恩来互通支架设计-计算书

恩来高速公路TJ-2合同段临时工程

宣恩互通桥现浇支架

计

算

书

演、中交第二航务工程局技术中心

弋取中交武汉港湾工程设计研究院

二零一二年八月

目录

1、工程概况...............................................................1

2、设计依据...............................................................3

2.1根底资料..............................................................3

2.2主要技术标准..........................................................3

3、设计条件...............................................................3

3.1地形地貌..............................................................3

3.2地质..................................................................3

3.3水文..................................................................3

3.4气候..................................................................4

4、结构布置...............................................................4

4.1总体结构布置.........................................................4

4.2上部结构布置..........................................................5

4.3下部结构布置..........................................................5

5、材料特性与设计要求....................................................6

5.1主要构件几何特性.....................................................6

5.2主要材料力学特性.....................................................6

5.3焊缝连接强度.........................................................7

5.4螺栓连接强度.........................................................8

5.5构件刚度要求.........................................................8

6、荷载分析...............................................................9

6.1恒载..................................................................9

6.2活载.................................................................10

6.3偶然荷载.............................................................11

7、荷载工况与组合.......................................................11

7.1工况分析.............................................................11

7.2荷载组合.............................................................12

8、结构整体计算.........................................................13

8.1”算模型.............................................................13

8.2主要计算结果.........................................................13

9、主要构件计算.........................................................26

9.1钢立柱稳定性计算....................................................26

9.2联系撑稳定性计算....................................................27

10、根底计算.............................................................28

11、其它计算.............................................................33

11.1支架整体稳定计算...................................................33

11.2柱脚埋件计算.......................................................34

1L3柱顶计算............................................................35

11.4联系撑连接计算.....................................................36

1L5法兰连接计算........................................................36

11.6卸荷块计算.........................................................37

11.7土坡稳定性计算.....................................................39

1、工程概况

宣恩枢纽互通设置于晓关乡枫林包西侧，三面环山，地势狭窄，地面高程落

差大。交叉桩号YK34+064.194,与恩黔高速相接。该互通为连接恩来、恩黔两条

高速公路的枢纽互通，采用半直连式T形方案。

互通主线设计起点桩号为YK32+400,设计终点桩号为YK34+503.58；被交路

恩黔高速起点桩号为K34+282.386,终点桩号为K34+900。互通区内主线全长为

2103.58m,匝道全长为2104.776m,被交路全长为617.614m,互通范围内主线

最小半径R=1100m,最大纵坡2.5%,匝道最小半径R=120m,最大纵坡4.0%；

主线设置预应力混凝土T梁2座（互通1、2号桥），匝道设置预应力混凝土现浇

连续箱梁3座（互通3、4、5号桥），S232改线设预应力混凝土现浇连续箱梁1

座；设置涵洞5道。

受地形限制，互通采用三层，B匝道（4号桥位于其上）上跨主线，C31道

（5号桥位于其上）下穿主线和B匝道，A匝道（3号桥位于其上）上跨C匝道,

G匝道（6号桥位于其上）为S232改线上跨主线和C匝道。总体路线如下图：

WS5*59946

495.87

YK5H820M“2，骷3

1BSB24

曲》120酊

•触

CKCH934ZKJ4T7611

CKD♦做

K3U615(X0+120

图1.1宣恩互通枢纽路线示意图

互通3〜6#桥为现浇箱梁，箱梁距地面最大净空高度约为32m,由于场地限

制，地势起伏较为明显，支架采用钢结构少支撑体系；根底处理按“挖填平衡”

原则进行，采用扩大型根底，现浇施工时上部荷载通过支撑体系均匀传递至根

底。互通各桥典型断面如下图：

图1.2宣恩互通3、4#桥典型断面图

图1.3宣恩互通5#桥典型断面图

图1.4宣恩互通6#桥典型断面图

如前所述，互通3〜5#桥箱梁高度均为1500,6#桥箱梁高度为1500mm>

2000mm,顶板厚度均为250mm，底板厚度均为230mm，腹板厚度均为500mm,

箱梁顶板宽度10〜12m,底板宽度5.5〜7m。按最不利原则，现浇支架设计时，

选取互通3、4#桥典型断面进行荷载分析与加载。

本文即为宣恩互通枢纽现浇支架设计计算书。

2、设计依据

2.1根底资料

(1)《恩施至来凤高速公路工程第TJ-2标段两阶段施工图设计》

(2)其它技术文件

2.2主要技术标准

(1)《公路桥涵设计通用标准》(JTGD60-2004)

(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵没计标准》(JTGD62-2004)

(3)《公路桥涵地基与根底设计标准》(JTGD63-2007)

(4)《钢结构设计标准》(GB50017-2003)

(5)《建筑结构荷载标准(2006年版)》(GB50009-2004)

(6)《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2C02)

(7)《钢结构工程施工质量验收标准》(GB50205-2001)

3、设计条件

3.1地形地貌

桥址处地形起伏较大，地面最大落差约为32m。

3.2地质

地表岩土主要为粉质粘土，局部揭露为碎石土。根据有关钻孔资料，粉质粘

土与桩侧摩阻力标准值为50〜65kPa,其承载力根本容许值为200〜240kPa；碎石

土与桩侧摩阻力标准值约为120kPa,其承载力根本容许值约为500kPao下外岩

层主要为中风化灰岩，与桩侧摩阻力标准值约为300kPa,其承载力根本容许值

为1500〜2500kPa,局部溶洞附近承载力容许值降低至300kPa。

3.3水文

本支架主要为临时钢结构，不受河流影响。

3.4气候

桥址地处武夷山区，境内山峦起伏，属中亚山地季风湿润型气候，冬无严寒,

夏无酷暑，雾多湿重，雨量丰沛。多年平均气温15.7C,极端最高气温40.8C,

极端最低气温-12.7C,月平均最高气温26.2C,月平均最低气温4.6℃。多年平

均降雨量1476.6mm,最大日降雨量220.9mm,平均无霜期299天，全年主导风

向为西南风。

支架正常工作时风荷载（桥址10m高度处）参与荷载组合时取风速为13.8m/s

（相当于6级风），支架空载时取为24.4m/s（相当于9级风）。温度荷载按整体

升温或降温15℃计算，施工期间中值温度按20℃予以考虑。

4、结构布置

4.1总体结构布置

现浇支架采用格构式钢管支撑，为满足不同高度搭设要求，划分为8m、4m、

3m、2m等四种标准节段，标准节段之间通过法兰盘及螺栓连接。支架搭设前，

进行根底处理，根据实测根底顶面与箱梁设计底标高确定标准节段的组成，并通

过调节段进行纵坡与横坡的调节。

总体结构布置如下图：

4.2上部结构布置

上部结构布置：自上而下主要为横向分配梁（［12.6）,纵向分配梁（120a）.

横梁（2工40a）。横向分配梁布置间距为600mm,纵向分配梁在腹板下方布置

间距为300mm,底板下方布置间距为600mm,外翼缘下方布置间距为900mm。

模板体系按方木（口100x60mm）及竹胶板：厚度20mm）考虑，支架布置

预留120mm模板体系空间。

4.3下部结构布置

下部结构布置：下部支撑结构由钢管调节段（（D273X10）及标准节段组成。

标准节段分8m、4m、3m、2m四种类型，其中8m、4m、3m标准节为格构式

钢管立体桁架，主支撑钢管为6273x10,水平向及竖向联系撑为［10；2m标准节

为单肢钢管（①273x101各标准节段通过法兰盘及螺栓连接，联系撑与主支撑

钢管之间采用耳板及螺栓连接。

根底采用扩大条形根底，外形尺寸为5000x1500x500mmo

5、材料特性与设计要求

5.1主要构件几何特性

主要构件几何特性如卜：

表5-1主要构件几何特性表

材料几何参数截面积每米重惯性矩

序号构件名称备注

类型(mm)(cm2)(kg/m)(cm4)

1分配梁Q235b[12.615.712.3388.5

2纵向梁Q235b1'.20a35.627.92369

3横梁Q235b2I40a172.1135.143428

4钢管Q235b0273X1082.664.97154

5联系撑Q235b[1012.7410.0198.3

5.2主要材料力学特性

主要材料力学特性如下：

表5-2主要材料力学特性表

序拉、压、弯强度剪切强度

材料类型弹性模量剪切模量

号设计值设计值

1Q235b/=205MPa206GPafv=120MPa79GPa

4/=280MPa

2HRB335200GPa——

fj=280MPa

抗弯f,n=13Mpa

木材顺压=10MPa

39GPa——

TC13A顺拉f,=8.5MPa

顺剪<=1.5MPa

5.3焊缝连接强度

焊缝强度设计值如表:

表5-3焊缝的强度设计值(MPa)

1构件钢材对接焊绩角焊绫

焊接方法和

厚度或焊缰质■为下列等级抗拉、抗压

抗压抗剪

焊条型号牌号直径时，抗拉f；和抗剪

U/：

(mm)一级、二级三级/；

<162IS215185125

自动焊、半自

>167020S205175120

动焊和M3型焊Q235钢160

>40-6020020。170115

条的手工焊

>60〜100190190160110

416310310265180

自动焊、半自

>16-35295295250170

动焊和E50型焊Q345钢200

>35*-50265265225155

条的手工馋

>50-1002502so21014S

<16350350300205

>16〜3533S335285190

Q390钢220

>35〜50315315'270180

自动绿、半自

>50〜100295295250170

动焊和E55型焊

<16j380380320220

条的手工焊

>16-35360360305210

Q420钢220

>35〜50340340290195

>50〜100325325275185

5.4螺栓连接强度

螺栓连接的强度设计值如表：

表5-4螺栓连接的强度设计值(MPa)

普通第栓承压型连接

锚桂

寡校的性能等级、锋栓和C级・栓A级、B级・栓高强度爆校

抗拉!抗房

构件钢材的牌号抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压

/：nAAr力AA

次6级、4.8级170140

普通燃栓S.6级—一—210190—————

8.8级————400320—————

Q23s钢——————140———

锚楼

0345钢——**————180———

承压型连接8.8级400250—

高强度4桂10.9级500310—

Q235钢——305——405———470

Q345钢——385——510———590

构件

Q390钢--—400——530———61S

Q42O钢——425——560———65S

5.5构件刚度要求

受弯构件的挠度容许值如表：

表5-5受弯构件的挠度容许值

挠度容许值

项次构件类别永久+可变荷载可变荷载产生

[即[%]

1主梁或桁架//400//500

2其它梁Z/250//300

6、荷载分析

6.1恒载

(1)结构自重(GO)

结构自重由有限元软件自行计入。

(2)钢筋混凝土重量(G1)

钢筋混凝土重量按26kN/rT?进行计算，支架范围单位长度箱梁重力荷载如下

列图所示：

图6.1互通3、4#桥一般截面箱梁重力荷载分布

图6.2互通5#桥一般截面箱梁重力荷载分布

图6.3互通6#桥一般截面箱梁重力荷载分布

(3)模板体系重量(G2)

模板体系重量按2.0kN/m?考虑。

6.2活载

(1)施工人员及设备(Q1)

施工人员及设备荷载按2.5kN/nf考虑。

(2)混凝土倾倒及振捣荷载(Q2)

混凝土倾倒及振捣荷载按2.5kN/nf考虑。

(3)局部堆载(Q3)

指混凝土浇注区域以外的支架范围内堆放机具、材料产生的局部荷载，该荷

我按5.0kN/nf考虑。

(4)风荷载(Qw)

按桥址区域10m高度处取值，正常工作时风荷载参与荷载组合时取风速为

13.8m/s(相当于6级风)，支架空载时取为24.4m/s(相当于9级风)。按《公路

桥涵设计通用标准》之款计算，作用在单位面积上的风荷载：

Wwh=0.00061像《MZ

W；)=必=0.000613Mx”历

2g

式中，勺-设计风速重现期换算系数，临时工程施工期取为0.75；

4-风载阻力系数，按《标准》-4〜取值：

k2-考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化的修正系数；

人-地形地理条件系数，按一般地区取值为L0;

内-阵风风速系数，对A、B类地表取为1.38；

九-桥梁所在地区的设计根本风速分别按13.8m/s及24.4m/s计算0

2

叱)-根本风压，kN/m0

7—空气重力密度，/=°-°12017^00012kN//。

计算结果见下表：

表6T风荷载强度计算结果

阻力系数

编6级风况9级风况

迎风面类别

号⑺h(kN/m2)(kN/nr)

1矩形截面1.300.521.63

2圆形截面0.600.240.75

(5)温度荷载(QT)

按照当地气候条件，考虑系统升(降)温15℃对支架的影响。

6.3偶然荷载

本支架设计不涉及偶然荷载。

7、荷载工况与组合

7.1工况分析

根据总体方案及现场条件，现浇施工按一联(3x25m)进行整体浇注，依最

不利原则，主要考虑以下工况：

工况1：支架搭设完成。施工阶段9级风况条件下，支架安装到位，但不进

行混凝土浇注。

工况2：浇注混凝土。6级风况条件下，进行混凝土浇注。

工况3：系统升温。考虑浇注混凝土过程中，系统升温15℃(20-35℃)对

支架的影响。

工况4：系统降温。考虑浇注混凝土过程中，系统降温15℃(20〜5C)对支

架的影响。

7.2荷载组合

每个工况考虑两种荷载组合形式，即标准组合和根本组合。其中，标准组

合计算结果用来评价刚度指标，根本组合计算结果用来评价结构强度及稳定性

指标。各工况荷载组合原则如下：

标准组合=工恒载+2活载

基本组合=1.2汇恒载+1.4汇活载

各工况参与组合的荷载系数如下表所示：

表7-1各工况荷载组合系数一览表

QW6QW9QT.

工况与组合G。G2储aQr-

根本组合1.21.2000001.400

工况1

标准组合1100000100

根本组合1.21.21.21.41.41.41.4000

工况2

标准组合1111111000

根本组合1.21.21.20001.401.40

工况3

标准组合1110001010

根本组合1.21.21.20001.4001.4

工况4

标准组合1110001001

8、结构整体计算

8.1计算模型

图8-1支架整体计算模型

依前文表达，建立整体计算模型（3x25m一联），图中所示节点号为支架反

力点。

边界条件为：钢立柱柱脚较接，联系撑与钢立柱连接为钱接，柱顶与横梁及

上部联系之间连接均为较接。

8.2主要计算结果

工况1

工况1为支架搭设完成时的工况。施工阶段9级风况条件下，支架安装到位,

但不进行混凝土浇注。该工况主要计算结果如下：

表8-1工况1主要结构受力状态

VONmax（

几何参数bjVmax（max（brmax（二x（

构件名称

（mm）MPa）MPa）MPa）MPa）mm）

分配梁[12.60.213.53.50.5813.3

纵梁工20a0.0414161.413.2

横梁2工40a0.109.39.32.213.1

钢立柱<l）273X101541560.0813.0

联系撑[102842660.85—

工况1的计算结果说明：

各构件9235b材料）：

最大组合应力：（

Jn）ax=66MPa<f=2\OMPa

最大剪应力：

rnm=2.2MPa<fv=\20MPa

支架主要构件强度均能满足设计及标准要求。

纵梁最大变形：5=13.2〃〃〃<上一二生如二62.5〃所满足设计及标准要求。

400400

整体变形图如下：

图8-2整体竖向变形图（工况1）

图8-3整体横向变形图（工况1）

支点反力结果如下：

表8-2工况1支点反力一览表

MZ

FXFYFZMXMY

节点荷载(kN*m

(kN)(kN)(kN)(kN*m)(kN*m)

)

1标准0.1-7.6-100.00.00.0

2标准0.1-7.6-20.00.00.0

3标准0.0-7.7-20.00.00.0

4标准0.0-7.710.00.00.0

5标准0.0-7.7-20.00.00.0

6标准0.0-7.710.00.00.0

7标准0.0-7.7-20.00.00.0

8标准0.0-7.710.00.00.0

9标准0.0-7.7-20.00.00.0

10标准0.0-7.710.00.00.0

11标准0.0-7.7-20.00.00.0

12标准0.0-7.700.00.00.0

13标准0.0-7.7-20.00.00.0

14标准0.0-7.710.00.00.0

15标准0.0-7.7-10.00.00.0

16标准0.0-7.710.00.00.0

17标准0.0-7.7-20.00.00.0

18标准0.0-7.710.00.00.0

19标准0.0-7.7-20.00.00.0

20标准0.0-7.710.00.00.0

21标准-0.1-7.6-50.00.00.0

22标准-0.1-7.6-70.00.00.0

23标准0.0-7.7330.00.00.0

21标准0.0-7.7380.00.00.0

25标准0.0-7.8420.00.00.0

26标准0.0-7.7390.00.00.0

27标准0.0-7.8400.00.00.0

28标准0.0-7.8390.00.00.0

29标准0.0-7.8410.00.00.0

30标准0.0-7.7390.00.00.0

31标准0.0-7.8410.00.00.0

32标准0.0-7.8390.00.00.0

33标准0.0-7.8410.00.00.0

34标准0.0-7.7380.00.00.0

35标准0.0-7.8400.00.00.0

36标准0.0-7.8400.00.00.0

37标准0.0-7.8420.00.00.0

38标准0.0-7.7380.00.00.0

39标准0.0-7.8400.00.00.0

40标准0.0-7.8390.00.00.0

11标准0.0-7.8■110.()0.00.0

42标准0.0-7.7390.00.00.0

43标准-0.1-7.7390.00.00.0

11标准-0.1-7.7310.00.00.0

15标准0.1-7.7820.00.00.0

46标准0.1-7.7880.00.00.0

47标准0.1-7.8940.00.00.0

48标准0.1-7.8920.00.0().0

49标准0.0-7.8920.00.00.0

5()标准0.0-7.8930.00.00.0

51标准0.1-7.9940.00.00.0

52标准0.1-7.8920.00.00.0

53标准0.0-7.8930.00.00.0

54标准0.0-7.8930.00.00.0

55标准0.1-7.9940.00.00.0

56标准0.1-7.8910.00.00.0

57标准0.0-7.8920.00.00.0

58标准0.0-7.8930.00.00.0

59标准0.1-7.9940.00.00.0

60标准0.1-7.8920.00.00.0

61标准0.0-7.8920.00.00.0

62标准0.0-7.8930.00.00.0

63标准0.1-7.9940.00.00.0

64标准0.1-7.8910.00.00.0

65标准-0.2-7.7880.00.00.0

66标准一。2-7.7830.00.00.0

反力合力

FXFYFZ

荷载

(kN)(kN)(kX)

标准0.0-510.82835

工况2

工况2为浇注混凝土工况。6级风况条件下，进行混凝土浇注。该工况主要

计算结果如下：

表8-3工况2主要结构受力状态

（（GONmax（「（

几何参数bjVmaxmaxbmax九x（

构件名称

（mm）MPa）MPa）MPa）MPa）mm）

分配梁[12.60.1068683027.0

纵梁工20a0.471381395516.0

横梁2工40a0.031561564915.0

钢立柱4）273X107811930.838.1

联系撑[104228480.61—

工况2的计算结果说明：

各构件（Q23件材料）:

最大组合应力：=156MPa<f=2\0MPa

最大剪应力：rinax=55MPa<X=120MPa

支架主要构件强度均能满足设计及标准要求。

纵梁最大变形：5=16.0-8.1=7.9〃，〃<---=——=8.75〃〃〃满足标准要求。

400400

整体变形图如下：

图8-4整体竖向变形图（T况2）

图8-5整体横向变形图（工况2）

支点反力结果如下：

表8-4工况2支点反力一览表

MZ

FXFYFZMXMY

节点荷载(kN*m

(kN)(kN)(kN)(kN*m)(kN*m)

)

1标准1.8-2.2290.00.00.0

2标准1.8-1.91140.00.00.0

3标准0.8-1.64460.00.00.0

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