.554×100665000/((125000×1))+1.22×13..23×1103/(1..05×1125×11)=1226.2MMPa<11.4×1140=196MPPa。截面的稳定性满满足要求。水平桁架弦杆（环环板）选用用加工整体体扁钢板250××12mmm。ⅱ、设计双肢22L1000×1000×10腹杆验算算参数：Wx=550.122；A=2××19.2261=338.51122；(单位:cm))强度：，满足强强度要求。根据内力计算结结果，该处处位置置于于选用此型型号杆件，其其余位置选选用2L75**75*110(详见结构构图，下章章)。稳定性验算：根据《钢结构设设计规范》轴轴心受力杆杆件计算双肢等边2L1100×110组合界面面参数：Lox=108ccm;LLoy=1100cmmix==3.066cm;iy=44.6cmm=108/3..06=335;=1000/4..6=222等边双角钢绕对对称轴=222×（1+0..32）=29查表取较小的稳稳定系数得得：=0..918，稳定性满足要要求。水平桁架腹杆改改用2L1000×1000×10。c.竖肋受力分析X=6.70mm（近1/２跨径跨跨中）;X=12..45m（近近钢箱支点点）X=1.5583m（近近钢箱支点点）跨中x=6..7m竖肋肋各杆件件最大内力力情况：标高弯矩M2(KNm)剪力V3(KN))轴力P(KN)+4.5(外侧侧杆)5.828-0.62411.32+4.5内侧杆杆）7.18-8.646.2支点附近x==1.5883m竖肋肋各杆件件最大内力力情况：标高弯矩M2(KNm))剪力V3(KN))轴力P(KN)+5(外侧杆))-3.217.76170.2355+5~+11（外外侧杆）2.8-14.8Pmax=522.4支点x=12.455m竖肋各杆件高高最大内力力情况：标高弯矩M2(KNm)剪力V3(KN))轴力P(KN)+5(内侧杆))+5.52-4079.7ⅰ、验算X=6..7m跨中位置置竖肋内力力，取内侧侧杆+5位置竖肋界面：LL125××10截面：参数：Wx=339.977；A=244.3733；ix=3.885；(单位:cm))稳定性验算：计算长度L=88L0=0.88×1000=80ccm。=80//3.855=21，=0.9967，根据《钢结构设设计规范》查查表得:==3.142××206××106×24..4×100-4/（1.1××212）=102216=0.85，==1.055，()=11-0.88×7.22/102216=1=6200/((24377.3×00.9677)+0..85×77.18××103/(1..05×339.977)=1488MPa<<1.4××140=196MPPa。截面的稳定性满满足要求。ⅱ、支点x=122.45mm竖肋验算算竖肋界面：Ｌ1125×110等边角钢钢控制内力：M==5.522KNm；P=800KN。强度验算：参数：Wx=339.977；A=244.3733；ix=3.885(单位:cm))稳定性验算：计算长度L=00.8L00=0.88×1000=80ccm。=80//3.855=21，b类截面，==0.9667。根据《钢结构设设计规范》查查表得:==3.142××206××106×24..4×100-4/（1.1××212）=102216=0.967，=0.885，=1.005，()=11-0.88×80//102116=0.99937=80000//(24337.3××0.9667)+0.85×5..52×1103/(1..05×339.977×0.99937))=40++112..4==152..MPa<<1.4××140=196MPPa。截面的稳定性满满足要求。经验算其它位置置处均满足足强度及稳稳定性需求求。故，竖竖肋改用L1255×10的等边角角钢。d.依箱双壁板在最最不利何载载作用下整整体变形单位：cm最大位移出现在在标高+14m，吊吊箱封底顶顶面近一半半位置。[v]=3.55/15000=1//428<1/4000,满满足《公路路桥梁施工工技术规范范》规定的的结构表面面外露大块块模板规定定。③工况二计算分析析工况二：首层混混凝土浇筑筑完成，拆拆除下层支支撑后的，壁壁板上两支支点间距88m时，验验算壁板结结构受力。SAP20000建模型如如下图。A．整体模型约束束及加载布布置图荷载同工况一B、面板结构受力力分析内侧面板最大合合应力分布布88..4（单位：MPa）外侧面板最大合合应力分布布32((单位：MPa))分析：图示面板板的最大合合应力小于于第一工况况面板受力力，经验算算层面板块块受力均在在允许范围围内。面板板结构可靠靠。C、水平桁架结构构受力分析析+5标高1/2水平桁架架受力图+7标高1/2水平桁架架受力图+10标高1//2水平桁架架受力图+17标高1//2水平桁架架受力图分析:图示杆件内力均均小于第一一最不利工工况下的杆杆件受力,经验算各各层桁架杆杆件受力均均在允许范范围内。故故在选用第第一工况下下确定的杆杆件情况下下在第二不不利工况荷荷载作用下下,吊箱的双双壁结构是是可靠的。（2）内支撑系统内支撑设计过程程中分别对对井字型、八八字型进行行了对比，以以尽量减少少护筒分段割除工作量量以及减少少支撑数量量为基本原原则充分利利用双壁板板吊箱较大的的壁板刚度度，最终确确定了此支支撑型式。1)工况一：最不不利工况，吊吊箱抽水完完成阶段，吊吊箱内外形形成巨大的的水头差。验验算荷载取取标准节段段支撑轴力力，其余块块段按平面面比例插值值取得，斜斜段按分力力叠加集中中至支撑上上，建立：：内支撑模型首层内支撑阿加加载(+122)首层内支支撑阿加载载(+19))说明：内支撑主主撑为O8000×8mmm钢管，共共两层，间间距7m，横纵纵向钢管位位于统一平平面内相贯贯连结，斜斜撑与水平平、竖直撑撑交点采用用格构法兰兰块，承担担三个方向向轴力。（局局部待详细细计算）模模型中的三三个方向的的杆件均释释放杆端弯弯矩。层间间桁架为O3000×8mmm小钢管，受受力较小，释放两两端弯矩约约束，目的的提高结构构稳定性设设置。模型中支支座设置为为限制钢管管竖向及垂垂直于各个个杆件长度度方向的两两个自由度度，释放沿沿长度方向向的自由度度。由于焊焊缝较长且且沿相贯线线分布均匀匀，故主撑撑杆件间节节点模型中中均设置为为固结形式式。A.主杆控制计计算内力如如下表：LPM2M3vmKNKN-mKN-mKN18.751260120.247.753B.强度及稳定定性验算：：杆件参数:ix=iy28cmm,IIx=Iy=1560088cmm4,AA=1999cm2,D=80ccm,Wx=Wy=Ix/D/22=39002cm33查《钢结构设计计规范》得得：强度验算：安全系数：K==196/69=3稳定性验算：（由由于M3较小此处处忽略不计计）计算长度L=LL0=18755cm。=18755/28==67，a类截面，==0.8554。==3.142××206××106×1999×10--4/（1.1××672）=81855.4KKN根据《钢结构设设计规范》查查表得:=0.854，=0.855，=1.115，()==1-0..8×12260/81855.4=0.8777,=00.7,=1.0,==0.855=12600000/(199900××0.8554)+0.885×20.224×1003/(1..15×33902××0.8777)+0.77×0.885×7..75/33902==78.44MPa<1.44×1400=196MPPa。失稳安全系数：：K=2003/788.4=2.59。经计算,其余控制制内力作用用下杆件稳稳定性均满满足要求.因此,内支撑系统选用用主杆:O8000×8mmm钢管，层层间桁架采采用O3000×8mmm的小钢管管，满足要要求。2)工况二：首首层混凝土土浇筑完成成，拆除下下层支撑后后的，混凝凝土顶面与与支撑钢管管间距8m时，验验算支撑结构受受力。A.模型加载：整体模型加载荷载加载载压弯杆件弯矩图图B.强度稳定性验算算：控制内力：P==13411KN,,M3=2477KNm，M2=1.116KNmm截面参数：ixx=iy28cm,Ix=Iy=1560088cmm4,AA=1999cm2,D=80ccm,WWx=Wy=Ix/D/22=39002cm33查《钢结构设计计规范》得得：强度验算：安全系数：K==196/122..4=1.5稳定性验算：（M2较小此处处忽略不计计）计算长度L=LL0=18755cm，=18755/28==67，a类截面，==0.8554。==3.142××206××106×1999×10--4/（1.1××672）=81855.4KNN根据《钢结构设设计规范》查查表得:=0.854，=1，=1.115，()==1-0..8×13341/88185..4=0..869=13410000/(199900××0.8554)+11×2477×103/(1..15×33902××0.8669)=79+663.3==142..3<1..4×1440=196MPPa。失稳安全系数：：K=1966/142..3=1..38经计算,其余控控制内力作作用下杆件件稳定性均均满足要求求，支撑截截面选用O8000×8mmm。（3）底板及悬吊系系统设计1)底板结构构初步设计计：设计底板系统模模型选用杆杆件型：主主梁：2HN5500×2200，间距2555cm,,3700cm。次梁：[16基本间间距75ccm，71cmm。设计底板重量：：面板选用＝10mmm，42××29.55×0.001×7..85＝97.33t；框架重量：HNN5002200,859..52×889.6××10-33=77..6t；[16,,13866.4×119.5==27tt。合计：27+777.6==104..6。2)分工况验算结构构A.工况一：吊吊箱起吊，底底板自重作作用下（附加吊杆杆等结构物物）验算吊箱底板在在自重作用用下、吊箱箱双壁面板板底缘与底底板主梁相相交位置处处、底板斜斜撑（３ｍｍ基本间距距）设置竖竖向约束的的条件下底底板框架内内力是否满满足规范要要求。根据据以往工程程经验，附附加结构物物何载取底底板自重2.6倍，全重重约为160t。建立计算结果验验算：主梁控制内力：：Mmax=368KNNm,Vmaxx=136KNN,N==0。主梁为纯弯构建建，截面参参数：型号：2×HHN5000×2000，WX=2×11910==382ccm3,AA=2×1114.22=2288.4cmm2。框架顶顶面全铺面面板，且与与每根主梁梁焊接牢固固，不会发发生失稳现现象，故此此处仅验算算强度：=91.7MPaa<1.4××140=196MPPa,满足要求求。依据模型计算结结果，底板板中部最大大变形值约约为：4..87cmm，[v]=5/33300==1/6660<1//500，满足规规范要求。C.工况二：下下放就位后后底板及悬悬吊系统承承受3m封底混混凝土受力力分析ⅰ荷载：简化考虑虑，分配梁梁承受两边边半跨的面面板荷载分配梁间间距75ccm。自重荷载:其中中面板荷载载等代到框框架自重中中去，自重重系数：33。混凝土取浮容重重：＝14KNN/m3,封底混凝凝土厚度：：3m。间距75cm分分配梁线荷荷载：q1=14××3×0..75=331.5KKN/m护筒附近分配配梁线荷载载：q3=28KKN/mⅱ.约束布置:设设计每个护护筒均布八八个吊耳、通通过吊杆与与底板桩孔孔周围八个个主梁（２２HN5000×2000）吊点连连接，因此此底板模型型在孔位四四周布置八八个竖向约约束。计算结果图示ⅲ建模内力计算主梁计算结果最最大控制内内力：Mmax=2289KNNm,VV=66KKN,经验算结结构可靠,内力在容容许范围以以内。分配梁计算结果果最大控制制内力：Mmax=335.3KKNm,VV=56..64KNN,强度验算算：选择[20槽钢，并并将分配梁梁间距掉整整为：600cm。此时线荷荷载大小q4=42××0.6==25.22KN/mm,取5跨连续梁简化计计算，验算算分配梁内内力：应力：=26××103/(1..05×1191)==129MMPa,强度满足足要求。稳定性:因底底板框架顶顶面设有一一层1cmm厚面板,每一杆件件均与面板板焊接牢固固,因此根据据规范可满满足稳定性性要求。ⅳ吊点、吊杆验算算吊杆设计选型：：2[200,Ａ=32.88cm2。吊点最大拉力：：580KKN.拉杆抗拉强度复复核：σ=N/A=5880/2××32.88=88..4Mpaa<[σ]=1440MpaaK=140/888.4==1.588铰座与主梁连接接焊缝抗剪剪：(焊缝长度度2×20cm，焊脚高12mm)=N/hellw=5800000/((8.5××2×4000)=1700.6Mppa<ftw=1855Mpa(三级焊缝)护筒铰座耳板抗抗剪：(焊缝长度度2×30cm，焊脚高12mm)τ=N/hellw=5800000//(8.55×2×3300)==114Mppa<fcw=1255Mpa(三级焊缝)销子抗剪：(销销子采用45号钢,直径:D==6.8ccm,[σ]=2220MPaa,[τ]=1225MPaa)τ=Q/2A==5800000/((2×3..14×33.4×33.4)==79.88Mpa<<[τ]=1225MppaK=125/779.8==1.577据此最大大受力控制制吊杆设计计,吊杆选用2[220,销接板及及耳板均选选用Q2235板。（4）钢吊箱抗浮稳稳定性1)水位确定定按北岸工期总计计划（见计计算总工期期），吊箱箱首节下放放时间：007.055.25；；整体下放放定位固定定后：07.66.22；抽水完完成时间：：07.007.111,承台施工工工期：80天。围堰堰需要度过过整个洪水水期。因此此，取5%设计洪水位计计算水位值值：＋244.05mm。2)吊箱整体入入水浮力计计算钢吊箱截面积：：Sa=13383m22；护筒截面积：SSh；入水深度:200-4=116m。钢吊箱箱所受的浮浮力：F=(11383--203))×16==188880t3）封底混凝重量计计算 拟定封地混凝土土厚度：33m；容重重：24KNN/M^33Ｇ＝(1178.