钢桁梁转体施工设计计算书.docx
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钢桁梁转体施工设计计算书
钢桁梁转体施工设计计算书
1.设计计算说明
1.1设计依据
(1)***特大桥钢桁梁施工图纸及变更资料;
(2)现场施工调查、踏勘、咨询资料;
(3)《钢结构设计规范》GB50017-2003;
(4)《建筑地基与基础设计规范》GB50007-2002。
1.2工程概况
1.2.1工程概述
***特大桥上跨***铁路既有线,跨越既有线的主桥为1-132m钢桁梁桥,桥梁位于R=4000m的曲线上,主桥采用平分中矢布置,与既有线成13°斜交。
根据设计院提供的初步设计图纸,钢桁梁宽13.0m,高16.0m,钢结构重2640t。
1.2.2结构构造
钢桁梁结构形式为无竖杆道砟桥面三角形桁,主桁立面简图如图1-1所示。
图1-1132m钢桁梁单孔立面简图
(1)主桁
采用无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式道砟桥面钢桁梁,桁高16m,节间长度12m,主桁中心距13m。
上、下主桁采用焊接箱形截面,竖板高1300mm,内宽1100mm,板厚20~46mm,腹杆采用箱形及“H”型截面,箱形截面高1000mm,外宽1098mm,板厚20~46mm;H型截面高700~1000mm,外宽1098mm,板厚20~36mm。
(2)桥面系
桥面系由纵梁、横梁和纵梁间联结系组成,均为焊接工字型截面。
纵梁间距2300mm,梁高1700mm。
横梁梁高2500mm。
纵梁间联结系梁高1700mm。
横梁通过整体节点板内侧焊有与横梁连接的板,采用螺栓拼接。
纵梁与横梁上伸出板,在下缘、腹板采用螺栓拼接,上翼缘采用焊接。
纵梁上翼缘在桥面板预留孔处焊有剪力钉以固定RPC混凝土桥面板。
为减小桥面系与主桁共同作用的影响,在E10、E10’节间设有活动纵梁。
(3)上平纵联
上平联由斜杆(420(16)*400(12))和横撑(460(16)*400(12))组成,均为焊接工字型截面,平联梁高400mm,顶板厚16mm,腹板厚12mm。
上、下平纵联的斜杆及支撑杆均为工字型截面,采用交叉式。
为便于施工,杆件采用对拼式与平联节点板相连,上、下平纵联节点板焊于整体节点板上,焊后必须打磨匀顺。
在E6、E6’节点处设有制动联结系,以承受制动力。
(4)桥门架及横联
桥门架和横向联结系构件均为焊接H型,截面高400mm,宽350mm,板厚10mm。
(5)支座及抗震措施
a.采用TQZ-G-22000-GD(固定)、ZX(纵向活动)、HX(横向活动)、DX(多向活动)球型钢支座各1个。
纵向活动位移量为±200mm,横向活动位移量为±50mm。
b.为保证梁部结构在地震作用等特殊荷载下的安全性能,在梁与墩之间设置防落梁设施。
1.3主要施工方法简介
本次设计采用转体施工:
在24#墩设置转盘,在顺既有线满足桥跨布置要求位置增设临时墩,临时墩顶以拖船作为临时支座,在24#墩与临时墩之间搭设支架,拼接钢桁梁,拼接好的钢桁梁与24#→25#墩中心线成150角。
在临时墩与25号墩之间搭设滑道梁,在滑道梁上铺设轨道。
拆除支架,以24#墩转盘为旋转中心将钢梁平转至设计位置。
拆除轨道及滑道梁,安装永久支座。
(1)从24#墩到临时墩沿既有线路肩铺设龙门吊轨道并安装龙门吊,在顺既有线满足桥跨布置要求位置增设临时墩,24#墩与临时墩之间膺架采用钢管桩桩基础,其中在每个节点基础采用φ609mm、δ=8mm钢管,每桁节点下布置2根。
由于支点反力大,桩顶需设置强大的分配梁才能将集中力均匀地传到每根钢管桩上,分配梁分采用I40b工字钢组焊而成,在支点及集中荷载处设加劲板;为增加稳定性,钢管支架之间设[16a槽钢联结系。
支墩顶部设置型钢分配梁及千斤顶,以调整钢桁梁节点标高及整体线型。
24#→临时墩支架布置见图1-2。
(2)在临时墩与25号墩之间搭设滑道梁,在滑道梁上铺设轨道
滑道拟采用钻孔桩基础,钢筋混凝土立柱;滑道梁采用万能杆件拼装桁架或自制钢桁梁,跨越既有线部分滑道梁下部净空,应满足铁路限界要求;跨越既有线部分的滑道梁,预先拼装成整体。
(3)架梁吊机及走道
28m跨龙门吊具有提升、变幅、整机前移及锚固的功能。
吊机一次前移站位,完成一个钢梁的架设。
龙门吊自重80t,额定起重量40t,起升速度0-30m/min;额定起重量时最大吊距35m,轨距28m,吊机的结构见图1-3龙门吊示意图。
2.荷载计算及组合
2.1荷载分析
2.1.1恒载
结构自重G=26400KN。
3.1.2临时荷载及分布
(1)下弦运料道、人员走道、人群、安全网:
已拼装梁段全长范围内布置q1=4.5kN/(桁.m)。
(2)上弦人员走道:
已拼装梁段全长范围内布置q2=3.0kN/(桁.m)。
2.1.3荷载组合
按承载力极限状态设计,基本组合为1.2G+1.4(q1+q2)。
2.2结构计算
工况:
钢横梁采用龙门吊机拼装,临时墩及荷载如图2-1所示。
计算:
临时支墩支反力R;
图2-1荷载示意图
2.3工况计算结果
2.3.1计算模型
采用MIDAS程序对各工况结构进行空间有限元分析计算,计算模型见图2-2:
图2-2钢横梁分析计算模型
2.3.2工况计算结果
临时支墩采用龙门吊机悬拼,经计算各悬拼工况下临时支墩支反力如图2-3。
图2-3临时支墩支反力
临时支墩支反力R控制值:
Rmax=1806kN
3.临时支墩设计与计算
3.1钢管桩设计计算
每个支墩位置设置双排钢管桩,钢管桩之间用型钢连接。
钢管桩的布置如图5.1-1。
单根钢管桩竖向荷载大小为P=1806/2=903KN。
钢管采用Φ609×8mm钢管,按钢管最大计算长度12m计算,面积
,
回转半径为:
长细比:
查《钢结构设计规范》(GB50017-2003),得
.
强度验算:
满足要求。
稳定性验算:
,满足要求。
3.2钢管桩入土深度计算
按正常使用极限状态下的标准组合,单根钢管桩竖向荷载大小为P=1495/2=748KN。
根据建筑桩基技术规范JGJ94-2008,桩基竖向承载力需符合下列要求:
当
<5时,
当
≥5时,
式中:
Quk——单桩轴向受压容许承载力(kN);
——桩侧第
层土的极限侧阻力标准值(kPa);
——极限端阻力标准值(kPa);
——桩端土塞效应系数;
——桩端进入持力层深度(m);
U——桩的周长(m);
——地面以下各土层厚度(m);
有效桩长从原地面向下计算。
承载力计算时不计钢管桩端承力,则沉桩容许承载力为:
,地质资料取05-ZD-14536钻探点(24-临时墩),该点地面高程为999.829m。
临时支墩入土深度:
层数
土层情况
厚度(m)
极限摩阻力
(kPa)
第一层
粉质粘土
8.5
30
第二层
稍密细砂
10
50
拟设计采用采用Φ609×8mm钢管桩,桩长15m。
故单桩竖向承载力值为:
符合要求,故钢管桩入土深度为15m,桩底标高取984.829m。
4.滑船设计计算
滑船由MGE高分子材料滑板、钢板、工字钢组成,具体结构尺寸如图4-1。
4.1荷载分析
解除中间钢管桩临时支撑,钢横梁由4个滑船支撑,每个支点所承受的荷载设计值为:
R=1.2*26400/4=7920KN
MGE材料滑板在干态情况下摩擦力最大,分静摩擦力和动摩擦力,其中静摩擦力大于动摩擦力,为验算控制工况,摩擦力系数取0.06。
转体系统的布置如图4-2,根据力的平衡条件,千斤顶的顶推力矩等于摩擦力矩。
即:
式中:
P——千斤顶顶推力;
——滑船摩擦力,
;
L——大旋转半径,L=132m;
l——小旋转半径,l=6.5m
图4-2转体系统布置示意图
带入数据计算得,千斤顶的顶推力
选用最大工作荷载不低于150t的千斤顶。
4.2单个滑船的承压能力验算
4.2.1I28b工字钢验算
滑船拖梁由7榀长1m的I28b工字钢组成,工字钢翼板位置焊接5道δ12mm加劲板。
钢横梁荷载通过δ20mm钢板传递到I28b工字钢拖梁上,视为工字钢均匀受压。
工字钢腹板位置为受压薄弱环节,每榀工字钢腹板的承压强度为
满足要求
工字钢翼板位置每隔200mm焊接一道加劲肋,受压翼缘的自由长度
与其宽度
之比
,故不需计算工字钢的整体稳定性。
,故不需计算工字钢的局部稳定性。
4.2.2MGE高分子材料滑板
上部荷载通过钢板、工字钢均匀传递到5cm厚∅960MGE高分子材料滑板上,滑板与不锈钢板接触面做成20*20mm圆弧角,滑板所承受的压应力为:
满足要求
4.3顶推系统验算
4.3.12I36a工字钢后锚梁验算
后锚梁由双榀I36a工字钢焊接加强板组成,计算跨径1.3m。
千斤顶的顶推力即为后锚梁所受的节点反力,P=997KN。
计算图式如图4-3至图4-8。
图4-3受力简图
图4-4弯矩图
图4-5剪力图
图4-6弯矩应力图
满足要求
图4-7剪应力图
满足要求
图4-8变形图
4.3.2连接杆验算
连接杆为两道Φ245×10钢管,钢管长11.5m。
每根钢管所受的轴向力为
钢管采用Φ245×10mm钢管,面积
,
回转半径为:
长细比:
查《钢结构设计规范》(GB50017-2003),得
。
强度验算:
稳定性验算;
,满足要求。
4.3.3千斤顶反力装置验算
沿滑到每隔900mm,在滑道两侧设置一个千斤顶反力装置,正面挡板为δ20mmQ235钢板,侧面挡板为δ30mmQ235钢板,侧面加劲板为δ12mmQ235钢板。
反力装置焊接在钢滑道梁上,采用双面焊缝,焊角尺寸
,沿底角四周满焊。
截面尺寸如图4-9。
图4-9千斤顶反力装置尺寸图(单位:
mm)
(1)截面应力验算
千斤顶反力装置与后锚梁接触面上的压应力为:
,受力图示如图4-10。
应力计算结果如图4-11。
图4-10反力装置受力图示
图4-11组合应力图
在肋脚位置进行局部加强焊接,可以满足要求。
(2)焊缝验算
焊缝的计算厚度如图4-12所示。
图4-12焊缝有效面尺寸图
最大正应力为
最大剪应力为
最大折算应力
满足要求。
4.3.4连接绞的耳板和销轴验算
耳板所承受的最大压为P=997KN,上下耳板采用22mm厚的Q345B钢板,中耳板采用40mm厚的Q345B钢板。
其截面大样如图4-12所示。
为确保结构安全,要求吊耳各项指标须具有2.5倍以上的安全系数。
图4-12耳板、销轴大样图
(1)耳板计算
如图所示,局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处,其强度验算式。
式中:
——局部挤压应力;
P——设计荷载;
t——吊耳厚度,
;
d——销轴直径,取100mm
φ——局部挤压系数,根据李国豪编写的《钢桥设计》取0.788;
fce——钢材端面承压强度设计值,取400MPa.
则
,合格。
安全系数
,安全。
(2)销轴计算
销轴采用40Cr,φ95销轴,
,
剪应力:
,故满足要求。
安全系数
,安全。