1、2#钢套箱计算书禾水河大桥2#主墩钢套箱计算书1 设计参数取值1) 承台底标高: 83.5m2) 套箱底板顶面标高: 82.5m3) 壁板顶标高: 87.7m4) 壁板底标高: 82.5m5) 封底混凝土厚: 1.0m6) 设计高水位: 86.22m(10年一遇)7) 设计低水位: 84.57m2 材料容许应力值(1)Q235钢:容许弯应力w=145MPa容许轴向力=140MPa容许剪应力=85MPa。参考路桥施工计算手册,临时结构钢材容许应力可提高1.3倍。本计算中Q235钢材容许弯应力取1.3145=188.5MPa,容许轴向应力取1.3140=182MPa,容许剪应力取1.385=110
2、MPa。(2)C25混凝土:弹性模量Ec=2.8104MPa轴心抗压强度fcd=11.5MPa轴心抗拉强度ftd=1.23MPa(3)钢护筒与混凝土之间握裹力:取经验值150KN/m23荷载取值3.1 静水压力桥位处设计最高水位86.22m,钢套箱壁板底部高程为82.5m。则壁板底部最大静水压强为:,从水面至套箱底部呈线性分布,如下图所示。图1 静水压力图3.2 混凝土荷载承台分两次浇注,第一次浇注1.5m,第二次浇注2.7m,则第一次浇注混凝土侧压力为:则第二次浇注混凝土侧压力为:4钢套箱结构工况分析4.1吊杆计算4.1.1整体下放阶段采用32精轧螺纹钢筋吊杆,共计4根。钢套箱重:60t每根
3、吊杆承受拉力为15t,满足要求。4.1.2封底混凝土浇注阶段采用32精轧螺纹钢筋吊杆,共计16根。1m封底混凝土重:87.82.4=211t钢套箱重:60t每根拉压杆受力为:(211+60)/(44)=17t4.2底板计算底板承受封底混凝土荷载,封底混凝土重241=24KPa,均匀作用在底板上。底板面板采用=6mmQ235B钢板,主梁采用228b型钢,次梁采用12.6工钢。4.2.1面板计算取1cm宽板条计算,Wx=bh2/6= 0.010.0062/6=610-8m3Ix=bh3/12= 0.010.0063/12=1.810-10m4M允=145000610-8=0.0087KN.mQ允=
4、85000(0.010.006)=5.1KN计算模型如下:杆件单元受力如下:最大弯矩为-0.007KN.m,最大剪力为0.078KN,满足要求。4.2.2工12.6计算工12.6:Wx=77.5cm3,Ix=488cm4M允=14500077.510-6=11.237KN.mQ允=85000(0.1260.005) 10-4=53.55KNEA=380478KN;EI=1024.8KN.m2计算模型如下:弯矩图:最大弯矩为5.45KN.m,满足要求。剪力图:最大剪力为11.91KN,满足要求。4.2.3主梁228b计算228b:Wx=732cm3,Ix=10260cm4M允=145000732
5、10-6=106KN.mQ允=85000(0.280.00952) =452.2KNEA=1916628KN;EI=21546KN.m2计算模型如下:弯矩图:最大弯矩为109.65KN.m1.3106=137.8 KN.m,满足要求。剪力图:最大剪力为181.07KN,满足要求。4.3壁板计算计算采用Midas Civil 2006整体建模分析:面板采用面单元,小肋、大肋、背枋、内支撑等采用梁单元建立模型。工况一:1m封底混凝土浇注阶段荷载:1m高封底混凝土荷载受力模型如下(2#-1):面单元(面板)最大组合应力为32.7MPa,应力图如下:梁单元最大应力为148.5MPa,应力图如下:结构总
6、体变形图如下:X轴方向(横桥向)最大变形5mm,Y轴方向(顺桥向)最大变形为5mm,Z轴方向(竖向)最大变形7mm。工况二:封底混凝土达到设计强度后抽水阶段荷载:静水压力受力模型如下(2#-2):面板最大组合应力为79MPa,应力图如下:梁单元最大应力为158.9MPa,应力图如下:结构总体变形图如下:X轴方向(横桥向)最大变形4mm,Y轴方向(顺桥向)最大变形为4mm,Z轴方向(竖向)最大变形4.5mm。工况三:第一层承台混凝土浇注阶段(1.5m)荷载组合:静水压力+1.5m高混凝土荷载面单元最大应力为18.4MPa,应力图如下:梁单元最大应力为81.7MPa,应力图如下:工况四:内支撑割除
7、,第二层承台混凝土浇注阶段荷载组合:静水压力+第二层2.7m高混凝土荷载面板最大应力为71.9MPa,应力图如下:梁单元最大应力为135.8MPa,应力图如下:4.4内支撑计算内支撑钢管为2736mm,A=50cm2,Ix=44.8cm4。根据以上计算,工况二内支撑受力为最不利,如下所示。钢管内支撑所受最大组合应力-18.8,即轴向力9.4t,满足要求。应力图:内力图:4.5封底混凝土计算(1m)(1)混凝土强度计算工况一:封底混凝土达到设计强度后未浇筑承台混凝土之前(仅考虑浮力影响)均布荷载(设计水位取86.22,封底混凝土底标高82.5m):(向上)封底混凝土自重由程序自动计入。采用Mid
8、as程序,取整个承台封底混凝土进行计算,护筒与混凝土接触面约束简化为固结,模型如下(1m封底混凝土):计算模型组合应力:最大拉应力为0.443MPa1.23MPa,满足要求。工况二:浇筑4.2m承台混凝土阶段(取最不利工况即最低水位84.57m验算)承台混凝土荷载:(向下)浮力:10(84.57-82.5)=20.7KN/m2(向上)封底混凝土自重由程序自动计入。采用Midas程序,取整个承台封底混凝土进行计算,护筒与混凝土接触面约束简化为固结,模型如下(1m封底混凝土工况二):计算模型组合应力图:最大拉应力为0.971MPa1.23MPa,满足要求。(2)握裹力计算封底混凝土厚度1m,护筒与
9、封底混凝土接触面积为,握裹强度按150KN/m2计,则总握裹力为49.5150=5700KN。(3)套箱抗上浮(下滑)稳定性验算在高水位时(86.22m),封底混凝土浇注完成后承台混凝土浇注之前,钢套箱抗浮稳定性计算竖直向下力包括:套箱自重:60t封底混凝土自重:211t握裹力:570t竖直向上力包括:浮力:F=10.810.8(86.22-82.5)=434t抗浮稳定系数K=F下/F上=(60+211+570)/434=1.94,稳定。在低水位时(84.57m),承台砼浇筑阶段、套箱抗下滑稳定性计算竖直向下的力包括:套箱自重:60t封底混凝土自重:211t承台混凝土自重:10.810.84.22.6=1274t。竖直向上的力包括:握裹力:570t浮力:F=10.810.8(84.57-82.5)=241t抗下滑稳定系数K=F上/F下=(570+241)/(60+211+1274)=0.52,不稳定。故承台分两次浇注,第一次浇注高度1.5m,则承台混凝土自重:10.810.81.52.6=455t。抗下滑稳定系数K=F上/F下=(570+241)/(60+211+455)=1.12,稳定。
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