清溪大桥托架设计计算书.docx
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清溪大桥托架设计计算书
清溪大桥托架设计计算书
一、设计原则
1、可完成0#、1#块、边跨直线段使用托架浇筑，略改装可多次循环利用。
2、使用常用型材，结构要简单，受力要明确。
3、适应主边墩顶部实心段混凝土构造。
4、安装、拆除要方便，节省人力物力，节省工期。
二、载荷分析：
取一桁片进行分析:
1、浇筑0#块载荷
1.1砼载荷
悬臂长度1.5m，其中悬臂端截面积17.12m2，悬臂根部截面积19.06m2，按照台体体积公式计算得体积V=27.12m3，钢筋砼密度取2.6t/m3，有G1=27.12*2.6*9.8=691.02KN
1.2侧模重量G2=（5.266/1.8）*1.6*9.8=45.9KN
1.3底模系统按照5吨考虑，G3=5*9.8=49KN
1.4人员机具载荷F=1.5KPa*1.5*12.2=27.45KN
1.5静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4，有沿线路方向每延米载荷集度：
Q=[（691.02+45.9+49）*1.2+27.45*1.4]/1.5=654.4KN/m
设置4片托架，考虑不均匀系数，按照3片平均承受载荷计算单片载荷集度
Q=654.4/3=218.1KN/m
载荷作用范围为沿轴线砼投影均匀分布。
2、0#块载荷卸除，浇筑1#块载荷
2.11#块单面砼体积46m3，G1=1172.08KN
2.2侧模重量G2=（5.266/1.8）*4*9.8=114.68KN
2.3底模重量按照8吨考虑，G3=8*9.8=78.4KN
2.4人员机具载荷F=1.5*3*12.2=54.9KN
2.5浇筑1#块时，0#块底部木排架拆除，0#块砼载荷不作用在托架上。
静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4，按照所有载荷沿轴线均匀分布考虑。
考虑到托架不均匀系数，按照3片平均承受载荷计算。
沿线路方向每片托架每延米载荷集度
Q=[（1172.08+114.68+78.4）*1.2+54.9*1.4]/3/3=190.56KN/m
载荷作用范围为沿轴线砼投影均匀分布。
3、浇筑边跨直线段载荷
边跨直线段投影悬臂长5.7m。
3.1砼载荷：
砼悬臂端头截面积9.74m2，直到距端头3.2m处为同面积截面，从距端头3.2m至距端头5.7m为均匀变化截面，5.7m处截面积为11.72m2。
有V=31.17+26.79=57.96m3
G1=57.96*2.6*9.8=1476.8KN
3.2模板载荷。
采用高强覆膜竹胶板，钢管架、方木组合加固。
载荷取20吨。
G2=20*9.8=196KN
3.3人员机具载荷：
G3=1.5*12.2*5.7=104.31KN
3.4静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4，按照所有载荷沿轴线均匀分布考虑。
考虑到托架不均匀系数，按照3片平均承受载荷计算。
沿线路方向每片托架每延米载荷集度
Q=[（1476.8+196）*1.2+104.31*1.4]/5.7/3=125.93KN/m
载荷作用范围为沿轴线砼投影均匀分布。
4、合拢段载荷
4.1合拢段砼重G1=11.72*2*2.6*9.8=597.3KN
4.2模板支架重G2=10t=98KN
4.3人员机具载荷G3=1.5*12.2*2=36.6KN
4.4静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4，按照所有载荷沿轴线均匀分布考虑。
考虑到托架不均匀系数，按照3片平均承受载荷计算。
G=[（597.3+98）*1.2+36.6*1.4]=885.6KN
直线段挂点设置在距离端头30cm处，有单片桁片节点受力F=885.6/3/2=147.6KN。
四、托架主桁片设计计算
软件计算部分采用通用有限元分析程序ANSYS10.0。
杆件全部采用beam3梁单元模拟计算。
主桁架材质选用Q235b，抗拉、抗压、抗弯强度为215MPa，抗剪强度125MPa。
经方案比选，多次计算分析，最后采用以下结构（详细图纸附后）：
1、参数取值：
主桁采用双拼[36b槽钢，在桁架平面内A=55.1*2cm2=110.2cm2，惯性矩Ix=8144.2*2cm4=16288.4cm4，h=32cm。
2、分载荷工况校核，细化桁片内部杆件设计。
模型图如下：
两墩身连接处为铰支，只有x、y向约束，无转动约束。
分四种工况进行校核：
工况一：
托架浇筑0#块。
工况二：
0#块载荷卸除，托架浇筑1#块。
工况三：
托架浇筑边跨直线段。
工况四：
托架、吊篮浇筑边跨合拢块。
2.1工况一，托架浇筑浇筑0#块。
2.1.1变形图
最大变形1.6mm<1.5/400=3.75mm。
2.1.2轴应力图
最大轴应力15.9MPa，拉应力，出现在内斜杆上，最大压应力为11.2MPa，出现在竖杆和下斜杆上。
2.1.3剪力图
最大剪应力为Q=217314/（110.2e-4）=19.7MPa<125MPa。
2.1.4弯曲应力图
最大弯曲应力为81.7MPa，小于215MPa。
2.1.5等效应力图
最大等效应力76.3MPa，小于215MPa。
2.1.6稳定性分析
最易失稳杆件为下斜杆下面一半。
按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=[336.332+（16-2.158）2*55.1]*2=21787.1cm4，iy=
=14.06cm
按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照两端铰支考虑，有：
λ=μl/ix=24.9
查《钢结构设计规范》，属轴心受压b类截面，查表得
稳定系数ψ=0.953，
则有：
σ=N/（ψA）=11.2MPa/0.977=11.8MPa
小于215MPa。
稳定性满足使用要求。
2.1.7结论：
此托架满足0#块使用要求。
2.2工况二：
0#块载荷卸除，托架浇筑1#块砼。
2.2.1变形图
最大变形3.3mm。
2.2.2轴应力图
最大轴应力64MPa，为压应力。
2.2.3剪力图
最大剪应力为Q=219278/（110.2e-4）=19.9MPa<125MPa。
2.2.4弯曲应力
最大弯曲应力106MPa，小于215MPa。
2.2.5等效应力
最大等效应力115MPa，小于215MPa。
2.2.6稳定性
最易失稳杆件为下斜杆下面一半。
按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照两端铰支考虑，有：
λ=μl/ix=24.9
查《钢结构设计规范》，属轴心受压b类截面，查表得
稳定系数ψ=0.953，
则有：
σ=N/（ψA）=64MPa/0.977=67.2MPa
小于215MPa。
稳定性满足使用要求。
2.2.7结论：
此托架满足1#块施工要求。
2.3工况三：
浇筑边跨直线段
2.3.1变形图
最大变形6mm<5.7m/400=14.25mm。
3.4.2轴应力图
最大轴应力81.7MPa，压应力，出现在下斜杆上。
3.4.3剪力图
最大剪应力为Q=177853/（110.2e-4）=16.1MPa<125MPa。
3.4.5弯曲应力
最大弯曲应力109MPa<215MPa。
3.4.6等效应力
最大等效应力142MPa<215MPa。
3.4.7稳定性
取最大受力压杆进行分析。
最大受力受压杆件为下面斜杆，轴应力为81.7MPa，
按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=[336.332+（16-2.158）2*55.1]*2=21787.1cm4，iy=
=14.06cm
按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照两端铰支考虑，有：
λ=μl/ix=24.9
查《钢结构设计规范》，属轴心受压b类截面，查表得
稳定系数ψ=0.953，
则有：
σ=N/（ψA）=81.7/0.953=85.7MPa<215MPa。
稳定性满足使用要求。
3.4.8结论：
此托架满足直线段浇筑使用要求。
3.5托架浇筑边跨合拢段
3.5.1变形图
最大变形9mm，大于5mm。
3.5.2轴应力图
最大轴应力103Mpa，为压应力，出现在下斜杆上，小于215MPa。
3.5.3剪应力
按照集中载荷作用在节点上，剪应力分布及大小与工况三相同。
不另计算。
3.5.4弯曲应力
最大弯曲应力122MPa，小于215MPa。
3.5.5等效应力
最大等效应力172MPa，小于215MPa。
3.5.6稳定性
取最大受力压杆进行分析。
最大受力受压杆件为下斜杆，轴应力103MPa。
按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=[336.332+（16-2.158）2*55.1]*2=21787.1cm4，iy=
=14.06cm
按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照两端铰支考虑，有：
λ=μl/ix=24.9
查《钢结构设计规范》，属轴心受压b类截面，查表得
稳定系数ψ=0.953，
则有：
σ=N/（ψA）=103/0.953=108.1MPa<215MPa。
稳定性满足使用要求。
3.5.7经计算表明，使用托架浇筑合拢块满足强度、稳定性要求，但是变形过大，不符合规范要求。
合拢块浇筑必须使用挂篮浇筑，不可使用吊篮锚固在直线段上。
3.6托架桁片各载荷工况计算成果如下：
变形mm
轴应力MPa
剪应力MPa
弯曲应力MPa
等效应力MPa
稳定性
工况一
许用
3.75
215
125
215
215
实际
1.6
15.9
19.7
81.7
76.3
满足
工况二
许用
7.5
215
125
215
215
实际
3.3
64
19.9
106
115
满足
工况三
许用
14.25
215
125
215
215
实际
6
81.7
16.1
109
142
满足
此托架可满足不同施工工况，可重复使用，安全储备较高。
但不可用于合拢块吊篮浇筑，合拢块施工必须使用挂篮浇筑砼。
五、托架细部及锚固设计
5.1主要构件及预埋件
杆件采用双拼36b对扣槽钢，Q235级别销轴处加强，内塞焊填板，δ20mm，Q235。
节点板δ20mm，Q345级别，销孔处加强，外焊δ10mm钢板，Q345级别。
预埋钢板厚δ30mm，销孔钢板δ30mm，Q345级别.
预埋钢板锚固采用Φ28HRB335级别钢筋，深入砼70cm，距端部5cm设置钢板挡板，穿孔塞焊。
5.2、螺栓计算
按照最不利工况三下锚固点螺栓计算，双面承剪。
为保证安全，螺栓采用高强螺栓。
高强螺栓材质抗拉强度980MPa，抗剪强度568MPa。
高强螺栓采用φ30mm直径,螺栓数量为30个.
螺栓截面积A=3.14*r2=3.14*15*15=706.5mm2
每根螺栓的最大抗剪力F=QA=706.5*10-6*568*106=401292N=401KN
整个节点的抗剪力F=401*30=12030>190.56*61143.36满足要求，且有很大的安全系数。
为保证连接板不变形，按照螺拴的最大剪应力计算连接板钢板厚度，钢板按照Q345材质考虑，屈服应力325MPa
H>（267.8*3.14*r2）/（325*d）=38.8mm
考虑到载荷取值为3片受力，且螺栓位置平均受力远小于最大值，暂定使用1.6cm厚Q345钢板，孔位置附近使用Q345级别1cm厚钢板加强。
可满足使用要求。
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