主桥主梁1#块施工承重平台受力计算书.docx
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主桥主梁1#块施工承重平台受力计算书
主桥主梁1#块施工承重平台受力计算书
1.工程概述
忠县长江大桥位于忠县县城上游8.0公里,距宜昌航道428.8公里。
该桥东起康家沱,跨越马粪碛及长江主航道(目前),西至高粱背,处于河段上、下弯道的过渡段,桥位上游有1.5公里长的顺直段,下游顺直段长达3.5公里左右。
忠县长江大桥为双塔双索面斜拉桥,公路等级为四车道高速公路,设计车速80km/h,主桥桥面宽24.5m,桥面横坡为2%,桥面纵坡为0.3%。
主梁为整体开口梁板式断面,梁高(中心线处)2.965m,标准截面纵向每隔8m设一道横隔板。
主梁为Π型断面,标准节段长8m,肋宽为1.8m。
由于塔下梁段承受较大的轴力肋板宽加宽至2.4m。
为了保证在正常运营状态下,过渡墩的支座不出现上拔力,在边跨要进行压重。
为了满足边跨压重要求,加厚边跨断面的肋宽,其中,5个节段的肋板加厚至3.9m,7个节段的肋板加厚至5m,最边上两个节段采用实心板梁。
2.设计依据
•《忠县长江大桥挂篮设计》施工图。
•《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
•《钢结构工程施工质量验收规范》(GBJ5025-2001)
•《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
•《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
•《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)
•《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
•《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)
3.设计概要
主桥主梁1#块施工立面示意图
主梁1#块长7.6m,砼方量为173.14m3,施工承重平台利用挂篮承重平台,局部加强。
前支点张挂2#索,但计算时不考虑斜拉索受力。
1#块荷载通过中、后横梁传递到主纵梁,挂篮尾端受力由下横梁上预埋件焊接牛腿承受,中横梁处在主纵梁下方设φ800×8mm钢管桩斜撑。
4.设计计算
4.1设计荷载
•承载平台自重104t;
•1#块砼173.14m3,砼2.6t/m3;
•人群及施工荷载取1.5kN/m;
•钢材7.85t/m3;
•风荷载
4.2材料性质
4.2.1材料特性
•钢的材料特性:
弹性模量E=2.1×105MPa
泊松比μ=0.3
密度ρ=7850kg/m3
4.2.2容许应力
•Q235-A:
[σ]=170MPa[τ]=100MPa
•40Cr:
d>100mm[σ]=350MPa
d<100mm[σ]=385MPa
•16Mn:
[σ]=273MPa[τ]=208MPa
4.2.3几何特性
承载平台各截面几何属性
序号
名称
截面积
腹板
翼板
宽度
高度
惯性矩Ix
惯性矩Iy
单位
cm2
mm
mm
m
m
cm4
cm4
1
主纵梁
1150.4
12
20
1.7
2.0
8170813
4716401
2
前横梁
774.3
12
16
1.0
1.8
3651484
1228124
3
中横梁
325.6
6
10
0.8
1.4
1035660
315735
4
后横梁
246.1
6
8
0.8
1.4
885158
299337
5
次纵梁
246.1
6
10
0.8
1.0
486172
248952
6
分配梁
147.0
145
21
160
560
68500
1420
7
挂腿横向
547.2
10
12/14
1.2
1.202
1370152
1138584
8
前锚杆
Φ80mm/根
共8根
9
后锚杆
Φ80mm/根
共4根
10
承重锚杆
Φ32mm/根
共8根
4.4计算模型及结果
4.4.1分配梁I56计算
R1=8.66t,R2=4.83t
4.4.2后横梁计算
砼自重:
q1=3.02t/m
模板自重:
q2=0.76t/m
人群荷载:
q3=0.15t/m
型钢荷载:
q4=0.3t/m
砼振捣荷载:
q5=0.78t/m
后横梁自重:
q6=0.3t/m
M=ql2/8=5.31×23.6×23.6/8=369.7t.m
W=2I/H=2×885158/140=12645cm3
σ=M/W=292.4MPa>[σ]=170MPa
中间加牛腿。
M=ql2/8=5.31×11.8×11.8/8=92.4t.m
W=2I/H=2×885158/140=12645cm3
σ=M/W=73.1MPa>[σ]=170MPa
f=5ql3/384EI=1mm
4.4.3中横梁计算
砼自重:
q1=5.41t/m
模板自重:
q2=1.26t/m
人群荷载:
q3=0.15t/m
型钢荷载:
q4=0.3t/m
砼振捣荷载:
q5=0.78t/m
中横梁自重:
q6=0.3t/m
M=ql2/8=8.2×23.6×23.6/8=570.9t.m
W=2I/H=2×1035660/140=14795cm3
σ=M/W=385.9MPa>[σ]=170MPa
中间加牛腿。
M=ql2/8=8.2×11.8×11.8/8=142.7t.m
W=2I/H=2×1035660/140=14795cm3
σ=M/W=96.5MPa>[σ]=170MPa
f=5ql3/384EI=1mm
4.4.4后横梁牛腿计算
R=ql/2=5.01×23.6/2=59.1t
牛腿夹角40度。
φ800×8mm钢管桩轴向力:
F=R/cos40o=77.1t
σ=F/A=38.7MPa>[σ]=170MPa
满足要求。
F水平=Fsin40o=49.6t
水平力由I56传递给预埋件。
4.4.5中横梁牛腿计算
R=ql/2=7.9×23.6/2=93.22t
牛腿夹角59度。
φ800×8mm钢管桩轴向力:
F=R/cos59o=181t
σ=F/A=91MPa>[σ]=170MPa
满足要求。
F水平=Fsin59=155.1t
设置4根φ32JL785精扎螺纹钢对拉中横梁。
JL785精扎螺纹钢强度为785MPa,每根屈服点最大拉力为63.1t。
F水平=Fsin59=155.1t≤L精扎螺纹钢=252.4t
4.4.6上部预埋件计算
承受水平拉力N=49.6t。
取1.15安全系数则N=49.6*1.15=57.04t
1、上部牛腿焊缝强度计算
牛腿只受拉应力
A=29200mm2
拉应力σ=N/A=57.04*106/29200=19.5N/mm2<[σ]=170N/mm2
焊缝强度满足要求。
2、锚筋受力计算
锚板采用Q235钢板,钢板厚度t=20mm,锚筋采用Ⅰ级钢筋d=25mm,锚筋采用四层,锚筋间距b1=135mm,fy=210MPa
每个锚筋锚固长度La=900mm(35d),直径D=25mm,有效面积Ae=490.6mm2
ar锚筋层数影响系数,四层为0.8
ab=0.6+0.25t/d=0.6+0.25*(20/25)=0.8
AS≥N/(0.8abfy)
=57.04*104/(0.8*0.8*210)
=4244mm2
采用16Φ25钢筋则实际值
AS=490.6*9=4415.6mm2>4244mm2
4.4.6-1上部牛腿图
4.4.7中、下部预埋件计算
1、中部预埋件受力
承受水平压力F=Fsin40o=49.6t
V=Fcos40o=59.1t,取1.15安全系数则V=59.1*1.15=67.97t
2、下部预埋件受力
承受水平压力F=Fsin59o=155.1t
V=Fcos59o=93.2t,取1.15安全系数则V=93.2*1.15=107.18t
3、下部受力最大下面取最大受力情况进行预埋件设计与计算
荷载作用点到预埋件的锚板边的距离为a=150mm,锚板采用Q235钢板,钢板厚度t=20mm,锚筋采用Ⅰ级钢筋d=25mm,锚筋采用九层,锚筋间距b1=160mm,fy=210MPa,Z=1040mm
每个锚筋锚固长度La=900mm(35d),直径D=25mm,有效面积Ae=490.6mm2
按规范,锚筋总截面面积满足以下两式:
AS≥V/(aravfy)+M/(1.3abarfyz)
AS≥M/(0.4abavfyz)
其中:
弯矩值:
M=va=107.18*104*150=160.77*106N.mm
ar锚筋层数影响系数,九层为0.7
ab锚板弯曲变形的折减系数
ab=0.6+0.25t/d=0.6+0.25*(20/25)=0.8
av=(4-0.08d)(fc/fy)1/2=(4-0.08*25)*(23.5/210)1/2=0.67
AS≥V/(aravfy)+M/(1.3abarfyz)
=1071.8*103/(0.8*0.67*210)+160.77*106/(1.3*0.8*0.7*210*1040)
=10533mm2
AS≥M/(0.4abavfyz)
=160.77*106/(0.4*0.8*0.7*210*1040)=3286mm2
采用34Φ25钢筋则实际值
AS=490.6*34=16680mm2>10533mm2
满足要求。
4.4.8-1下部牛腿图
4.4.8主纵梁下钢管桩斜撑计算
腹板砼自重g1=16.85t/m
模板自重g2=0.8t/m
人群荷载g3=0.15t/m
振捣荷载g4=0.48t/m
主梁自重g5=1.56t/m
q=g1+g2+g3+g4+g5=19.84t/m
R1=ql/2=75.4t(腹板荷载)
R2=93.22/2=46.61t(中横梁荷载)
R=R1+R2=122.01t
钢管桩轴向力F=R/cos40o=159.3t
σ=F/A=80.1MPa>[σ]=170MPa
满足要求。
F水平=Fsin40o=102.4t
单边设置2根φ32JL785精扎螺纹钢对拉主纵梁。
JL785精扎螺纹钢强度为785MPa,每根屈服点最大拉力为63.1t。
F水平=102.4t≤L精扎螺纹钢=126.2t
4.4.9主纵梁尾端预埋件计算
τ=R1=75.4t
(1)荷载
V=75.4t
荷载作用点到预埋件的锚板边的距离为a=150mm,锚板采用Q235钢板,钢板厚度t=20mm,锚筋采用Ⅰ级钢筋d=25mm,锚筋采用五层,锚筋间距b1=160mm,fy=210MPa,Z=640mm
每个锚筋锚固长度La=900mm(35d),直径D=25mm,有效面积Ae=490.6mm2
V=75.4×1.15=86.71t
M=P×L=86.7×0.25=216.75kN.m
(2)牛腿结构
(3)强度计算
①腿根部弯矩M=216.75kN.m
②I=2.88*10-3m4
A=4.09*10-2m2
W=8.6*10-3m3
③弯应力σ=M/W=216.75/8.6*10-3
=25.2N/mm2<[σ]=170N/mm2
④剪应力:
按两个腹板承受全部剪力
τ=V/A=86.7*104/4.09*10-2=21.20N/mm2<[τ]=125N/mm2
⑤折算应力
σz=(σ2+3τ2)1/2=(25.22+3*21.2*2)1/2=44.5N/mm2
满足要求。
(4)焊缝强度计算
主要由两腹板承受
I=8.16*10-4m4
A=2.18*10-2m2
W=24.36*10-4m3
ZQ=Q/A=86.7*104/2.18*10-2=39.8Mpa
ZM=M/W=216.75*103/24.36*10-4=89Mpa
折算应力
Z=(ZM2+3ZQ2)1/2=(39.82+3*892)1/2=159.2Mpa<170Mpa
(5)锚筋受力计算
牛腿预埋件锚筋承受弯矩和剪力
按规范,锚筋总截面面积满足以下两式:
AS≥V/(aravfy)+M/(1.3abarfyz)
AS≥M/(0.4abavfyz)
其中:
弯矩值:
M=va=86.7×0.25=216.75kN.m
ar锚筋层数影响系数,五层为0.7
ab锚板弯曲变形的折减系数
ab=0.6+0.25t/d=0.6+0.25*(20/25)=0.8
av=(4-0.08d)(fc/fy)1/2=(4-0.08*25)*(23.5/210)1/2=0.67
AS≥V/(aravfy)+M/(1.3abarfyz)
=86.7*104/(0.8*0.67*210)+216.75*106/(1.3*0.8*0.7*210*640)
=9918mm2
AS≥M/(0.4abavfyz)
=216.75*106/(0.4*0.8*0.7*210*640)=7180mm2
采用25Φ25钢筋则实际值
AS=490.6*25=12265mm2>9918mm2
满足要求。
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