桥梁预应力临时结构计算资料Word文档格式.docx

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3、轨道锚固利用箱梁竖向预应力精扎螺纹钢筋。

四、主菱形构架计算

1、主菱形构架结构图

2、挂篮各部件截面特性

构件

-

均为2[28a槽钢，Q235钢

截面面积：

A=2×

40.02=0.008004cm2m2

惯性矩：

I=4752.2=9504.4cm4=0.000095044m4

构件截面高度：

H=0.28m

Q235钢：

E=200000MPa[σ]=170MPa

3、计算模型

该计算模型的单元材料和截面见下表。

4、菱形架力学计算

工况1：

进行主菱形架的强度计算

为安全计，可考虑1号段浇注时产生的最大荷载进行强度计算。

1#号段最大重量为1360Kn；

考虑超载系数：

1.05;

混凝土浇注时的冲击系数：

1.2

附加荷载1：

施工机械与人群荷载按2.5kN/m2考虑;

附加荷载3：

模板荷载，按外模100kN，内模30kN考虑，总共130Kn，则130/3/12=3.6kN/m2；

则总附加荷载为：

（2.5+2+3.6）×

3×

12=292kN；

则挂蓝施工期间承受的总最不利荷载为：

1.05×

1.2×

（1360+292）=2081.5kN

则一侧主构架承受的荷载为：

2081.5/2/2=520.4Kn，见下图。

计算结果如下：

弯矩图（kNm）

剪力图（kNm）

轴力图（kNm）

（菱形挂蓝内力表）

以下为菱形挂蓝之各杆件单元的截面应力：

以下为菱形挂蓝之变形图和位移表。

变形图（最大位移为2.11cm）

（位移表）

以下为菱形挂蓝之变形图和位移表支座反力。

挂蓝主构架中主纵梁的最大截面正应力σmax=153MPa<

[σ]=170Mpa，主构架强度满足要求。

工况2：

进行主三角架的刚度计算

为安全计，可考虑1号段浇注时产生的最大荷载进行刚度计算。

（1360+292）=1734.6kN

1734.6/2/2=433.6Kn。

2039/2/2=510Kn，则主三角架在吊带作用点处最大位移为：

1.5×

433.6/520.4=1.25cm。

五、前、后吊带计算

由前节计算结果得知，前吊带的最大荷载为520kN，吊带为16Mn钢，截面面积为150×

20mm2=30cm2=0.003m2；

其承载能力为[N]=0.003×

210000000=630kN

主构架一侧有两根吊带，因此：

吊带应力σ=520000/0.003/2=86666667/m2=86.7MPa<

[σ]=210MPa

吊带伸长量计算可按最大荷载433.6kN计算，吊带长度按7.5m计算，则：

Δ=433600×

7.5/200000000000/0.003/2=0.0027m=3mm

则挂蓝最大位移为：

1.25+0.3=1.55cm。

后吊带两对φ32精扎罗纹钢筋和两根16Mn钢吊带，则一根φ32精扎罗纹钢筋承最大受荷载为：

520/2=260Kn<

[P]=600Kn,安全系数为1.96；

一根吊带所承受的最大荷载为260Kn<

[N]=630Kn，安全系数为2.1。

满足强度要求。

六、混凝土浇注时后锚力学计算

菱形架一侧由一对φ25精扎螺纹钢筋锚固，φ25精扎螺纹钢筋承载能力为：

1/4×

3.14×

25×

930=482.3kN;

后锚最大锚固力为：

Nmax=555kN,则一根φ25精扎螺纹钢筋最大承受555/2=277.5kN<

[P]=482kN轴力,安全系数为482/277.5=1.74。

建议在菱形架一侧采用二对φ25精扎螺纹钢筋锚固。

七、前上横梁计算

1、前上横梁结构图

前上横梁为桁架片，其尺寸如下图示。

2、杆件截面特性

1）[10槽钢

A=12.74cm2=0.001274m2;

I=198.3cm4=0.000001983m4

截面高：

H=0.1m

2）[16a槽钢

A=21.95cm2=0.002195m2;

I=866.2cm4=0.000008662m4

H=0.16m

对于上弦杆，考虑2cm的加强板后，截面特性为：

A=21.95+32=53.95cm2=0.005395m2

I=866.2+1/12*2*16*16*16=0.000015489cm2

该计算模型的单元材料和截面特性见下表。

（单元材料表）

4、前上横梁外载布置

如前三节所述，4#节段是挂蓝施工的最不利荷载节段，一侧总荷载为520.4kN，横梁外载需要将这种荷载分配在外模吊杆、内模吊杆及前横梁吊杆上，可近似按箱型截面的分块面积加以分配。

1#节段的分块面积如下图示（单位m2）。

因此：

上前横梁上各吊点的作用力分别为：

（1）前下横梁吊点P1=520.4×

17.436/22.146/2=204.8kN

（2）外模吊点P2=520.4×

1.28×

2/22.146=60.1kN

（3）内模吊点P3=520.4×

2.16/22.146=50.7Kn

前上横梁由两片桁架组成，则一片横梁所受荷载为：

（4）前下横梁吊点P1=204.8/2=102.4kN

（5）外模吊点P2=60.1/2=30.0kN

（6）内模吊点P3=50.7/2=25.3Kn

一片前上横梁所受到的吊点荷载见下图

5、前上横梁外载计算

计算结果如下各图所示

（弯矩图及最大应力值）

（轴力图kN）

（变形图和位移表）

可见，前上横梁在上弦杆5、15单元右截面出现较大的应力σmax=186.5Mpa，相应的截面轴向力N=4.8Kn，M=39.66kNm。

因计算时5、6、13、14处单元采用的是0.16米高加强板，而实际加强板如下图示示，需按0.53m高计算。

仅考虑加强板时,其承受的截面最大拉应力为：

σmax=4.8/（0.02*0.53*0.53）+39.66/（1/6*0.02*0.53*0.53）

=43.2Mpa<

[σ]=170M，满足强度要求。

八、前下横梁计算

1、前下横梁结构图

前下横梁由2[40b槽钢组成。

2、前下横梁截面特性

39.45cm2=0.00789m2

I=2×

6587.6cm4=26350.4cm4=0.000263504m4

截面高度：

H=0.4m

3、前下横梁有限元计算模型

3、前下横梁所受荷载

偏于安全考虑，可将前下横梁所受混凝土自重荷载按等截面考虑，最不利荷载分布见如下图。

施工机机械与人群荷载按2.5kN/m2考虑;

附加荷载2：

冲击荷载按2.0kN/m2考虑;

模板荷载，仅考虑底模按106kN计算；

（2.5+2）×

6.7+106=196.5kN，前下梁所承受的总附加荷载为98.2Kn，等效均布置荷载为98.2/6.7=14.7Kn/m

腹板区所受的均布置荷载为：

209/1+14.7=278Kn/m

箱室区所受的均布置荷载为：

209/4.9+14.7=68.4kN/m

则前下横梁所受最不利外载见下图

4、前下横梁计算

（支座反力）

（前下横梁最大位移）

（最大位移表）

可见：

前下横梁的最大正应力为σmax=88MPa<

=[σ]=170MPa。

满足要求。

九、后下横梁计算

后下横梁的吊点与前下横梁规格相同，则其所外载与前横梁基本相同，满足要求。

十、底模下纵梁计算

1、底模下纵梁布置方案

挂蓝底模用六根双[28b槽钢做纵梁以承受底模和箱梁荷载。

2、一根底模纵梁2[28槽钢截面特性

截面惯性矩：

I=2*5118.4cm4=10236.8cm4=0.000102368m4

A=2*45.62cm2=91.24cm2=0.009124m2

2、底模纵梁计算模型

3、底模纵梁荷载布置

根据前下横梁荷载计算结果，偏于安全地考虑，可得到一根最不利荷载如下图示。

4、底模纵梁计算结果

挂蓝底模纵梁（2[28槽钢）的最大截面拉应力σ=4.8Mpa<

[σ]=170Mpa，满足强度要求。

另外，最大位移为0.211/300=1/1500<

[f]=1/400,满足刚度要求。

第二章临时支墩检算

一、临时支墩布置方案

采用在桥墩两侧设置钢管砼立柱并在墩顶四角设置临时支墩的临时固结方案，具体做法如下：

1、在承台距墩中心线纵向3.5m处预埋4根φ600mm钢管（横桥向距墩中心线2.9m），壁厚1.2cm，钢管内壁上下端焊接长度为70cm按等间距焊接10根Φ25罗纹钢筋，其中要求各35cm嵌入钢管和梁体或承台混凝土内。

承台上布置立柱周围1m范围内要增设φ12螺纹钢加强钢筋网,网距10×

10cm。

为加强钢管立柱的稳定性，加工2根30双槽钢，用双槽钢将两立柱连结成整体。

2、在墩顶四角设个临时支墩，采用C40混凝土。

每个临时支墩内布置16根φ25精轧螺纹钢，精轧螺纹钢距墩横轴线1.9m，间距10cm，埋入墩内100cm，埋入梁体80cm。

支墩尺寸120cm×

70cm。

施工过程中严格控制累计不均衡荷载不超过20T。

3、临时支座分三次浇注成型，第一次浇注30cm厚C40混凝土，然后浇注5cm厚硫磺砂浆，强度不低于C40。

最后C40混凝土至梁底。

为便于拆除，在浇注硫磺砂浆时，在里面预埋电阻丝，拆除时通电熔化硫磺砂浆。

4、连续梁箱体与临时支座相接部位布设纵横φ12间距100mm的钢筋网。

5、临时支座顶底面各设一薄层隔离层，隔离层用两层油毡制作，以便在合拢后清除临时支座。

临时支座布置方案见下图。

，

二、钢管混凝土柱承载能力计算

1、计算钢管混凝土短柱的轴心承载能力

采用《钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:

90）》计算钢管混凝土柱轴心承载力。

公式如下：

N0=fc

Ac

（1+

）

Fc=19.5MPa（40号混凝土抗压强度设计值）

Ac-核心混凝土截面面积;

Ac=1/4

3.14

（0.576

0.576）=0.26044416m2;

θ=（fs*As）/（fc*Ac）

fs=210Mpa（钢的抗拉、压设计强度）

As=3.14*（0.6-0.012）*0.012=0.02215584m2（钢管截面积）

θ=210*0.02215584/（19.5*0.26044416）=0.9161;

N0=19500000*0.26044416*（1+sqrt（0.9161）+0.9161）=14592167N=14592Kn

2、计算稳定系数

φ=1-0.115*（sqrt（l0/D-4））=0.115*（sqrt（24/0.6-4））=0.69

3、钢管混凝土的承载能力为

N0=14592*0.69=10068kN

三、不平衡弯矩检算

抗不平衡力矩由两部分组成：

1、由钢管混凝土支墩产生的抗不平衡力矩

M1=2*N0*3.5=70476kNm

2、由精扎罗纹钢筋产生的抗不平衡力矩

Φ25精扎罗纹钢筋的极限承载能力为：

N=3.14*0.025*0.025/4*340000000=166812.5N=167KN。

采用极限状态法分析计算，可得：

M2=2*22×

167×

3.55=26085kNm

此时受压区混凝土应力为：

σ=22×

167000/1.2/0.7=4.4Mpa<

40Mpa；

总抗不平衡力矩为M=M1+M2=70476+26085kNm=96561Kn>

kNm（设计给定数值）;

f=96561/40556=2.4,满足抵抗不平衡弯矩要求。

四、不平衡重和混凝土自重作用下临时支墩所受轴力计算

1、钢管混凝土弹性模量与截面面积计算

采用相当弹性模量和截面面积计算钢管混凝土弹性模量与截面面积，计算公式如下：

EA=EC×

AC+AS×

AS

EI=EC×

IC+ES×

IS

EA—钢管混凝土轴向抗拉和抗压刚度

EI—钢管混凝土弯曲刚度；

EC—混凝土弹性模量；

ES—钢管弹性模量；

AC—混凝土截面面积；

AS—钢管面积；

IC—混凝土惯性矩；

IS—钢管惯性矩。

为便于有限元计算，可以令钢管混凝土弹性模量为E=35000000kN/m2，则可以得到直径为0.6m、壁厚为1.2cm为钢管混凝土的相当截面面积A=0.387m2，截面惯性矩为I=0.01088m4。

2、计算模型选择

临时支敦要求承受起悬臂施工过程中的最大荷载，并能够抵抗施工过程中允许的最不利于偏载。

当所有悬臂段浇注完成后，临时支墩将承受最大的压力，相应的有限元计算模型如下图，活动支座的反力即为临时支墩的轴向力。

（单元节段与临时支撑图）

（有限元模型）

该计算模型的单元特性如下表：

（单元材料表）

3、临时支墩计算时最不利荷载布置

最不利偏载按200kN考虑，梁体自重超载系数为1.05，挂蓝重为610kN，不考虑预应力张拉的影响。

则临时支墩计算时最不利荷载布置如下图所示。

4、临时支墩强度计算

考虑偏载的最不利荷载弯矩图和支墩轴向应力见下图

（弯矩和应力图）

（钢管混凝土支墩支内力表）

（变形与位移图）

钢管混凝土支墩的最大轴力为Nmax=1886Kn；

最大截面压应力为σ=5.37MPa<

[fc]=19.5Mpa。

最大截面拉应力为σ=2.86MPa。

第三章临时锁定工字钢检算

一、合拢方段工字钢布置

合拢段分边跨合拢段和中跨合拢段两种类型，它们采用相同的临时锁定工字钢固接方案，见下图。

即：

分别在箱梁顶板和箱室底板上面焊接两对I32a工字钢，每对I32a工字钢分别用上、下两块10mm和20mm钢板焊接成整体，并焊接于下钢板的U形钢筋与混凝土连接成整体，达到合拢段锁定的目的。

二、合拢后温升或温降产生的摩擦力计算

计算因温升或温降产生的摩擦力需分边跨合拢段和中跨合拢段两种情况，最不利情况属于中跨合拢段，因此下面仅考虑中跨合拢段。

中跨合拢段混凝土浇注后即形成完整的连续梁，气温升高或降低将导致梁体的伸长和缩短，并使梁体沿纵向产生微小移动，由此产生纵向摩擦力，中跨合拢段锁定工字钢需要能完全承受该摩擦力。

下图为左半桥纵断面节段图。

将跨中一侧所有梁段重量累加可得到半桥总自重为：

W=51610kN，为偏于安全计，桥上机械荷载、人群荷载、挂蓝荷载可按3000Kn考虑，并考虑1.1超载系数，则半桥总荷载为：

G=1.1×

（51610+3000）=67273kN

摩擦系数按f=0.06考虑，则因温升或温降产生的水平摩擦力为：

F=0.06×

67273=4036kN。

三、锁定工字钢的强度计算

1、锁定工字钢截面特性计算

2I32a热扎锁定工字钢的截面特性：

A=6.7156E-3m2

惯性矩I=1.1100E-4m4

上下钢板分别为□500×

250×

10和□500×

20，可以合并为□500×

30钢板计算，其截面特性为：

惯性矩I：

3.906E-5m4

A=7.5E-3m2

总惯性矩：

I=1.11E-4+3.906E-5+7.5E-3×

0.16×

0.16=0.00024206m4

总截面面积A=0.0067156+0.0075=0.01421m2

2、锁定工字钢允许轴力

[N]=4×

[σ]×

A=4×

170E6×

0.01421=9663Kn>

F=4036kN。

满足要求

四、连接钢筋计算

根据周水兴等编著的《路桥施工计算手册》，钢筋与钢板连接的贴角焊缝抗剪切强度计算公式：

τ=N/（hu*Σlf）

N—作用在一根钢筋上轴向力，取因温升或温降产生的水平摩擦力F=4036Kn/4/16=63kN。

Hu—焊缝的计算厚度，取0.7hf=0.7*0.008=0.0056m。

实际施焊时要求焊缝高度为10mm，且焊缝饱满。

Σlf—焊缝的计算长度之和。

一根N4钢筋长度为0.24m

因此：

τ=N/（huLf）=63000/（0.0056*0.24）=46875000N=46.9Mpa<

[τ]=85Mpa

满足抗剪要求。

五、合拢段混凝土浇注过程中锁定工字钢计算

中跨合拢段工字钢锁定后，工字钢将与左右半跨梁桥连接成整体，形成组合连续梁桥，并将共同承受中跨合拢段混凝土重量产生的内力。

此时，锁定工字钢按组合截面计算。

截面特性为：

0.01421m2=0.0568m2；

I=I0+A2×

Y2=2×

0.00024206+2×

0.01421×

（4.85/2+0.16）×

（4.85/2+0.16）=0.1903929545m4

合拢段自重为W=2×

337=674Kn，为安全计，考虑超载系数1.5，则：

自重荷载为：

W=1.5×

674=1011kN

锁定工钢计算模型及所受外载如下：

跨中合拢段混凝土浇注完后，锁定工字钢将产生最大33.47Mpa的正应力。

温度变化引起克服纵向摩擦力所产生的截面应力为：

σ=4036000/4/0.01421=71006333N/m2=71MPa

σmax=71+33.5=104.5MPa<

[σ]=170MPa;

满足要求。

第四章80米跨连续梁桥0#块托架检算

一、0#块立杆荷载计算

设计方案如下图示，腹板区域立杆在横向按0.3m布置，在纵向按0.6m布置，0#块悬挑部分最大截面高度按6.65m计，为安全计，可以整个梁段按高度6.65m等截面梁段计算。

此时，分布于翼板区、腹板区和箱室区的立杆荷载见下图：

立杆受力:

●腹板区杆件轴力为:

27.2Kn;

●箱室区杆件轴力为11.1Kn

●翼缘区杆件轴力为5.4Kn

当考虑超载系数：

模板荷载，按外模100kN，内模30kN考虑，总共130Kn，则130/6.7/5=3.9kN/m2；

（2.5+2+3.9）×

0.3×

0.6=1.5kN；

则考虑上述因素后的立杆轴力为：

1.2×

（27.2+1.5）=36.2kN

●箱室区杆件轴力为1.05×

（11.1+1.5）Kn=15.9kN

●翼缘区杆件轴力为1.05×

（5.4+1.5）Kn=8.7kN

二、横向双[12号槽钢计算

1、横向双12号槽钢的截面特性为：

H=0.126m

Ix=2*391.47cm4=0.00000783m4

A=2*15.69cm4=0.003138m2

2、横向双[12号槽钢布置方案

3、横向12号槽钢计算模型

可取半结构计算，半结构模型如下：

4、横向12号槽钢荷载布置

5、横向双12.6号槽钢计算结果

（弯矩图kN.m）

（变形图和最大位移表:

单位mm）

（支座反力图kN）

双[12号槽钢的最大正应力σ=22MPa>

[σ]=17MPa，满足强度要求。

三、纵梁双[40号槽钢计算

1、纵梁40双槽钢布置图见下图：

（立杆纵向间距0.6m）

2、纵梁40双槽钢截面特性

E=200000000Kn/m2

Ix=2×

18644.4cm4=0.000372888m4

83.04cm4=0.016608m2

3、建立纵梁20b双槽钢有限元计算模型

该模型的单元特性表见下

4、纵梁20b双槽钢所受的外荷载布置

取受10槽钢最大荷载50.3kN进行纵梁20b双槽钢计算。

5、计算结果

跨中刚度f=0.361e-3/4.5=1/12465<

[f]=1/400

四、横梁双[40号槽钢计算

1、横梁双[40b槽钢截面特性如下：

2、横梁双[40b槽钢计算模型

3、横梁双[40b槽钢荷载布置

按最不利荷计算，即所有作用于双[40b型槽钢上的集中荷载最大201kN计算，它是由反力为50.39kN产生的（[10槽钢的反力下图示）

则：

其它反力产生的所有作用于双[40b型槽钢上的集中荷载分别为

3.1,36.6,41.6,107.6,125.4,201,88.8,109.3,83.8kN

则作用于双[40b型槽钢上的外载如下图示。

4、横梁双[40b型槽钢计算结果

（弯矩图kN.m）

双[40b型槽钢的最大应力为σmax=36.9MPa<

[σ]=170MPa。

满足强度要求。

五、三角托架计算

1、三角拖架构件编号和尺寸见下图

2、三角拖架