跨铁路大桥顶推钢箱梁施工计算书专家评审过.docx

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跨铁路大桥顶推钢箱梁施工计算书专家评审过

*******跨青藏铁路大桥顶推钢箱梁施工计算

一、工程概况

拉萨市环城路（西环段）市政道路建设（玻玛路段）项目起白拉萨西火车货运西站南侧，沿玻玛路向西，经加热村进入隧道，出隧道后穿过贾木村，又一次采用隧道穿越山体，出隧道后跨越青藏铁路，沿堆龙河南岸行进，转向北，跨堆龙河后与堆龙大道相交，止于堆龙大道。

全段按城市主干道标准设计，设计速度60km/h，道路全长9.164km。

本项目为上跨青藏铁路工程，与青藏铁路夹角59°，按两座单幅桥设计。

桥型布置图如下所示：

K线桥型布置图

Z2K线桥型布置图

桥面宽度（单幅）：

0.525m（防抛网+防撞栏杆）+13.5m（行车道）+0.525m（防抛网+防撞栏杆）=14.55m。

梁部采用连续钢箱梁结构，K线跨径采用（42+62+42）m连续钢箱梁，Z2K线跨径采用（23+36+62+42）m连续钢箱梁。

钢箱粱顶面宽14.55m，底面宽11.31m，顶面横向采用l.5%单向横坡，梁底水平，坡面由腹板高差调整。

截面采用单箱三室截面，梁高采用2.8m（顶板中心线处）。

顶板中支点8m范围内、边支点5m范围内板厚采用20mm，其它范围内板厚采用16mm；顶板采用U形加劲肋，上口宽300mm，下口宽170mm，高度300mm，厚度8mm，标准间距600mm。

顶板翼缘端部采用板肋加劲，板厚16mm，高度l60mm。

钢箱梁标准断面图

钢箱梁在工厂分块制造，汽车运输至工地进行组装。

K线共分为18个钢箱梁节段（包括A节段2个，B节段6个，C节段6个，D、E、F、G节段各一个）。

K线所有节段钢箱梁总长146米，总重约1260.3吨。

Z2K线共分为20个钢箱梁节段（包括A节段2个，B节段10个，C节段3个，D、E、F、G、H节段各一个）。

K线所有节段钢箱梁总长163米，总重1413.3吨。

K线0号桥台采用桩接盖梁式桥台：

K线1、2号桥墩采用双柱墩、钻孔桩基础；Z2K线0号桥台采用桩接盖梁式桥台；Z2K线1号桥墩采用桩柱式桥墩Z2K线2、3号桥墩采用双柱墩、钻孔桩基础。

本项目桥梁采用顶推法施工，K线桥采用在2号墩～4号墩之间搭设拼装平台，Z2K线桥采用在3号墩～5号墩之间搭设拼装平台，在拼装支架设置反拉座，K线桥钢箱梁和钢导梁由3号墩往0号墩整体顶推到位，Z2K线桥钢箱梁和钢导梁由4号墩往0号墩整体顶推到位，见下图。

K线钢箱梁顶推示图

Z2K线钢箱梁顶推示图

二、计算依据、参数及材料性能

1、计算采用依据

（1）《桥梁用结构钢》（GB/T714-2008）

（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）

（3）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）

（6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）

（7）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50—2011）

（8）《碳素结构钢》（GB700-2006）

（9）《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）

（10）《八三式铁路轻型军用桥墩使用手册》

（13）本项目施工图设计文件

2、所用材料

1）混凝土

混凝土弹性模量和设计强度（MPa）

混凝土

C30

弹性模量Ec

30000

剪切模量Gc

12900

轴心抗压设计强度fcd

16.1

抗拉设计强度ftd

1.52

泊桑比γc=0.2

热膨胀系数=0.000010/℃

2）钢材

军用墩钢材采用16Mn钢，钢主梁及钢导梁采用Q345，钢材主要力学性能为：

弹性模量E=206000MPa

剪切模量G=79000MPa

泊桑比γc=0.31

热膨胀系数为0.000012/℃

3）设计荷载

结构自重：

钢主梁梁体、梁上防抛网、滑道梁、贝雷梁、军用墩支架等重量按照实际重量计入，梁体于支架上安装时恒载考虑1.2的冲击系数

临时活载：

小型施工机具、临时限位措施、施工人员等模拟为恒载，考虑10kN/m的均布力作为临时活载限值

风载：

拉萨市百年一遇基本风速为28.7m/s,根据《公路桥梁抗风设计规范》，风压为1.47kPa

其余如温度、不均匀沉降等因素可控制，本次计算未计入

4）荷载组合本次计算按容许应力法进行验算，各项荷载组合系数均为1。

三、顶推施工过程钢导梁、钢主梁受力计算

结合顶推施工过程，本次计算共选择了5种工况，对钢导梁、钢主梁的应力（强度）、位移（刚度）、稳定性等主要项目进行了验算。

由于左右幅桥中跨最大跨径相同，故仅对K线（右线）顶推施工进行控制性计算。

1、顶推施工工况一：

取导梁、钢主梁第一段在支架上拼装完成为研究对象

第一段拼装完成工况简图

第一段拼装完成工况计算模型

第一段拼装完成工况支反力（kN）

第一段拼装完成工况竖向位移（m）

第一段拼装完成工况结合应力图（MPa）

由上分析可知该工况下：

导梁最大竖向位移为16.8mm<12000/300=40mm，结构刚度满足规范要求；

结构最大组合应力为26.1MPa<200MPa（Q345），结构强度满足规范要求；

从支反力分布看，导梁前端支反力为387kN，其后2个支撑由于梁体变形会出现脱空现象，其余梁体后端10个支座反力分别为523kN、638kN、582kN、540kN、536kN、539kN、547kN、564kN、528kN、255kN，该工况结构不存在倾覆失稳问题。

2、顶推施工工况二：

导梁前移，取前端未到达1#永久墩即最大悬臂状态为研究对象。

导梁最大悬臂工况简图

导梁最大悬臂工况计算模型

导梁最大悬臂工况支反力（kN）

导梁最大悬臂工况竖向位移（m）

导梁最大悬臂工况结合应力图（MPa）

由上分析可知该工况下：

导梁最大竖向位移为158mm<49800/300=166mm，结构刚度满足规范要求；

结构最大组合应力为59.4MPa<200MPa（Q345），结构强度满足规范要求；

从支反力分布看，前支点反力最大为4896kN，其后5个支撑由于梁体变形会出现脱空现象，梁体后端两个支座反力分别为473kN、657kN，表明结构不会倾覆，经计算该工况下抗倾覆稳定系数为2.28>2，满足要求。

3、顶推施工工况三：

导梁前端刚到达1#永久墩，即取导梁前端截面最小部分开始受力状态为研究对象。

导梁到达1号墩工况简图

导梁到达1号墩工况计算模型

导梁到达1号墩工况支反力（kN）

导梁到达1号墩工况竖向位移（m）

导梁到达1号墩工况结合应力图（MPa）

由上分析可知该工况下：

导梁最大竖向位移为17.6mm<49800/500=99.6mm，结构刚度满足规范要求；

结构最大组合应力为24.8MPa<200MPa（Q345），结构强度满足规范要求；

从支反力分布看，导梁前端支反力为170kN，梁体部分前支点反力最大为3818kN，其后3个支撑由于梁体变形会出现脱空现象，梁体后端4个支座反力分别为218kN、801kN、613kN、235kN，该工况结构不存在倾覆失稳问题。

4、顶推施工工况四：

导梁前端到达1#永久墩继续前进，至第一段梁体顶推完成，后于支加上拼装第二段梁体，即该受力状态为研究对象。

第二段主梁拼装完成工况简图

第二段主梁拼装完成工况计算模型

第二段主梁拼装完成工况支反力（kN）

第二段主梁拼装完成工况竖向位移（m）

第二段主梁拼装完成工况结合应力图（MPa）

由上分析可知该工况下：

主梁最大竖向位移为20mm<49500/500=99mm，结构刚度满足规范要求；

结构最大组合应力为67.1MPa<200MPa（Q345），结构强度满足规范要求；

从支反力分布看，导梁前端支反力为617kN，梁体部分前支点反力最大为4499kN，其后3个支撑由于梁体变形会出现脱空现象，梁体后端9个支座反力分别为99kN、684kN、506kN、415kN、412kN、419kN、417kN、409kN、436kN，该工况结构不存在倾覆失稳问题。

5、顶推施工工况五：

取第二段梁体顶推施工完成为研究对象，此时钢导梁根据实际情况已经分段拆除，其受力不再考虑。

第二段主梁顶推完成工况简图

第二段主梁顶推完成工况计算模型

第二段主梁顶推完成工况支反力（kN）

第二段主梁顶推完成工况竖向位移（m）

第二段主梁顶推完成工况结合应力图（MPa）

由上分析可知该工况下：

主梁最大竖向位移为7.6mm<49500/500=99mm，结构刚度满足规范要求；

结构最大组合应力为27.2MPa<200MPa（Q345），结构强度满足规范要求；

从支反力分布看，0号、1号墩支反力分别为1403kN、4757kN，滑道支撑部分前支点反力最大为3647kN，其后2个支撑由于梁体变形会出现脱空现象，梁体后端支座反力为159kN，该工况结构不存在倾覆失稳问题。

四、贝雷梁受力计算

1、由上部计算可知贝雷梁最不利受力为工况二，即导梁处于最大悬臂状态时，此时仅1#临时支墩处受力最大（如下图示），贝雷梁的计算选择该位置。

最大悬臂工况支反力示意

贝雷梁横向布置示意

1#临时支墩处集中力很大，故考虑利用横向4个支墩，每墩顶布置5榀（10片）贝雷梁，作用在单片贝雷梁上的集中力为：

4896/40X1.2=146.9kN。

计算模型中仅计算单个支墩顶10片贝雷梁受力，如下图示：

贝雷梁组合应力图（MPa）

贝雷梁弹性压缩变形图（MPa）

由上可知1#支墩处贝雷梁最大应力为200.2MPa>200MPa，略超限值，但由于考虑了1.2的冲击系数，实际受力满足规范要求。

贝雷梁弹性压缩变形最大为2.4mm。

2、由上部计算可知，对于一般位置处临时支墩，可选工况四进行控制计算，即第二段梁体于支架上拼装完成，此时3#~5#临时墩顶贝雷梁均匀受力

第二段梁体拼成完成工况支反力示意

贝雷梁横向布置示意

横向单墩顶布置2榀（4片）贝雷梁，作用在单片贝雷梁上的集中力为：

F/8X1.2。

计算模型中仅计算单个支墩顶4片贝雷梁受力，如下图示：

贝雷梁组合应力图（MPa）

贝雷梁弹性压缩变形图（MPa）

由上可知3~5#支墩处贝雷梁最大应力为190MPa<200MPa，强度满足规范要求。

贝雷梁竖向最大位移为8.4mm<15000/500=30mm，刚度满足要求。

五、军用墩支架受力计算

由上部计算可知，1#临时支墩最不利受力为工况二，即导梁处于最大悬臂状态时，此时仅1#临时支墩处受力最大（如下图示）。

最大悬臂工况支反力示意

取1#临时支墩为研究对象，建立受力模型。

其竖向力模拟为均匀荷载q=4896X1.2/2/14=209.8kN/m；第二段梁体开始顶推时的静摩擦力模拟为作用于支墩各立柱的集中力，其值P=4896X0.06/16=18.36kN（现场实验取得数据后据实调整）；梁体风荷载模拟为作用于支墩各立柱的集中力F=1.47X205/2/16=9.42kN；立柱横桥向风力模拟为均布力q=1.47X0.262=0.385kN/m。

1#临时支墩计算模型

（1）临时支墩施工阶段组合应力：

1#临时支墩组合应力图（MPa）

军用墩最大应力197MPa<200MPa，强度满足规范要求。

1#临时支墩位移图（mm）

由上图可知，在静摩擦力及顺桥向风载作用下军用墩最大位移为35.5mm；在横桥向风载作用下军用墩最大位移为8.7mm；竖向最大位移为9.5mm，主要是支墩竖向弹性压缩引起；故军用梁刚度满足规范要求。

（2）临时支墩稳定性验算

模态1（稳定系数4.441）

模态2（稳定系数4.450）

模态3（稳定系数4.506）

模态4（稳定系数4.646）

模态5（稳定系数4.82）

模态10（稳定系数5.524）

模态20（稳定系数6.684）

模态30（稳定系数9.963）

由计算可知，军用墩各杆件稳定性均大于4，满足规范要求。

（3）地基承载力验算

经计算知：

竖向力P=6149kN

顺桥向弯矩My=18.36X16X15=4406.4kN.m

横桥向弯矩Mx=9.42X16X15=2260.8kN.m

基础尺寸为14（横向）x5（顺桥）x2（厚），自重W=3640kN,Wx=163.3m3,

Wy=58.3m3

支墩基底应力最大应力为

229.1kPa

支墩基底应力最小应力为

55.5kPa

临时支墩基础均位于松散卵石上，基本容许承载力为300kPa，故故地基承载力满足要求。

六、下阶段需进一步优化及施工注意事项

1.钢导梁尺寸截面高由2.8m渐变为1.8m，为变截面焊接工字梁：

顶底翼缘宽1m，厚0.02m；腹板厚0.016m。

刚度能满足施工要求，最大悬臂工况下竖向挠度稍大，下一阶段进一步优化断面。

2.顶推施工时静摩擦及动摩擦系数均由现场实验确定，并据实对和工况受力进行检算。

3.贝雷梁为传递滑道反力的主要构件，应保证多片贝雷梁协同受力；对于顶推前支点处临时支墩及贝雷梁，由于支反力很大，该处下一阶段加强构造设计，以提高安全度。

4.贝雷梁非节点处承受集中力对局部杆件受力不利，施工时应采用措施使集中力作用于节点或采用均布措施。

5.军用墩安装及与地基之间均应可靠连接，采用措施保证其连接形式为固结，军用墩各连接处高强螺栓须拧紧，以保证可靠传力。

6.拼装箱梁时，必须使箱梁底与支承面缓慢接触，严防因接触过快产生冲击而增加各构件受力。

7.支架搭设时标高控制需考虑的因素：

a.钢箱梁设计预拱度；

b.军用墩受力弹性变形，6mm；

c.支架拼装间隙等非弹性变形，按经验取值；

d.地基沉降，5mm；

综合以上各因素，以确定临时支撑处标高控制值。

8.顶推施工时应保证左右千斤顶同步，并应设置横向限位措施及竖向锁定措施。

9.本桥位于竖曲线上，顶推到位后各永久墩处安置千斤顶按永久支座反力值完成体系转换，后拆除支架，千斤顶同步下落，完成永久支座安装。