黄河特大桥0#块托架设计计算书

5.2.4
2号件为热轧工40a工字钢，由计算可知2号件轴力N=321.27kN，截面x轴弯矩为My=2.27kN·m。构件参数如下表所示：
杆件热轧普通工字钢型号
I40a
钢材牌号
Q235
钢材强度折减系数
0.68
毛截面面积
A=86.07cm2
截面惯性矩
Ix=21714.00cm4
回转半径
ix=15.88cm
构件截面的最大厚度为16.50mm，根据钢规表3.4.1-1，f= 205.00N/mm2。A、轴心受压整体稳定系数：
按5.1.2-2进行计算
x= 27.08
y= 144.40
双轴对称截面
max= max(x，y) = 144.40 < [] =150.00长细比满足
根据钢规表5.1.2-1，对于x轴，属于a类截面，查附录C，得稳定系数x为0.969，对于y轴，属于b类截面，查附录C，得稳定系数y为0.340
N3─为钢管支架自重，按沿20a工字钢轴线方向30cm间距布设，取N3=0.2，单位为kN/m；
l─为工字钢的间距，单位为m；
则q=(26×0.504×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=6.35kN/m
受力简图如下所示：
图4、①号工字钢受力计算简图(标注单位:m)
②号工字钢0～2m处混凝土厚度为0.595m，工字钢间距为0.3m，则
图1、0#块托架布置图一(单位:cm)
图2、0#块托架布置图二(单位:cm)
根据设计要求，墩身施工至倒角处，其余部分与0#块一同浇筑，故墩内需设封顶支架。墩内封顶支架采用钢牛腿，牛腿顶部采用2×工20a将施工荷载进行分配，主梁采用工45a工字钢，根据墩内钢管支架布设情况，45a工字钢上按钢管支架的间距铺设20a工字钢。墩内布置示意图如下所示：
iy=2.77cm
截面模量
Wx=1085.70cm3
Wy=92.90cm3
截面模量折减系数
0.95
净截面模量:
Wnx=1031.42cm3
Wny=88.25cm3
截面塑性发展系数
x= 1.05
y= 1.20
计算长度
l0x=4.30m
l0y=4.00m
抗震调整系数
γRE=1
根据《钢结构设计规范(GB50017-2003)》(以下简称“钢规”)，2号件稳定性验算如下：
q1=(26×9.7×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=96.73kN/m
q2=(26×8.56×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=85.53kN/m
受力简图如下所示：
图7、④～⑦号工字钢受力计算简图(标注单位:m)
⑧号工字钢0～0.2m处混凝土厚度为9.75～9.63m，0.2～0.4m处混凝土厚度为3.63～3.1m，0.4～1.2m处混凝土厚度为3.1～2.23m，1.2～2.0m处混凝土厚度为2.23～1.89m，工字钢间距为0.3m，则
根据《混凝土结构设计规范》式9.3.1-1，得
q1=(26×3.91×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=39.83kN/m
q2=(26×2.74×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=28.33kN/m
q3=(26×1.87×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=19.78kN/m
q4=(26×1.54×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=16.54kN/m
按均布荷载计算，则承重梁上承受均布荷载为：
q1=(229.4×1.05×1.2+102.6)/12=32.6kN/m
q2=64.8/18=3.6kN/m
则内侧承重梁受力计算简图如下所示：
图11、内侧321钢梁受力计算简图(标注单位：m)
采用清华大学结构求解器计算得承重梁弯矩和剪力图如下：
图12、321钢梁弯矩图(单位：kN·m)
根据《混凝土结构设计规范》式10.9.1-6，得
C、求锚筋的受剪承载力系数
根据《混凝土结构设计规范》式10.9.1-5，得
0.437≤0.7
取v= 0.437
D、确定直锚筋层数影响系数
由于锚筋布置为四层，根据《混凝土结构设计规范》第10.9.1的规定，
得r= 0.85
E、计算直锚筋面积
上下锚筋尺寸z= 3 ×15=450 mm
根据0#块的实际情况，拟采用墩顶托架现浇的方法施工。根据现有的材料，托架主桁架采用HW400宽面工字钢作为主梁，40a工字钢作为斜撑。托架顶采用2层分配梁进行力分配，下层为HW400宽面工字钢，上层为20a工字钢。翼缘板两侧采用321钢桥桁架片做为工作平台。0#块悬臂部份采用φ48(δ=3.5mm)钢管扣件支架作为支撑结构可方便卸载。布置图如下所示：
图14、外侧321钢梁支反力图（单位：kN）
5.2
根据以上荷载分析，采用通用有限元软件对托架整体建模，施加以上所分析的荷载，下面为一侧托架整体建模模型图：
图15、托架模型
以下为托架正应力等值线图：
图16、托架正应力等值线图(单位：kN/m2)
由上图可知，托架最大压应力为82.04Mpa，最大拉应力为77.18Mpa，托架所有型钢采用Q235材料，安全系数k=[σw]/σ=145/82.04=1.8
q2=(26×9.39×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=93.68kN/m
q3=(26×0.687×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=8.15kN/m
受力简图如下所示：
图6、③号工字钢受力计算简图(标注单位:m)
④～⑦号工字钢0～2m处混凝土厚度为9.70～8.56m，工字钢间距为0.3m，则
根据箱梁设计图计算得出悬臂部分腹板重115.8t；翼缘板重10.1t；底板和顶板重55.9t，总计181.8t。
5
5.1
0#块悬出部分底板第一层20a工字钢分配梁间距按下图所示进行布设：
图3、20a工字钢分配梁布置图
根据每根工字钢处混凝土的高度及工字钢的布设间距可确定20a工字钢上的荷载。工字钢为对称分布，以下仅计算其中半数的工字钢，编号如上图所示。
G、材料力学
H、结构力学
I、路桥施工计算手册
J、结构有限元分析
2
*******4#墩0#块纵桥向总长12m，在墩顶范围内纵向长8m，墩身两侧各悬臂2m。0#块悬臂段底板宽由7.5m变为6.4m，厚度由2.6m变为1.0m。腹板厚度由1.6m变为1.0m，顶板厚度为0.5m，翼缘板宽度为11.46m。0#块三维实体图如下所示：
q=(26×0.595×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=7.25kN/m
受力简图如下所示：
图5、②号工字钢受力计算简图(标注单位:m)
③号工字钢0～0.7m处混凝土厚度为9.79～9.39m，0.7～2m处混凝土厚度为0.687m，工字钢间距为0.3m，则
q1=(26×9.79×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=97.62kN/m
黄河特大桥
1
A、*******0#块施工图《太中银施桥─Ⅱ─49─Ⅱ》
B、铁路桥涵施工规范《TB10203-2001》
C、铁路混凝土与砌体工程施工规范《TB10210-2001》
D、铁路桥梁钢结构设计规范《TB10002.2-2005》
E、钢结构设计规范《GB50017-2003》
F、混凝土结构设计规范《GB50010-2002》
q5=(26×2.23×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=23.32kN/m
q6=(26×1.89×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=19.97kN/m
受力简图如下所示：
图8、⑧号工字钢受力计算简图(标注单位:m)
⑨～号工字钢0～0.4m处混凝土厚度为3.91～2.74m，0.4～1.2m处混凝土厚度为2.74～1.87m，1.2～2.0m处混凝土厚度为1.87～1.54m，工字钢间距为0.3m，则
q1=(26×9.75×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=97.22kN/m
q2=(26×9.63×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+00.2=96.04kN/m
q3=(26×3.63×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=37.08kN/m
q4=(26×3.1×1.05×1.2+2.5+1.5)×0.3+0.2=31.87kN/m
图16、托架局部加强后剪应力等值线图(单位：kN/m2)
由上图可知，托架最大剪应力为61.97Mpa，托架所有型钢采用Q235材料，安全系数k=[τ]/τ=85/61.97=1.4。
5.2.3
以下为托架实际变形等值线图：
图16、托架变形位移等值线图(单位：m)
由上图可知，托架最大变形处为3号件横向分配梁，变形值为5mm，主要影响因素为两侧321钢梁集中力。
图2、墩内封顶支架布置图(单位:cm)
3
3.1
A、钢筋砼容重G砼=26KN/m3；
B、弹性模量E钢=2.0×105Mpa
C、材料容许应力Q235钢[σw]=145 Mpa，[τ]=85 Mpa
3.2
砼超载系数：k1=1.05
浇筑砼时的动力系数k2=1.2
4
根据《铁路混凝土与砌体工程施工规范（TB10210-2001）》，模板的竖向荷载其中包括钢筋混凝土的自重(取26kN/m3)和人员机具作用在模板上的荷载(取2.5kPa)；托架的设计荷载还包括模板自重(取150kg/m2)和支架自重。
B、均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数：
C、欧拉临界力：
Nex=
Ney=
D、整体稳定：
根据钢规公式5.2.5-1，
稳定应力
= 40.53 N/mm2
整体稳定满足钢规5.2.5-1式。
根据钢规公式5.2.5-2，
稳定应力=112.57N/mm2
整体稳定满足钢规5.2.5-2式。
5.2.5
5.2.5.1、预埋件A稳定性验算
图13、321钢梁剪力图(单位：kN)
图13、321钢梁支反力图(单位：kN)
根据《桥涵(下册)》可知，不加强321钢桥双排双层连续梁容许最大弯矩为2246.4kN·m，容许最大剪力为490.5kN。由上图可得内侧321钢梁稳定性满足要求。
外侧承重梁由于仅作为一个操作平台，在此不再作其稳定性验算，以下仅示其支反力：
根据计算结果，预埋件A属拉剪弯预埋件，最不利受力情况如下：
剪力Fx=172.07kN，Fz=561.88kN，拉力Fy=142.05kN，弯矩Mz=33.76kN·m。剪力合力F=
A、根据《混凝土结构设计规范》10.9.6条的规定，锚板厚度宜大于锚筋直径的0.6倍
满足要求。
B、求锚筋的受弯承载力系数
源自文库5.2.2
以下为托架剪应力等值线图：
图16、托架剪应力等值线图(单位：kN/m2)
由上图可知，托架最大剪应力为116.02Mpa，其中对其细部进行分析，得知仅有1号件主梁在与牛腿相连处0～40cm范围内剪应力较大（红色部分），如下图所示：
图16、托架剪应力等值线图(单位：kN/m2)
现场施工中采用2块1cm厚Q235钢板对其腹板进行了加强，重新计算结果如下：
受力简图如下所示：
图9、⑨～号工字钢受力计算简图(标注单位:m)
翼缘板两侧采用双排双层321钢桥桁架片作为承重梁，翼缘板部位模板采用型钢桁架作为支撑具体如图10所示。
图10、翼缘板承重梁布置图
内侧两排321钢桥桁架承重梁承受荷载有翼缘板自重229.4kN、321桁架自重64.8kN和模板(包括桁架支撑)重102.6kN。
As1=6293.31 mm2
As2=1638.28 mm2
计算面积As=6293.31 mm2
直锚筋采用16B25，As=7853 mm2>6293.31 mm2满足要求！
F、计算直锚筋的锚固长度
根据《混凝土结构设计规范》10.9.7条的规定，受拉直锚筋的锚固长度不应小于受拉钢筋的锚固长度
查《混凝土结构设计规范》表9.3.1得钢筋的外形系数= 0.14
①号工字钢0～2m处混凝土厚度为0.504m，工字钢间距为0.3m，则其承受荷载按下式计算：
式中：
q─工字钢承受荷载，单位为kN/m；
γc─为钢筋混凝土容重，单位为kN/m3；
hc─为混凝土高度，单位为m；
N1─为人员机具作用在模板上的荷载，取N1=2.5，单位为kN/m2；
N2─为模板自重，取N2=1.5，单位为kN/m2；