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。