跨北太路1-156m钢桁梁拱计算书方案

PAGEPAGE186目录27151第1节主体概况 217073第2节环境概况 3161062.1地形地貌 3142902.2地层岩性 3175552.3地质构造 3141642.4地震动参数区划 3219392.5气象条件 34512第3节钢梁架设总体方案 426605第4节计算依据 464644.1编制依据 4126154.2计算参数取值 519231第5节钢梁架设准备工作 5261095.1杆件重量表 5290885.2安装临时荷载计算 7147705.3工况分析 7249545.4支架及基础计算 11

主体概况广州枢纽东北货车外绕线跨北太路大桥桥址于DIIK14+977.5～DIIK15+095.02处跨北太路。北太路（S116省道）道路等级为一级公路，双向6车道，沥青混凝土路面，跨越处为路基地段，填土高约为0.5m，现状道路宽度为41.6m，道路规划红线宽度50m。北太路实测路幅自西向东组成为3.87m（人行道）+1.3m（绿化带）+14.23m（车行道）+2.8m（中央绿化带）+14.23m（车行道）+1.79m（绿化带）+3.58m（人行道）=41.9m。测时路面标高132.37m（主车道，85高程）。北太路与线路夹角为150°，桥址规划为一十字交叉口，宽130m，且小里程路边有高压燃气管需要避让，设计采用1-156m钢桁梁拱跨越，通行净高满足5m。本桥采用下承式简支钢桁梁柔性拱结构，计算跨度156m，全桥长158m（含两端支座中心线至梁端悬臂段各1.0m）。钢桁梁采用N形两片桁，桁高16m，桁中心距13.2m，节间布置（12x13）m。在钢桁梁上弦加拱，拱高21m（自钢桁梁上弦中心线算起），拱圈的曲线半径为111.095m，拱圈杆件以直代曲。钢桁梁上、下弦杆均采用焊接箱形截面。上弦杆内宽960mm，内高1000mm，板厚20～28mm；下弦杆内宽960mm，内高1400mm，板厚16～36mm（包括伸出肢）；腹杆采用王字形截面，内高（腹板高）960mm，翼板宽700～900mm，板厚16～40mm；拱肋采用箱形截面，内宽960mm，内高1400mm，板厚24～44mm；吊杆采用工字型截面，内宽960mm，翼板宽700mm，板厚24～36mm。钢桁梁及拱圈节点采用焊接整体形式，箱形截面杆件采用四面对拼连接，钢桁梁H形截面杆件与节点采用对拼连接，吊杆与节点采用对拼连接。主桁杆件、拱圈杆件与节点之间采用M30高强度螺栓连接，螺栓孔径33mm。横联、平联杆件间连接，及与钢桁梁节点、拱圈节点的连接采用M24高强度螺栓，螺栓孔径26mm。箱形杆件下水平板需设置手孔，手孔位于拼接缝中心处，宽300mm。拱肋、主桁的节点板采用Q370qE；拱肋、主桁（上弦杆、下弦杆及腹杆）的杆件、吊杆均采用Q370qD，平联、横联均采用Q345qD；下弦杆件内侧腹板、下弦节点板为厚度方向性能板，Z向性能等级为Z35。高强度螺栓采用10.9S级高强度螺栓，M30材质采用35VB，M24材质采用20MnTiB,材质标准符合现行《合金结构钢技术条件》（GB3007）以及GB/T1228-1231。剪力钉采用16×120型，符合GB/T10433-2002标准。环境概况地形地貌桥址地貌属一级阶地区，地势平坦、开阔，多为居民区，耕地，散布灌溉用排水沟；线路跨越北太路，交通便利。地层岩性1、人工填土：（1）-0人工填土，Q4ml，岩土施工工程分级Ⅱ2、粉质粘土：（2）1-4粉质粘土，Q4al+pl，硬塑，σ0=183kpa，岩土施工工程分级Ⅲ；（2）6-2粗砂（Q4al+pl）；中密，饱和Ⅰ级，σ0=250kpa。3、Edn泥质砂岩：（6）2-1全风化W4，σ0=200kpa，岩土施工工程分级Ⅲ；（6）2-2强风化W3，σ0=300kpa，岩土施工工程分级Ⅳ；（6）2-3弱风化W2，σ0=400kpa，岩土施工工程分级Ⅳ。地质构造桥址区内无活动性断裂通过。地震动参数区划根据GB18306-2001《中国地震动峰值加速度区划图》，《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1/400万），本区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。气象条件广州位于南亚热带季风气候区内,气候特点是:气温高、降水多、霜日少、日照多、风速小、雷暴频繁。年平均气温21.9℃。年内以7月份的平均气温最高,为28.4℃。1月份虽然气温较低,但月平均气温仍在13℃以上。气温的年较差15℃。因此,可以说气温终年较高。极端的最高气温为39.1℃。日最高气温30℃或以上的暑热期,自7月11日起至8月20日止,平均为期41天。

极端的最低气温为0℃,80%以上年份的最低气温在1℃以上。年平均降水量1696.5mm。广州虽然位于亚热带沿海,冬季气温不太低,但是仍然可以见到霜象。从市区的观测记录来看,约有65%年份有霜出现,即3年二遇。年平均日照时数有1800小时以上。年内6至12月份日照最丰富,平均每天可有光照5小时多,其中7至11月份平均每天有6小时多,而7月份则多达7小时以上。2至4月份日照相对较少,特别是3月份,平均每天2.3小时。通常情况下,广州市的平均风速并不大。年平均风速只1.9m/s。10月至次年3月份的冬半年期间,平均风速稍大,各月的平均风速在1.9至2.1m/s之间;夏半年(4至9月份)的平均风速小些,为1.6至1.9m/s。但是,

在夏半年内当热带气旋光临时,则可出现短时的大风。自3月4日至10月12日为广州市的雷季,持续223天。钢梁架设总体方案在1号桥墩和2号桥墩之间设置拼装支架，利用450t汽车吊进行安装。总体施工顺序如下：（1）在在1号桥墩和2号桥墩之间设置拼装支架。（2）按照拼装顺序依次利用450t汽车吊安装下弦杆、桥面板、腹杆、上弦杆和上平联、拱肋、吊杆、拱肋平联和吊杆临时连接等构件。（3）在桥墩上布置落梁装置，将钢梁落到支座上。计算依据编制依据1)、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）2)、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)3)、《起重机设计规范》（GB/T3811-2008）4)、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)5)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)6）、《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）计算参数取值根据《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005），大桥主体结构采用Q370钢，分配梁和滑道梁采用Q345钢，钢管桩采用Q235钢，安全系数取1.48，钢材力学特性见表4-1。表4-1钢材力学特性（N/mm2）序号材料弯曲容许应力[σ](Mpa)抗剪容许应力[τ](Mpa)承压容许应力[σcd](Mpa)杨氏弹模E(Mpa)泊松比μ重量密度ρ(kg/m3)1Q235150923252.06E+050.378502Q3452331354002.06E+050.378503Q3702501454102.06E+050.37850钢梁架设准备工作本桥钢桁梁重量大，高度大，且需要整体顶推施工，工况复杂，在施工中又辅以临时支墩等关键设施，为了安全、优质地完成钢梁架设，有必要在施工前对各种控制工况进行准确的计算，为辅助结构设计和钢梁架设工艺参数的制定提供依据。杆件重量表序号杆件名称杆件编号杆件单重(kg)全桥数量1下弦杆E0E156672.422下弦杆E1E233202.623下弦杆E2E330509.924下弦杆E3E430217.125下弦杆E4E531551.326下弦杆E5E636706.727下弦杆E5'E6'33781.628下弦杆E4'E5'30284.229下弦杆E3'E4'30484.8210下弦杆E2'E3'31625.1211下弦杆E1'E2'31005.0212下弦杆E0'E1'47185.0213上弦杆A130451.2214上弦杆A1A218484.3215上弦杆A2A320144.5216上弦杆A3A420667.8217上弦杆A4A520576.8218上弦杆A5A618289.4219上弦杆A6A5'20796.6220上弦杆A5'A4'20796.6221上弦杆A4'A3'20247.7222上弦杆A3'A2'20247.7223上弦杆A2'A1'36629.5224腹杆FG-18964.5225腹杆FG-28861.4426腹杆FG-38680.2427腹杆FG-410665.1428腹杆FG-510583.6429腹杆FG-610192.5430腹杆FG-713799.7431腹杆FG-813799.7432腹杆FG-98958.8433腹杆FG-108958.8434腹杆FG-1111454.6435拱肋EOA1/EO'A1'28392.4436拱肋A1G2/A1'G2'27902.3437拱肋G2G3/G2'G3'28712.0438拱肋G3G4/G3'G4'26666.1439拱肋G4G5/G4'G5'24258.0440拱肋G5G6'24011.0241拱肋G5'G6'9279.0242吊杆DG18310.6243吊杆DG27938.3444吊杆DG36868.1445吊杆DG46179.2446吊杆DG52785.3447平联HPL15060248平联HPL2a1461.3249平联HPL2b1530.5250平联HPL33076.9251平联HPL42907.9952平联HPL51530.51653平联HPL63146.1854横联HHL1437.91855横联HHL21239.71856横联HHL3448.71857横联HHL41037.8958桥门架QEL1985.5459桥门架QEL22170.4460桥门架QEL31021.5461桥门架QEL42034.9262拱肋平联A1G2(A1'G2')-GPL11674.5263拱肋平联A1G2(A1'G2')-GPL21768.1264拱肋平联A1G2(A1'G2')-GPL33444.5265拱肋平联A1G2(A1'G2')-GPL42417.8266拱肋平联G2G3(G2'G3')-GPL11699.8467拱肋平联G2G3(G2'G3')-GPL23400.2268拱肋平联G2G3(G2'G3')-GPL32417.8269拱肋平联G3G4(G3'G4')-GPL11650470拱肋平联G3G4(G3'G4')-GPL23300.6271拱肋平联G3G4(G3'G4')-GPL32417.8272拱肋平联G4G5(G4'G5')-GPL11638.8473拱肋平联G4G5(G4'G5')-GPL23274.8274拱肋平联G4G5(G4'G5')-GPL32417.8275拱肋平联G5G6(G5'G6')-GPL11624.2476拱肋平联G5G6(G5'G6')-GPL23245.1277拱肋平联G5G6(G5'G6')-GPL32417.82安装临时荷载计算钢梁架设时主要含有以下临时荷载：（1）拼装脚手架重量；（2）吊杆加强杆件重量；（3）安全网重量；（4）施工人群及携带工具等重量；计算临时荷载时均需按实际重量取值。工况分析本项目现场安装工况分为2种，对每种工况均用MIDAS建立模型进行支反力的分析。钢梁在支架上全部安装工况建立MIDAS计算模型：支反力计算模型：反力计算结果（小里程往大里程方向看，左手边为左侧，右手边为右侧）阶段节点荷载FZ(tonf)总拼右桁节点E0恒荷载81总拼左桁节点E0恒荷载79总拼右桁节点E1恒荷载226总拼左桁节点E1恒荷载239总拼右桁节点E2恒荷载0总拼左桁节点E2恒荷载0总拼右桁节点E3恒荷载268总拼左桁节点E3恒荷载271总拼右桁节点E4恒荷载0总拼左桁节点E4恒荷载0总拼右桁节点E5恒荷载244总拼左桁节点E5恒荷载247总拼右桁节点E6恒荷载0总拼左桁节点E6恒荷载0总拼右桁节点E5'恒荷载261总拼左桁节点E5'恒荷载275总拼右桁节点E4'恒荷载0总拼左桁节点E4'恒荷载0总拼右桁节点E3'恒荷载288总拼左桁节点E3'恒荷载228总拼右桁节点E2'恒荷载0总拼左桁节点E2'恒荷载145总拼右桁节点E1'恒荷载172总拼左桁节点E1'恒荷载90总拼右桁节点E0'恒荷载122总拼左桁节点E0'恒荷载88合计恒荷载3324本工况下，支架上最大载荷为节点E2，P=201.5t钢梁杆件应力模型：根据上述模型分析：钢梁的最大应力集中在上弦杆A1A2，为47.6MPa。钢梁杆件位移模型：顶升油缸顶起钢梁，钢梁脱离支架，建立MIDAS计算模型：支反力计算模型：反力计算结果（小里程往大里程方向看，左手边为左侧，右手边为右侧）阶段节点荷载FZ(tonf)总拼右桁节点E0恒荷载831总拼左桁节点E0恒荷载831总拼右桁节点E1恒荷载0总拼左桁节点E1恒荷载0总拼右桁节点E2恒荷载0总拼左桁节点E2恒荷载0总拼右桁节点E3恒荷载0总拼左桁节点E3恒荷载0总拼右桁节点E4恒荷载0总拼左桁节点E4恒荷载0总拼右桁节点E5恒荷载0总拼左桁节点E5恒荷载0总拼右桁节点E6恒荷载0总拼左桁节点E6恒荷载0总拼右桁节点E5'恒荷载0总拼左桁节点E5'恒荷载0总拼右桁节点E4'恒荷载0总拼左桁节点E4'恒荷载0总拼右桁节点E3'恒荷载0总拼左桁节点E3'恒荷载0总拼右桁节点E2'恒荷载0总拼左桁节点E2'恒荷载0总拼右桁节点E1'恒荷载0总拼左桁节点E1'恒荷载0总拼右桁节点E0'恒荷载831总拼左桁节点E0'恒荷载831合计恒荷载3324本工况下，支架上最大载荷为节点E2，P=201.5t钢梁杆件应力模型：根据上述模型分析：钢梁的最大应力集中在上弦杆A1A2，为47.6MPa。钢梁杆件位移模型：支架及基础计算根据《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005），大桥主体结构采用Q370钢，导梁采用Q345钢和Q235钢，钢材力学特性见表4-1。表4-1钢材力学特性（N/mm2）序号材料弯曲容许应力[σ](Mpa)抗剪容许应力[τ](Mpa)承压容许应力[σcd](Mpa)杨氏弹模E(Mpa)泊松比μ重量密度ρ(kg/m3)1Q235140842002.06E+050.378502Q3451991153002.06E+050.378503Q3702201253152.06E+050.378501、临时支架及防护棚架（1）1#临时支架1#临时支架包含横向分配梁、格构柱和扩大基础组成，主管采用钢管φ426*10mm，腹杆采用钢管φ150*6mm，横向分配梁采用双拼工钢63a，基础尺寸为2*4m，1#临时支架顶部最大支点力为90t。1#临时支架利用midas建模如下：1#临时支架计算模型加载支点力，计算模型如下：1#临时支架计算模型（单位：t）采用迈达斯计算1#临时支架结果如下：1#临时支架应力图（单位：MPa）横向分配梁最大应力为60MPa<[σ]=150MPa，格构柱主管最大应力为61MPa<[σ]=150MPa，最大应力处局部增加加劲板，格构柱主管其余部位应力为43MPa<[σ]=150MPa，格构柱连接系最大应力为23MPa<[σ]=150MPa。格构柱局部稳定性验算：格构柱主管计算长度L=3m，回转中心：imin=0.147m，长细比λ=3/0.147=20.4查得稳定系数：φ=0.967则：σ=43/0.967=44.5MPa<[σ]=150MPa满足要求。格构柱整体稳定性验算：格构柱主管计算长度L=7.5m，回转中心：imin=0.147m，长细比λ=9/0.147=51查得稳定系数：φ=0.852则：σ=43/0.852=50.5MPa<[σ]=150MPa满足要求。格构柱连接系整体稳定性验算：格构柱连接系计算长度L=2.8m，回转中心：imin=0.054m，长细比λ=2.8/0.054=52查得稳定系数：φ=0.847则：σ=23/0.847=27.2MPa<[σ]=150MPa满足要求。时1#临时支架支反力（单位：t）1#临时支架主管最大支反力为46.5+46=92.5t。1#临时支架格构柱最大承载力为92.5t，支架下部采用的扩大基础。根据I级铁路天然地基基本承载力σ=0.18MPa，此处由于需安装支架，对此处地基需做压实处理，保证地基承载力在0.2MPa以上。扩大基础采用C30混凝土，混凝土条形基础受力扩散角按45°计算，扩大基础的尺寸设计为4m（长）×2m（宽）×1m（高）。扩大基础承载力为，满足要求。（2）2#临时支架2#临时支架包含横向分配梁、纵向分配梁、格构柱和扩大基础组成，主管采用钢管φ426*10mm，腹杆采用钢管φ159*6mm，纵向分配梁采用三拼工钢63a，横向分配梁采用三拼工钢63a，基础尺寸为4*4m，2#临时支架顶部最大支点力为288t。2#临时支架利用midas建模如下：2#临时支架计算模型加载支点力，计算模型如下：2#临时支架计算模型（单位：t）采用迈达斯计算2#临时支架结果如下：2#临时支架应力图（单位：MPa）横向分配梁最大应力为58MPa<[σ]=150MPa，纵向分配梁最大应力为89MPa<[σ]=150MPa，格构柱主管最大应力为109MPa<[σ]=150MPa，最大应力处局部增加加劲板，格构柱主管其余部位应力为69MPa<[σ]=150MPa，格构柱连接系最大应力为37MPa<[σ]=150MPa。格构柱局部稳定性验算：格构柱主管计算长度L=3m，回转中心：imin=0.147m，长细比λ=3/0.147=20.4查得稳定系数：φ=0.967则：σ=69/0.967=71.4MPa<[σ]=150MPa满足要求。格构柱整体稳定性验算：格构柱主管计算长度L=7.5m，回转中心：imin=1m，长细比λ=9/1=9查得稳定系数：φ=0.994则：σ=69/0.994=69.4MPa<[σ]=150MPa满足要求。格构柱连接系整体稳定性验算：格构柱连接系计算长度L=2.8m，回转中心：imin=0.054m，长细比λ=2.8/0.054=52查得稳定系数：φ=0.847则：σ=37/0.847