门洞受力计算书.docx

1、门洞受力计算书门洞受力计算书 门洞受力计算1.编制依据（1）、公路桥涵施工技术规范（2）、公路工程质量检验评定标准（3）、路桥施工计算手册（4）、建筑施工计算手册（5）、公路施工手册下册（6）、建筑结构荷载规范（7）、建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范2.工程概况一、 工程概况XX互通BK0+632.243匝道桥位于益阳至娄底高速公路XX互通，下穿C匝道和潭卲高速。桥梁起点桩号BK0+632.243，终点桩号BK0+732.243，全桥共分三联分别为（218）+（223+37+223）+（223+37+223），为等宽预应力砼现浇连续箱梁结构，桥宽10.5m。拟设计模板及支架形式模板拟采用4

2、mm厚钢模板，支撑方式采用满堂式碗扣支架。碗扣支架采用WDJ式支架，架杆外径4.8cm，壁厚0.35cm，内径4.1cm。支架顺桥向纵向间距0.9m，横隔板处纵向间距0.6m，横桥向横向间距梁底为0.9m，翼缘板底为0.9m，纵横水平杆竖向间距1.2m。考虑支架的整体稳定性，在纵横向布置斜向钢管剪力撑。3.门洞设计XX互通B匝道桥第10跨潭卲高速旧路面上设置门洞。门洞平行于旧路中心线。基础为两道长12.00米、宽0.8米、高0.5米C30混凝土条形基础，条形基础净宽为4米。基础上部每侧设5根门洞立柱、门洞立柱中心垂直距离为4.8米，（斜距为5.04米）门洞净高为6米。门柱钢管采用热轧无缝钢管，

3、直径300mm，壁厚8mm，门柱钢管底部与条形基顶部预埋钢板进行焊接，焊接方式为围焊，四周设6块15 mm15 mm10 mm加劲板。门柱钢管顶部对立柱钢管进行封口，并沿门柱四周设加劲板与柱身焊接牢固。每排门柱上横桥设1道I50b号工字钢承重梁，承重梁与门柱底部及周围进行焊接固定。承重梁上顺桥向在腹板处（按斜距0.63米）垂直间距0.6米布设I50b，在翼板处（按斜距0.95）垂直间距0.9米，在底板处（按斜距0.95米）（垂直间距为0.9米）布设I50b，工字钢底部与承重梁进行点焊连接，顶部每2米用16 mm钢筋将I50b工字钢连接为一个整体。连接完成后，垂直于纵梁在门洞范围内满布10cm1

4、0cm方木，之后按原支架设计图搭设碗扣支架，搭设支架时，要用纵横钢管与原支架进行连接牢固。门洞侧面图门洞正面图4.模量数据方木落叶松，根据路桥施工计算手册，容许弯曲应力为：w=11MPa、弹性模量：E=9103 MPa，容许弯曲剪应力=1.9MPa，自重为：5KN/m。 A3钢抗压轴向容许应力：=140 MPa、容许弯曲应力：=145MPa、容许剪应力： =85MPa，弹性模量为E=2.1105 MPa。支架容许最大长细比：=150查路桥施工计算手册第796页附表3-31可知：50b工字钢截面面积：A=129.304cm2，截面抵抗矩W=1940cm 3、截面惯性矩I=48600cm 4，回转

5、半径为I=19.4 cm ，自重为1.015KN/m，钢材抗拉弯曲应力为 =145MPa查路桥施工计算手册第781页附表3-8可知，C30混凝土轴心抗压强度为17.5MPA，查资料可知：混凝土抗剪强度与抗压强度之比为0.065-0.089，计算时比值取0.077，经计算混凝土抗剪强度为：1.347MPa。顶托重：0.045KN/个。5.荷载组合、计算根据现浇箱梁的特点，通过分析，选取具有代表性及最不利荷载的不同断面、不同部位进行箱梁传递荷载作用下的门洞受力系统分析，取腹板、底板变截面及翼缘板处进行门洞材料设计及验算。5.1荷载组合根据现浇箱梁的结构特点，在门洞施工中涉及以下荷载，取值由路桥施工

6、计算手册第172页附表8-1可查：1、q1:箱梁自重荷载,钢筋混凝土取值为：26KN/m32、q2：箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载取值：0.8KN/m23、q3：施工人员、施工材料及设备荷载，按匀布荷载计算，计算模板及直接支承的小棱时均布荷载取：2.5KN/m24、q4：振捣荷载，对水平模板取值为2.0KN/m2，5、q5：倾倒混凝土产生的冲击荷载取值为：2.0KN/m26、q6：支架或底模方木荷载由路桥施工计算手册第176页附表8-4可知：梁底模及支架计算荷载组合为：(q1+q2+q3+q4+q5+q6)=（26KN/m3+0.8KN/m2+2.5KM/m2+2.0KN/m2+2.0

7、KN/m2+ q6）由路桥施工计算手册第175页附表8-5可知恒载荷载分项系数为：1.2、活荷载分项系数取值为：1.4。5.2计算5.2.1腹板处材料选型、强度、刚度验算作用在腹板位置处的荷载计算：腹板处梁体自重、施工荷载及门洞平台顶部支架作用在平台顶上部的荷载1）腹板处梁体自重及施工荷载：q =1.2（26KN/m32.21+0.8KN/m2）+1.4（2.5KN/m2+2.0KN/m2+2.0KN/m2）=79.012 KN/m22）平台顶部支架作用的荷载：腹板部位支架纵向间距为0.9cm，横向间距为0.3米。查图纸，得到原地面离桥面顶高度最大为12.74米，减去门洞净高6米，梁厚2米，方

8、木厚度0.4米，得立杆的高度为为4.34米，设4道48 mm3.5 mm纵横连接杆，步矩为1.0米。立杆顶部横向设1015cm方木，纵向方木顶部按间距30 cm设1015cm方木。作用在门洞平台纵梁上的荷载为：（1）横向方木自重为：q =1.27KN/m30.60.10.15/（0.30.9）=0.28KN/m2（2）纵向方木自重为：q=1.27KN/m1.80.10.15/（0.30.9）=0.84KN/ m2（3）支架纵横杆、立杆及顶托重量： q=1.24.89310-478.5(54+1.224)+0.045KN/个 4/（0.30.9）=5.85KN/ m2 3）平台顶部方木自重由于门

9、洞纵向工字顶部满铺100 mm100 mm方木，纵向工字钢的斜距为0.63米，因此作用在纵向工字钢1米范围内的荷载为：q =1.27KN/m3（1/0.1+1）0.630.10.1/（0.61）=0.9702KN/m2 4）作用在腹板处纵向工字钢上均布荷载为：q =（79.012+0.28+0.84+5.85+0.9702）0.63=54.78 KN/m纵梁选型由以上设计可知，纵向工字钢两支点之间的距离为6.2米，垂直距离为5.9米，呈简支状态支撑在门柱横梁上，按一跨简支梁进行内力计算。（1）内力计算由简支梁计算公式可知，荷载作用下最大弯矩为：M=qL2/8=54.78 KN/m6.22/8=

10、263.22KN.m（2）选择型钢截面由截面抵抗矩公式可知：W= M/=263.22106N.mm 145N/mm2=1815.31cm3查路桥施工计算手册第796页附表3-31可知，50b工字钢的截面抵抗矩W=1940cm，选1根50b工字钢截面抵抗矩W=1940cm31845.31cm3，故施工时选1根50b工字钢作为腹纵向承重梁，可满足受要求。腹板下50b工字钢纵向分梁强度、刚度验算（1）作用在腹板下50b工字钢纵向分梁的荷载为：q =（79.012+0.28+0.84+5.85+0.9702）0.63=54.78 KN/m（2）50b工字钢自重：q =1.015 KN/m（3）合计荷载

11、为：q =54.78KN/m+1.21.015KN/m=55.998 KN/m按一跨简梁进行计算：1 弯矩：Mmax= qL2/8=55.998KN/m6.22/8=269.07KN.m弯曲应力：= Mmax/W=269.07KN.m1940 cm 3 =138.7Mpa=145MPa刚度：fmax=5ql4/384EI=555.9986.24108/3842.110548600=10.56mmf=6200/400=15.5mm剪应力: =55.9986.220.4240.014=29.25MPa85 MPa利用midas核算了下，: =29MPa，与公式计算相同，剪应力图如下图反力Ra、Rb

12、:Ra= Rb =ql/2=55.9986.2/2=173.59KN经计算腹板处纵梁采用50b工字钢跨径按6.2米，横向按斜距为0.63米布设，工字钢在荷载作用下的强度、刚度、均满足受力要求。5.2.2底板处材料选型、强度、刚度验算作用在底板位置处的荷载计算：底板处梁体自重、施工荷载及门洞平台顶部支架作用在平台顶上部的荷载1）底板处梁体自重及施工荷载：q =1.2（26KN/m30.58+0.8KN/m2）+1.4（2.5KN/m2+2.0KN/m2+2.0KN/m2）=28.156 KN/m22）平台顶部支架作用的荷载：底板部位支架纵向间距为0.9cm，横向间距为0.6米，立杆高度为4.34

13、米，设4道48 mm3.5 mm纵横连接杆，立杆顶部横向设1015cm方木，纵向方木顶部按间距30 cm设1015cm方木。作用在门洞平台纵梁上的荷载为：（1）横向方木自重为：q =1.27KN/m31.20.10.15/（0.60.9）=0.28KN/m2（2）纵向方木自重为：q=1.27KN/m2.70.10.15/（0.60.9）=0.63KN/ m2（3）支架纵横杆、立杆及顶托重量： q=1.24.89310-478.5(54+1.524)+0.045KN/个 4/（0.60.9）=2.76KN/ m2 3）平台顶部方木自重由于门洞纵向工字顶部满铺100 mm100 mm方木，纵向工字

14、钢的斜距为0.95米，因此作用在纵向工字钢1米范围内的荷载为：q =1.27KN/m3（1/0.1+1）0.950.10.1/（0.61）=1.463KN/m2 4）作用在腹板处纵向工字钢上均布荷载为：q =（28.156+0.28+0.63+2.76+1.463）0.95=31.625KN/m纵梁选型由以上设计可知，纵向工字钢两支点之间的距离为6.2米，呈简支状态支撑在门柱横梁上，按一跨简支梁进行内力计算。（1）内力计算由简支梁计算公式可知，荷载作用下最大弯矩为：M=qL2/8=31.625 KN/m6.22/8=151.96KN.m（2）选择型钢截面由截面抵抗矩公式可知：W= M/=151

15、.96106N.mm 145N/mm2=1048cm3查路桥施工计算手册第796页附表3-31可知，50b工字钢的截面抵抗矩W=1940cm，选1根50b工字钢截面抵抗矩W=1940cm31048cm3，故施工时选1根50b工字钢作为腹纵向承重梁，可满足受要求。腹板下50b工字钢纵向分梁强度、刚度验算（1）作用在腹板下400b工字钢纵向分梁的荷载为：q =（28.156+0.28+0.63+2.76+1.463）0.95=31.625KN/m（2）50b工字钢自重：q =1.015 KN/m（3）合计荷载为：q =31.625KN/m+1.21.015 KN/m=32.843KN/m按一跨简梁

16、进行计算：2 弯矩：Mmax= qL2/8=32.843KN/m6.22/8=157.81KN.m弯曲应力：= Mmax/W=157.81KN.m1940 cm 3 =81.35Mpa=145MPa刚度：fmax=5ql4/384EI=532.8436.24108/3842.110548600=6.19mmf=6200/400=15.5mm剪应力: =32.8436.220.4240.014=17.15285 MPa反力Ra、Rb: Ra=ql/2=32.8436.22=101.813KN经计算腹板处纵梁采用50b工字钢跨径按6.2米，横向按斜距为0.95布设，工字钢在荷载作用下的强度、刚度、

17、均满足受力要求。5.2.3翼板处材料选型、强度、刚度验算作用在翼板位置处的荷载计算：翼板处梁体自重、施工荷载及门洞平台顶部支架作用在平台顶上部的荷载1）翼板处梁体自重及施工荷载：q =1.2（26KN/m30.5+0.4N/m2）+1.4（2.5KN/m2+2.0KN/m2+2.0KN/m2）=25/m22）平台顶部支架作用的荷载：底板部位支架纵向间距为0.9cm，横向间距为0.6米，立杆高度为4.34米，设4道48 mm3.5 mm纵横连接杆，立杆顶部横向设1015cm方木，纵向方木顶部按间距30 cm设1015cm方木。作用在门洞平台纵梁上的荷载为：（1）横向方木自重为：q =1.27KN

18、/m31.20.10.15/（0.60.9）=0.28KN/m2（2）纵向方木自重为：q=1.27KN/m2.70.10.15/（0.60.9）=0.63KN/ m2（3）支架纵横杆、立杆及顶托重量： q=1.24.89310-478.5(54+1.524)+0.045KN/个 4/（0.60.9）=2.76KN/ m2 3）平台顶部方木自重由于门洞纵向工字顶部满铺100 mm100 mm方木，纵向工字钢的斜距为0.95米，因此作用在纵向工字钢1米范围内的荷载为：q =1.27KN/m3（1/0.1+1）0.950.10.1/（0.61）=1.463KN/m2 4）作用在腹板处纵向工字钢上均布

19、荷载为：q =（25+0.28+0.63+2.76+1.463）0.95=28.63KN/m纵梁选型由以上设计可知，纵向工字钢两支点之间的距离为6.2米，呈简支状态支撑在门柱横梁上，按一跨简支梁进行内力计算。（1）内力计算由简支梁计算公式可知，荷载作用下最大弯矩为：M=qL2/8=28.63 KN/m6.22/8=137.57KN.m（2）选择型钢截面由截面抵抗矩公式可知：W= M/=137.57106N.mm 145N/mm2=948.76cm3查路桥施工计算手册第796页附表3-31可知，50b工字钢的截面抵抗矩W=1940cm，选1根400b工字钢截面抵抗矩W=1940cm3948.76

20、cm3，故施工时选1根50b工字钢作为腹纵向承重梁，可满足受要求。腹板下50b工字钢纵向分梁强度、刚度验算（1）作用在腹板下400b工字钢纵向分梁的荷载为：q =（25+0.28+0.63+2.76+1.463）0.95=28.63KN/m（2）50b工字钢自重：q =1.015 KN/m（3）合计荷载为：q =28.63KN/m+1.21.015 KN/m KN/m=29.848KN/m按一跨简梁进行计算：3 弯矩：Mmax= qL2/8=29.848KN/m6.22/8=143.419KN.m弯曲应力：= Mmax/W=143.419KN.m1940 cm 3 =73.93pa=145MP

21、a刚度：fmax=5ql4/384EI=529.8486.24108/3842.110548600=5.63mmf=6200/400=15.5mm剪应力: =29.8486.220.4240.014=15.59MPa85 MPa反力Ra、Rb: Ra=ql/2=29.8486.22=92.53KN经计算腹板处纵梁采用50b工字钢跨径按6.2米，横向按斜距为0.95布设，工字钢在荷载作用下的强度、刚度、均满足受力要求。5.3横梁材料选型、强度、刚度验算（1）荷载计算由以上计算可知，腹板处传递作用在横梁上的集中荷载q=173.59KN、翼缘板处作用在横梁上的集中荷载q=101.813KN、底板处作

22、用在横梁上的集中荷载q=92.53KN。（2）本次计算利用midas建模，计算横梁的相关力学特征来验算。荷载组合为从纵梁传递下的集中荷载力和横梁自重，模型图如下 横梁弯应力分析图如下可看出横梁最大剪应力在节点15即左起第15根工字钢处，=23.281MPa85 MPa，符合要求荷载作用下横梁的弯矩图从图中可看出，Mmax= qL2/8=93KN.m，且为负弯矩。由截面抵抗矩公式可知：W= m/=93106N.mm/145N/mm2=641.38cm3查路桥施工计算手册第796页附表3-31可知，40b工字钢的截面抵抗矩W=1139cm3，选1根400b工字钢截面抵抗矩W=1139cm3641.

23、38cm3，故施工时选1根40b工字钢作为纵向承重梁，可满足受力要求。弯曲应力= Mmax/W =93KNm/1139 cm3=81.7 MPA145 MPA满足设计要求。横梁在荷载作用下变形图如下从图中可看出，变形处最大为fmax=0.746mmf=2260/400=5.65mm，满足要求。反力作用图如下左起立柱开始，=466.3KN;=478.4KN;=593.9KN;=478.4KN;=466.3KN。可知，;=593.9KN。经计算门洞横向承重梁采用40b工字钢强度、刚度满足设计要求。（四）门洞立柱选型及强度、刚度验算由于门洞净空受设计梁底标高及原路面标高限制，门洞立柱高度取6米。由路

24、桥施工计算手册可得门洞立柱钢管力学特性如下：（1）、钢管截面积:A=1/4(D2-d2)=0.253.14(302-28.42)=73.351cm2（2）、截面惯性矩：I=（D4-d4）/64=3.14(304-28.44)/64=7823.56 cm4（3）、回转半径：i=（D2+d2）0.5/4=(302+28.42) 0.5/4=10.33cm（4）、截面抵抗矩：W=（D4-d4）/4 D=3.14(304-28.44)/430=4172.562cm3（5）钢材弹性模量：E=2.1105MPA（6）钢材容许应力=140 MPA（7）受压构件容许长细比=150门洞立柱与工字钢横梁按简支设计

25、，故立柱只验算轴心受压和稳定性，验算荷载取最大值，Ra=418.9KN（1）立柱材料选择由应力计算公式：A= RA/=593.9103/140=4242.2mm2，在材料选择时，取安全系数为2，因此选取材料面积为：4242.2mm22=8484.4mm2施工时选300mm，臂厚为10 mm钢管，钢管面积为：A=15023.14-14023.14=9106mm28484.4 mm2可满足设计要求.（2）门柱强度验算由横梁传递在单根门柱上的集中荷载为：593.9KN，直径300mm臂厚10mm、高度为6米的钢管自重为：q=1.2（0.3-0.28）3.14678.5=35.495KN，因此作用在单

26、根门柱上的集中荷载为：q=593.9KN+35.495KN =629.395KN由应力公式:RA/A=629.395103/8484.4=74.18MPa140 MPa,安全系数为K=140MPa/74.18MPa=1.89，经验算立柱强度满足要求。（3）门柱稳定性验算由长细比: =L/i=600/19.4=30.93=150由路桥施工计算手册第789页附表3-26可知：=0.9轴心受压稳定系数：=0.9单根300mm，臂厚为8 mm钢管可承受荷载为：N=A= 0.97335.1140/1000=924.23KN629.395 KN经验算立杆稳定性满足要求。经计算门洞立杆采用300mm，臂厚为8 mm钢管，间距2.26m+2.26m+2.26m+2.26 m布设，顶部采用I40b工字钢呈四个等跨两端悬臂连续梁布置承重横梁，纵分配梁采用I50b工字钢，在翼缘板处按斜距0.95米（垂直距离0.9米）布设，腹板处按斜距0.63（垂直距离0.6米）布置，底板处按斜距0.95米（垂直距离0.93米）布置，可满足净高6米，净宽5.9米（斜距6.3米）门洞支架受力要求。