防护棚架设计.docx

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防护棚架设计

防护棚架设计

1.工程概况

2.防护棚架构造

防护棚架由基础、立柱、横梁、纵向联接系、铺板及防电板组成。

总长52.2m，总宽7.75m。

立柱纵向中心距4.0m，横向中心距7.35m，内侧净间距7.1m。

基础采用混凝土扩大基础。

立柱采用HW250X250X9X14型H型钢，沿纵向每侧各14根，间距4.0m。

立柱与基础采用预埋锚栓连接。

立柱每隔0.6m设置一道加劲肋，加劲肋兼作爬梯，以方便安装过程中人员上下。

横梁采用HW250X250X9X14型H型钢，与立柱通过高强螺栓刚性连接。

为保证棚架整体稳定，立柱之间设置纵向联接系。

纵向联接系由水平连系杆和剪刀撑构成。

水平连系杆采用[16b槽钢，与立柱采用高强螺栓连接。

剪刀撑设在棚架两端和中间，以抵抗棚架所受纵向荷载。

剪刀撑采用L100X100X10的角钢，并于连系杆高强螺栓连接。

为方便安装，保证安装过程中既有线安全，铺板分成52块，块与块之间由高强螺栓连接。

每块铺板尺寸为1.5MX4.0m，由4mm厚钢板和I10型工字钢组焊而成。

防电板设置在横梁和铺板底面，并分别与横梁、铺板用螺栓连接。

图1棚架总体构造

3.防护棚架设计

3.1.设计规范

《铁路桥涵施工技术规范》（TB10203-2002）

《钢结构设计规范》（GB5007-2003）

《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范》（TB1002.3-2005）

《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB1002.5-2005）

《铁路桥涵设计基本规范》（TB1002.1-2005）

《京沪高速铁路设计暂行规定》

《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）

《钢结构高强螺栓连接的设计、施工、及验收规程》（JGJ82-91）

《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）

3.2.材料

钢材：

Q235B

连接材料：

10.9S级钢结构用高强螺栓联结副

E43XX焊条

3.3.计算荷载

3.3.1.钢材自重78.5KN/m3

3.3.2.棚架顶面均布荷载:

2.5KN/m2。

3.3.3.风荷载：

按《铁路桥涵设计基本规范》，风荷载强度按下式计算

W=K1K2K3W0

其中武汉地区百年一遇的基本风压W0=400Pa

风载体系数K1=1.4

风压高度变化系数K2=1.0

地形、地理条件系数K3=1.0

则风荷载强度W=1.4X1.0X1.0X400=560Pa=0.56KN/m2

3.3.4.坠物冲击荷载：

考虑3kN物体坠落，冲击系数2.0。

3.3.5.气动力：

列车时速250km/h计算，线路中心与棚架水平净距取D=2.5m。

查《京沪高速铁路设计暂行规定》第6.2.26条气动力曲线

水平气动力qh=1.5X0.9=1.35KN/m2

垂直气动力qv=2qh*（7D+30）/100=1.282KN/m2

3.4.荷载组合

组合一：

棚架自重+棚架顶面均布荷载+坠物冲击荷载+风荷载

组合二：

棚架自重+棚架顶面均布荷载+气动力+风荷载，且风荷载与气动力荷载同向叠加。

3.5.结构计算

图2计算图式

图3计算图式三维效果

3.5.1.组合工况一计算结果。

3.5.1.1.总体变形

图4总变形图

由图4可知此防护棚架最大变形位于坠物节点荷载（6KN）处，最大变形为30mm。

3.5.1.2整体稳定性

图5整体稳定性

由图5可得在模态二工况下防护棚架稳定系数为12.9，稳定性满足要求

3.5.1.3纵梁强度

图6纵梁应力图

由图6得纵梁最大应力为60.2Mpa<[σ]=170Mpa，纵梁强度满足规范要求。

3.5.1.4纵梁刚度

图7纵梁位移

由图7可知纵梁的最大变形位于跨中处为13.4mm，扣除横梁跨中处12mm位移，可得纵梁的最大变形值为1.4mm,相对挠度为1.4/4000=0.0004<[f/l]=1/150，表明纵梁刚度满足要求

3.5.1.5横梁强度

图8横梁弯曲应力

图9横梁剪应力

由图8、图9可得在工况一作用下横梁最大弯曲应力б=63.6MPa<[б]=170MPa，最大剪应力τ=22.3MPa<[τ]=100MPa，横梁强度符合要求。

3.5.1.6横梁刚度

图10横梁变形值

由图10得横梁最大变形为12mm，相对挠度为12/7750=0.0015<[f/l]=1/150，表明横梁刚度满足要求

3.5.1.7立柱强度、刚度、稳定性演算

图11立柱轴力图

立柱采用HW250X250X9X14型H型钢，其截面数据为

强度计算：

；故强度满足要求

刚度验算

刚度满足要求

稳定性验算：

由于截面对X轴和Y州同属于b类截面，故由

，查询b类截面轴心受压构件的稳定系数值：

；故稳定性满足要求

3.5.1.8支反力

图12反力图

图13混凝土基础立面图

此支架的扩大基础采用的是2.0m×2.0m×1.0m混凝土基础，由图12可得该矩形基础所承受的最大垂直反力F1=77.4KN，最大水平反力

。

混凝土矩形基础自重F2=（2×2×1）×26=104KN

因为此棚架的基础埋置深度小于3m，依据《铁路桥涵地基与基础设计规范》得粉砂地基在中密的情况下基本承载力为100kPa，45.4kPa<100kPa所以基底压应力检算满足要求。

滑动稳定检算

查表得砂粘土、半干硬粘土的基底摩擦系数为0.3

滑动稳定检算满足要求

3.5.2.组合二计算结果。

3.5.2.1.总体变形

图14总变形图

由图14可知此防护棚架在组合工况二作用下最大变形为30mm。

3.5.2.2整体稳定性

图15整体稳定性

由图15可得在模态1工况下防护棚架稳定系数为11.6，稳定性满足要求

3.5.2.3纵梁强度

图16纵梁应力图

由图16得纵梁最大应力为65.6Mpa<[σ]=170Mpa，纵梁强度满足规范要求。

3.5.2.4纵梁刚度

图17纵梁位移

由图17可知纵梁的最大变形位于跨中处为14.8mm，扣除横梁跨中处12.2mm位移，可得纵梁的最大变形值为2.6mm,相对挠度为2.6/4000=0.0007<[f/l]=1/150，表明纵梁刚度满足要求

3.5.2.5横梁强度

图18横梁弯曲应力

图19横梁剪应力

由图18、图19可得在工况一作用下横梁最大弯曲应力б=66.2MPa<[б]=170MPa，最大剪应力τ=24.7MPa<[τ]=100MPa，横梁强度符合要求。

3.5.2.6横梁刚度

图20横梁变形值

由图20得横梁最大变形为12.2mm，相对挠度为12.2/7750=0.0015<[f/l]=1/150，表明横梁刚度满足要求

3.5.2.7立柱强度、刚度、稳定性演算

图21立柱轴力图

立柱采用HW250X250X9X14型H型钢，其截面数据为

强度计算：

；故强度满足要求

刚度验算

刚度满足要求

稳定性验算：

由于截面对X轴和Y州同属于b类截面，故由

，查询b类截面轴心受压构件的稳定系数值：

；故稳定性满足要求

3.5.2.8支反力

图22反力图

图23混凝土基础立面图

此支架的扩大基础采用的是2.0m×2.0m×1.0m混凝土基础，由图12可得该矩形基础所承受的最大垂直反力F1=75.5KN，最大水平反力

。

混凝土矩形基础自重F2=（2×2×1）×26=104KN

因为此棚架的基础埋置深度小于3m，依据《铁路桥涵地基与基础设计规范》得粉砂地基在中密的情况下基本承载力为100kPa，44.9kPa<100kPa所以基底压应力检算满足要求。

滑动稳定检算

查表得砂粘土、半干硬粘土的基底摩擦系数为0.3

滑动稳定检算满足要求

4.结论。

经计算，此防护棚架在组合工况作用下，强度、刚度、稳定性，及支反力、预埋件均满足相关规范要求。