钢箱梁顶推临时支架及吊装点应力计算.docx
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钢箱梁顶推临时支架及吊装点应力计算
钢箱梁顶推临时支架及吊装点应力计算
【内容提要】哈尔滨进乡街高架桥,钢箱梁顶推平台临时支架基础作为临时支架及未焊接完成钢箱梁的基础,承受临时支架及钢箱梁的全部重量。
吊装点作为吊装过程吊装设备与所吊钢箱梁的连接点,需要承受所吊钢箱梁的全部重量。
因此,临时支架的承载力计算以及吊装点计算至关重要。
【关键词】钢箱梁;临时支架;吊装;计算
1.前言
随着我国桥梁建设的发展,大跨度钢箱梁的顶推架设已成为桥梁建设的一个重要发展方向。
由于,钢箱梁顶推施工需要将预制钢箱梁进行现场拼装,钢箱梁顶板,腹板,底板均为现场焊接。
因此,需要搭设施工平台,而施工平台需要临时支架进行支撑。
在吊装过程中,吊装点作为吊装设备与钢箱梁的连接点,它的位置设置以及焊接形式直接影响吊装过程的安全。
2.工程概况
本项目为哈尔滨市进乡街高架桥工程,我公司负责部分为高架桥上跨铁路拉滨下行线、香孙线、孙新线及站线和林机厂专用线,上跨铁路钢箱梁长131.672m。
桥跨结构为40.836m+50m+40.836m,分别为27#-28#、28#-29#、29#-30#墩,梁高2m,钢箱梁宽是变截面结构,从25.3m渐变至15.8m;主梁钢结构总重1798T;钢箱梁采用全焊钢箱梁四箱结构;钢箱梁架设采用顶推方式,需要在现场对钢箱梁进行逐段拼装,其中最重段为91.8t。
我公司所承担的上跨铁路桥工程为全线重点难点工程。
3.临时支架设计与应力计算
3.1临时支架基础设计与应力计算
3.1.1基础类型采用锥型柱基,计算形式为验算截面尺寸
平面简图
剖面简图
3.1.2基本参数
3.1.2.1依据规范
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
《简明高层钢筋混凝土结构设计手册(第二版)》
3.1.2.2几何参数
已知尺寸:
B1=3250mm,A1=3250mm
H1=500mm,H2=1000mm
B=1200mm,A=1200mm
无偏心:
B2=3250mm,A2=3250mm
基础埋深d=2.50m
钢筋合力重心到板底距离as=80mm
3.1.2.3荷载值
作用在基础顶部的标准值荷载
Fgk=3000.00kNFqk=80.00kN
Mgxk=600.00kN·mMqxk=0.00kN·m
Mgyk=600.00kN·mMqyk=0.00kN·m
Vgxk=0.00kNVqxk=0.00kN
Vgyk=0.00kNVqyk=0.00kN
作用在基础底部的弯矩标准值
Mxk=Mgxk+Mqxk=600.00+0.00=600.00kN·m
Myk=Mgyk+Mqyk=600.00+0.00=600.00kN·m
Vxk=Vgxk+Vqxk=0.00+0.00=0.00kN·m
Vyk=Vgyk+Vqyk=0.00+0.00=0.00kN·m
绕X轴弯矩:
M0xk=Mxk-Vyk·(H1+H2)=600.00-0.00×1.50=600.00kN·m
绕Y轴弯矩:
M0yk=Myk+Vxk·(H1+H2)=600.00+0.00×1.50=600.00kN·m
作用在基础顶部的基本组合荷载
不变荷载分项系数rg=1.20活荷载分项系数rq=1.40
F=rg·Fgk+rq·Fqk=3712.00kN
Mx=rg·Mgxk+rq·Mqxk=720.00kN·m
My=rg·Mgyk+rq·Mqyk=720.00kN·m
Vx=rg·Vgxk+rq·Vqxk=0.00kN
Vy=rg·Vgyk+rq·Vqyk=0.00kN
作用在基础底部的弯矩设计值
绕X轴弯矩:
M0x=Mx-Vy·(H1+H2)=720.00-0.00×1.50=720.00kN·m
绕Y轴弯矩:
M0y=My+Vx·(H1+H2)=720.00+0.00×1.50=720.00kN·m
3.1.2.4材料信息
混凝土:
C25钢筋:
HRB335(20MnSi)
3.1.2.5基础几何特性
底面积:
S=(A1+A2)(B1+B2)=6.50×6.50=42.25m2
绕X轴抵抗矩:
Wx=(1/6)(B1+B2)(A1+A2)2=(1/6)×6.50×6.502=45.77m3
绕Y轴抵抗矩:
Wy=(1/6)(A1+A2)(B1+B2)2=(1/6)×6.50×6.502=45.77m3
3.1.3临时支墩计算过程
3.1.3.1修正地基承载力
修正后的地基承载力特征值fa=150.00kPa
3.1.3.2轴心荷载作用下地基承载力验算
计算公式:
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)下列公式验算:
pk=(Fk+Gk)/A(5.2.2-1)
Fk=Fgk+Fqk=3000.00+80.00=3080.00kN
Gk=20S·d=20×42.25×2.50=2112.50kN
pk=(Fk+Gk)/S=(3080.00+2112.50)/42.25=122.90kPa≤fa,满足要求。
3.1.3.3偏心荷载作用下地基承载力验算
计算公式:
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)下列公式验算:
当e≤b/6时,pkmax=(Fk+Gk)/A+Mk/W(5.2.2-2)
pkmin=(Fk+Gk)/A-Mk/W(5.2.2-3)
当e>b/6时,pkmax=2(Fk+Gk)/3la(5.2.2-4)
X、Y方向同时受弯。
偏心距exk=M0yk/(Fk+Gk)=600.00/(3080.00+2112.50)=0.12m
e=exk=0.12m≤(B1+B2)/6=6.50/6=1.08m
pkmaxX=(Fk+Gk)/S+M0yk/Wy
=(3080.00+2112.50)/42.25+600.00/45.77=136.01kPa
偏心距eyk=M0xk/(Fk+Gk)=600.00/(3080.00+2112.50)=0.12m
e=eyk=0.12m≤(A1+A2)/6=6.50/6=1.08m
pkmaxY=(Fk+Gk)/S+M0xk/Wx
=(3080.00+2112.50)/42.25+600.00/45.77=136.01kPa
pkmax=pkmaxX+pkmaxY-(Fk+Gk)/S=136.01+136.01-122.90=149.12kPa
≤1.2×fa=1.2×150.00=180.00kPa,满足要求。
3.1.3.4基础抗冲切验算
计算公式:
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)下列公式验算:
Fl≤0.7·βhp·ft·am·h0(8.2.7-1)
Fl=pj·Al(8.2.7-3)
am=(at+ab)/2(8.2.7-2)
pjmax,x=F/S+M0y/Wy=3712.00/42.25+720.00/45.77=103.59kPa
pjmin,x=F/S-M0y/Wy=3712.00/42.25-720.00/45.77=72.13kPa
pjmax,y=F/S+M0x/Wx=3712.00/42.25+720.00/45.77=103.59kPa
pjmin,y=F/S-M0x/Wx=3712.00/42.25-720.00/45.77=72.13kPa
pj=pjmax,x+pjmax,y-F/S=103.59+103.59-87.86=119.32kPa
柱对基础的冲切验算:
H0=H1+H2-as=0.50+1.00-0.08=1.42m
X方向:
Alx=1/4·(A+2H0+A1+A2)(B1+B2-B-2H0)
=(1/4)×(1.20+2×1.42+6.50)(6.50-1.20-2×1.42)
=6.48m2
Flx=pj·Alx=119.32×6.48=773.44kN
ab=min{A+2H0,A1+A2}=min{1.20+2×1.42,6.50}=4.04m
amx=(at+ab)/2=(A+ab)/2=(1.20+4.04)/2=2.62m
Flx≤0.7·βhp·ft·amx·H0=0.7×0.94×1270.00×2.620×1.420=3114.50kN,满足要求。
Y方向:
Aly=1/4·(B+2H0+B1+B2)(A1+A2-A-2H0)
=(1/4)×(1.20+2×1.42+6.50)(6.50-1.20-2×1.42)
=6.48m2
Fly=pj·Aly=119.32×6.48=773.44kN
ab=min{B+2H0,B1+B2}=min{1.20+2×1.42,6.50}=4.04m
amy=(at+ab)/2=(B+ab)/2=(1.20+4.04)/2=2.62m
Fly≤0.7·βhp·ft·amy·H0=0.7×0.94×1270.00×2.620×1.420=3114.50kN,满足要求。
3.1.3.5基础受压验算
计算公式:
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
Fl≤1.35·βc·βl·fc·Aln(7.8.1-1)
局部荷载设计值:
Fl=3712.00kN
混凝土局部受压面积:
Aln=Al=B×A=1.20×1.20=1.44m2
混凝土受压时计算底面积:
Ab=min{B+2A,B1+B2}×min{3A,A1+A2}=12.96m2
混凝土受压时强度提高系数:
βl=sq.(Ab/Al)=sq.(12.96/1.44)=3.00
1.35βc·βl·fc·Aln
=1.35×1.00×3.00×11900.00×1.44
=69400.80kN≥Fl=3712.00kN,满足要求。
3.1.3.6基础受弯计算
计算公式:
按《简明高层钢筋混凝土结构设计手册(第二版)》中下列公式验算:
MⅠ=β/48·(L-a)2(2B+b)(pjmax+pjnx)(11.4-7)
MⅡ=β/48·(B-b)2(2L+a)(pjmax+pjny)(11.4-8)
柱根部受弯计算:
G=1.35Gk=1.35×2112.50=2851.88kN
Ⅰ-Ⅰ截面处弯矩设计值:
pjnx=pjmin,x+(pjmax,x-pjmin,x)(B1+B2+B)/2/(B1+B2)
=72.13+(103.59-72.13)×(6.50+1.20)/2/6.50
=90.76kPa
MⅠ=β/48·(B1+B2-B)2[2(A1+A2)+A](pjmax,x+pjnx)
=1.0306/48×(6.50-1.20)2×(2×6.50+1.20)×(103.59+90.76)
=1664.50kN·m
Ⅱ-Ⅱ截面处弯矩设计值:
pjny=pjmin,y+(pjmax,y-pjmin,y)(A1+A2+A)/2/(A1+A2)
=72.13+(103.59-72.13)×(6.50+1.20)/2/6.50
=90.76kPa
MⅡ=β/48·(A1+A2-A)2[2(B1+B2)+B](pjmax,y+pjny)
=1.0306/48×(6.50-1.20)2×(2×6.50+1.20)×(103.59+90.76)
=1664.50kN·m
Ⅰ-Ⅰ截面受弯计算:
相对受压区高度:
ζ=0.010730配筋率:
ρ=0.000426
ρ<ρmin=0.001500ρ=ρmin=0.001500
计算面积:
2250.00mm2/m
Ⅱ-Ⅱ截面受弯计算:
相对受压区高度:
ζ=0.010730配筋率:
ρ=0.000426
ρ<ρmin=0.001500ρ=ρmin=0.001500
计算面积:
2250.00mm2/m
3.1.4临时支墩计算结果
3.1.4.1X方向弯矩验算结果
计算面积:
2250.00mm2/m
采用方案:
D18@100
实配面积:
2544.69mm2/m
3.1.4.2Y方向弯矩验算结果
计算面积:
2250.00mm2/m
采用方案:
D18@100
实配面积:
2544.69mm2/m
经过计算临时支架基础设计满足要求。
3.2临时支架的设计与应力计算
由于顶推部分钢箱梁为变宽桥体,临时支架布置要尽可能使各临时支架承担相近的荷载,同时还要避开桥下支座位置,以便顺利落架安装;临时支架结构形式为钢管立柱矩阵,参照支座平面布置图,拟在直线侧距桥边2.2米、11.2米、21.55米处设置3排共九个临时支架。
在临时支架计算过程中,为使计算更为准确,因此采用手算与迈达斯软件相结合的计算方式。
临时支架布置图
3.2.1临时支架设计与应力计算
计算模型
计算模型
支座反力
节点位移
结构内力-弯矩
结构内力-轴力
主梁验算
立柱验算
人字柱验算
验算结果
经过使用迈达斯软件的计算临时支架设计满足要求。
3.2.2临时支架反力计算
3.2.2.128#支架柱最大轴力
桥体高度较支架梁大很多,在悬挑端倾覆力矩的作用下,除27#~28#支柱附近的桥体,支架上桥体有脱离支架梁的趋势,经分析28#墩台处支架承受85%的桥重,
N28=(10717+500+700)*1.4*0.85=16680*0.85=14180KN
(支架3、2、1、分别承担4251KN、6381KN、6381KN)
3.2.2.227#~28#中间支架柱最大轴力
桥体铺满拼装支架时,中间支架柱受力最大
N2728中=(4371+1000+500)*1.4=8219KN
(支架6、5、4分别承担2466KN、3700KN、3700KN)
3.2.2.327#支架柱最大轴力
桥体铺满拼装支架时,支架柱受力最大
N27=(2428+500+800)*1.4=5220KN
(支架9、8、7分别承担1566KN、2349KN、2349KN)
3.2.2.4支架柱水平反力
桥体在拼装支架上的滑移摩阻力为桥体构件和滑轨间的内力,由其自身内部平衡,不对支架产生水平力;
当导梁滑上29#墩台及之后的滑移过程中,29#墩台上的摩阻力将反作用于拼装支架,使其受水平力;此时的摩阻力为
V=29#墩台承受的最大竖向力*摩察系数
=(7893/2+550)*1.2*0.1=540KN
(滑道1、2、3、分别承担162KN、243KN、243KN)
3.2.2.5支架柱横向风荷作用力
Vwy=0.55*1.3*1.25*2=1.788KN/M
在导梁腹板开孔减小横向受风面积,增加导梁的侧向稳定性。
4.吊装点设计与计算
4.1吊装点设置的原则
根据构件实际情况设置吊装点,在横向纵向隔板交界处设置;吊装点采取坡口焊形式焊接于上桥面板;吊装点设置的方向按下图方式布置;
吊装点设置
4.2吊装点工作时为铰接,与吊环相连接
4.3吊装点计算书
吊装点设计采用Q345QE材质钢材
吊索拉力设计值计算:
销轴直径计算:
耳板局部承压(耳板厚度)计算:
耳板抗剪验算:
耳板焊缝验算:
耳板t1、t2间角焊缝验算
吊装点大样
5.结语
通过对临时支架的设计计算,临时支架基础的计算以及吊装点的计算,保证了钢箱梁在吊装以及顶推拼装过程中的安全。
避免了由于准备不足,而造成工程成本增加的问题。
参考文献
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
《简明高层钢筋混凝土结构设计手册(第二版)》
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《建筑施工安全技术规范》
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