0#块托架计算书

千厮门大桥工程
P2墩墩旁托架复核报告
编制：
校核：
审核：
中交二航局二公司结构设计室
二O一一年十一月
千厮门大桥工程
P2墩墩旁托架复核报告
目录
一、工程概述 (1)
二、设计依据 (1)
1、基础资料 (1)
2、设计规范 (1)
三、荷载分析 (1)
1、支座反力及托架自重 (1)
2、风荷载 (1)
3、荷载组合 (2)
四、模型说明 (2)
五、结构计算 (2)
1、顶层分配梁 (2)
2、次层分配梁 (3)
3、Φ800-16钢管和Φ800-20 (4)
4、顶层600-10钢管 (5)
5、顶层600-10钢管节点承载力 (6)
6、顶层4∠100*100*10平联 (6)
7、顶层4∠100*100*10螺栓及连接板 (7)
8、次层2∠100*100*10连接板 (9)
9、2∠100*100*10平联及斜撑 (10)
10、2∠100*100*10柱内水平斜撑 (12)
11、横桥向连接系 (13)
12、格构柱构造验算 (13)
13、预埋件 (14)
14、600-10钢管塔柱法兰盘 (16)
15、总结 (18)
一、工程概述
P2墩即为索塔主墩，根据总体施工工艺，桥面吊机上桥前需安装墩旁托架施工平台，在托架施工平台上安装完成N24、N25、N26节段钢桁梁，然后在已安装的钢桁梁上桥面板上安装桥面吊机并进行钢桁梁杆件对称安装施工。

墩旁托架基础由16根钢管桩φ800×16mm (明州大桥扣塔钢管,顶层及底层采用φ800×20mm钢管)。

索塔渝中、江北侧倾斜对称布置，每边8根钢管桩，斜度为8.4度。

每4根钢管桩组成一个受力支点支撑钢桁梁，单个受力支点支撑重量为1300t（按临时索安装前杆件及桥面吊机总重统计），由顺桥向主梁直接承力，分配到横桥向主梁上，再由横桥向主梁分配到各桩顶受力。

钢管桩采用格构柱连接方式，水平横联除顶层采用4∠100*100*10角钢外，其余采用2∠100*100*10角钢螺栓连接方式连接，沿高度方向间距4m布置，横桥向连接系采用万能杆件组拼为4mx4mx9.8m构成,高度方向间距13m,共6层;顺桥向连接分为3层,间距为20.05m、16.52m、17.81m，下两层采用两组，每组4根φ32mm精轧螺纹钢与主墩连接，顶层采用φ600x10mm钢管与主墩连接。

二、设计依据
1、基础资料
1、《千厮门大桥P2墩墩旁托架结构图》
2、《千厮门大桥P2墩墩旁托架构件详图》
2、设计规范
1、《钢结构设计规范》（GB50017－2003）
2、《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）
三、荷载分析
1、支座反力及托架自重
根据项目部提供数据，在悬臂拼装期间，每个垫墩下承受的设计荷载为13000t（已计入1.2倍荷载系数）。

自重模型自动计入。

2、风荷载
在风荷载作用下，托架若发生微小横桥向的变形，水平力将由永久支座传递到塔柱上，（桁架横桥向刚度和托架刚度相比是否能视为无限大？）因此托架不
考虑横向风荷载。

3、荷载组合
荷载组合1：支撑点设计反力+1.2托架自重。

荷载组合2：支撑点反力+1.2托架自重。

模拟桁架梁半个节间不对称施工工况，一侧托架上支座反力1300t ，另一侧托架上支座反力1100t 。

四、模型说明
MIDAS 建模，所有单元均采用梁单元。

φ800-16钢管桩底部固结。

φ600-8钢管与塔柱之间固结。

万能杆件之间的连接采用刚性连接。

钢管桩之间的角钢端部用释放梁端约束里的铰铰连接模拟。

顶层分配梁与次层分配梁、次层分配梁与钢管桩之间的约束采用只赋予压缩刚度的弹性连接模拟。

次层分配梁间的连接系用2∠100*100*12模拟。

钢管顶部通过模型分析，受拉螺纹钢筋及φ600-8间I14的作用很小，在模型中均不予考虑。

模型如图所示。

MIDAS 模型
五、结构计算 1、顶层分配梁
采用明州大桥扣塔下铰座分配梁作顶层分配梁，材质为Q345B ，长6.5m ，跨度4m 。

跨中截面尺寸如下图所示，截面356798W cm =，支点位置截面腹板宽度为20mm ，抗剪切面积近似可取21504600A ht cm ==⨯=。

跨中弯曲应力：3130004/410114295256798M Mpa f Mpa W σ⨯=
=⨯=<=⨯ 支点剪切应力：13000/2
10541702600
v Q Mpa f Mpa A τ==
⨯=<=⨯
2、次层分配梁
次层分配梁采用明州大桥扣塔下铰座分配梁作顶层分配梁，材质为Q345B ，长5.2m ，跨度4m 。

跨中截面尺寸如下图所示，截面347268W cm =，支点位置截面腹板宽度为20mm ，抗剪切面积近似可取21204480A ht cm ==⨯=。

跨中弯曲应力：313000/24/41013729547268M Mpa f Mpa W σ⨯=
=⨯=<= 支点剪切应力：13000/2/210
1067170480
v Q Mpa f Mpa A τ⨯==
⨯=<=
截面尺寸 单位（mm ）
3、φ800-16钢管和φ800-20
表示-方向
钢管材质为Q345B。

组合应力最大值
max 175310
Mpa f Mpa
σ=<=，其中轴
向应力最大值
max 92Mpa
σ=。

组合1 φ800钢管桩组合应力（单位：kpa）
表示-方向组合2 φ800钢管桩组合应力（单位：kpa）
钢管材质为Q345B。

组合应力最大值
max 177310
Mpa f Mpa
σ=<=，其中轴
向应力最大值
max 92Mpa
σ=。

4、顶层600-10钢管
表示-方向
组合1 φ600-10钢管桩组合应力（单位：kpa）
钢管材质为Q235B。

组合应力最大值
max 120215
Mpa f Mpa
σ=<=，其中轴
向应力最大值
max 58Mpa
σ=。

表示-方向组合2 φ600-10钢管桩组合应力（单位：kpa）
钢管材质为Q235B。

组合应力最大值
max 126215
Mpa f Mpa
σ=<=，其中轴
向应力最大值
max 63Mpa
σ=。

5、顶层600-10钢管节点承载力
0.6
0.750.8
β=
= 2
2
909010.30.310.30.30.88310310n f f σσϕ⎛⎫⎛⎫
=--=-⨯-⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
20.680.82d ϕβ=-=
0.2
20.2
23
11.51sin 11.518000.880.820.016310101455sin 8216pj
cT
n d d N t f t kN ϕϕθ︒⎛⎫= ⎪⎝⎭
⎛⎫=
⨯⨯⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭
()()220.8514551673pj pj
tT cT N N kN β=-=-⨯=
组合1顶层600-10钢管承受的最大拉力为1098kN ，组合2顶层600-10钢管承受的最大拉力为1168kN ，均小于节点承载力1673kN 。

6、顶层4∠100*100*10平联 （1）荷载组合1
表示-方向
1 4∠100*100*10组合应力（单位：kpa ）
钢管材质为Q235B 。

组合应力最大值为max 40215Mpa f Mpa σ=<=。

表示-方向
组合2 4∠100*100*10组合应力（单位：kpa ）
钢管材质为Q235B 。

组合应力最大值为max 43215Mpa f Mpa σ=<=。

7、顶层4∠100*100*10螺栓及连接板
（1）螺栓
图上连接板厚20mm ，螺栓孔直径23mm ，螺杆直径按22mm 计算，设所用螺栓为C 级螺栓，则：
螺栓受剪承载力2
2
33.140.022621401063744
b b
v
v
v
d N n f kN π⨯==⨯⨯⨯⨯= 螺栓的孔壁承压承载力360.020.022********b
b c c N d t f kN ==⨯⨯⨯⨯=∑
组合1 4∠100*100*10的拉力为214kN ，组合1 4∠100*100*10的拉力为246kN ，螺栓承载能力能够满足要求。

（2）连接板
组合1 顶层缀条内力图（单位：kN）
表示-方向
组合2 顶层缀条内力图（单位：kN）
组合1 顶层4∠100*100*10的拉力为216kN,斜撑2∠100*100*10的拉力为219kN。

组合2 顶层4∠100*100*10的拉力为242kN,斜撑2∠100*100*10的拉力为203kN。

内力如上图所示。

节点板计算由组合2内力控制。

J16号件与G17-6号件连接部分端板高78cm，厚10mm，螺栓孔道距根部4cm。

G17-6号件高78cm，厚16mm。

J16号件端板根部承受的弯矩
()
242203cos32
0.048.28.
2
M kN m
︒
+⨯
=⨯=
3
28.2810637215781
6
M Mpa f Mpa W σ=
=⨯=>=⨯ 同理G17-6号件根部弯曲应力为：
328.281024821578 1.6
6
M Mpa f Mpa W σ=
=⨯=>=⨯ 因此J16号件端板与G17-6号件应力超限。

8、次层2∠100*100*10连接板
组合1 次层缀条内力图（单位：kN ）
表示-方向
组合2 次层缀条内力图（单位：kN ）
组合1 次层2∠100*100*10平联的拉力为122kN ，同节点的两根斜撑一根拉力为218kN ，另一根压力为104kN ；组合2 次层2∠100*100*10平联的拉力为137kN ，同节点的两根斜撑一根拉力为201kN ，另一根压力为88kN ；内力如上图所示。

节点板计算由组合2内力控制。

J17号件与G11-6号件连接部分端板高78cm ，厚10mm ，螺栓孔道距根部4cm 。

G11-6号件高78cm ，厚16mm 。

J16
号
件端板根部承受的弯矩
()201cos3288cos511370.04 5.04.2
M kN m ︒
︒-⨯+=
⨯=
3
25.0410387215781
6
M Mpa f Mpa W σ=
=⨯=>=⨯ 同理G17-6号件根部弯曲应力为：
325.0410******** 1.6
6
M Mpa f Mpa W σ=
=⨯=<=⨯ 因此J17号件端板应力超限。

9、2∠100*100*10平联及斜撑
表示-方向
组合1 2∠100*100*10组合向应力（单位：kpa ）
表示-方向
2 2∠100*100*10组合向应力（单位：kpa ）
钢管材质为Q235B 。

组合1组合应力最大值为max 61215Mpa f Mpa σ=<=，其中轴向压应力为46MPa ；组合2组合应力最大值为max 67215Mpa f Mpa σ=<=，其中轴向压应力为57MPa 。

斜缀条长细比[]min 4.44
1461500.0305
d l l λλ=
==<=（取缀条长度4.4m ，节点间距离5.65m ），查得b 类截面稳定安全系数0.322ϕ=。

稳定
验算357101772150.322
d d N Mpa f Mpa A σϕ-⨯===<=。

10、2∠100*100*10柱内水平斜撑
表示-方向
组合1 2∠100*100*10组合向应力（单位：kpa ）
表示-方向
组合2 2∠100*100*10组合向应力（单位：kpa ）
组合1组合应力最大值为max 45215Mpa f Mpa σ=<=，其中轴向应力18Mpa ；组合2组合应力最大值为max 67215Mpa f Mpa σ=<=，其中轴向应力39Mpa 。

斜缀条长细比[]min 4.52
1481500.0305
d l l λλ===<=（取缀条长度4.52m ，节点间距离5.65m ）
11、横桥向连接系
表示-方向
组合1 横向连接系组合向应力（单位：kpa）
表示-方向
组合2 横向连接系组合向应力（单位：kpa）
钢管材质为Q235B。

组合1组合应力最大值为
max 36215 Mpa f Mpa
σ=<=；
组合2组合应力最大值为
max 36215 Mpa f Mpa
σ=<=。

12、格构柱构造验算
（1）分肢长细比
构件对虚轴长细比
54
27
2
x y
x
l
i
λλ
====
换算长细比0033x y λλ==== 分肢长细比1014
150.7230.27
x x l i λλ===<=，满足要求。

（2）斜缀条
310477V kN =
=
=
/4477/4
153sin sin 51
d V N kN α︒
=
== []min 4.441461500.0305
d l l λλ=
==<=（取缀条长度4.44m ，节点间距离5.65m ） 查得b 类截面稳定安全系数0.322ϕ=
稳定验算3
153101252150.3220.0038d d N Mpa f Mpa A σϕ-⨯===<=⨯
（3）横缀条
横缀条和斜缀条采用相同截面，不必验算。

13、预埋件
1）800-16钢管柱底预埋件及扩大基础植入钢筋 （1）锚固长度计算
扩大基础混凝土标号C30，如充分利用钢筋抗拉强度，柱底预埋件钢筋所需锚固长度：
300
0.14257341.43
y a t
f l d mm f α
==⨯
⨯= 设计采用632a l mm =，不满足要求。

承台混凝土标号C40，扩大基础φ25植入钢筋在承台内所需锚固长度：
300
0.14256141.71
y a t
f l d mm f α
==⨯
⨯= 扩大基础混凝土标号C30，φ25植入钢筋在扩大基础内所需锚固长度：
300
0.14257341.43
y a t
f l d mm f α
==⨯
⨯=
设计采用650a l mm =，不满足要求。

（2）锚筋面积计算 荷载组合1：
max 15.x M kN m =max 9.y M kN m =max 576x V kN =,max 86y V kN =min 3404N kN = 荷载组合2：
max 13.x M kN m =max 11.y M kN m =max 494x V kN =,max 74y V kN =min 2937N kN = 按《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》中公式10.9.1-3和10.9.1-4计算，取较大值。

锚筋面积由荷载组合2控制计算。

0.30.41.3s r v y r b y V N M Nz
A f f z αααα--≥
+
0.40.4s r b y M Nz
A f z
αα-≥
910.90.43r α-==（此处取值存疑问）
(
(
4.00.08 4.00.08250.43v d α=-=-⨯= 200.60.25
0.60.250.825
b t d α=+=+⨯= ()0.3494740.329373130V N -=+-⨯=-<
0.4(1311)0.42937 1.081244.0M Nz kN m -=+-⨯⨯=-<
柱底预埋件及扩大基础均不需要配置锚固钢筋，但建议仍需按一般施工进行配置，并满足锚固长度要求。

扩大基础植入锚筋的布置较稀疏，《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》10.9.6规定对受剪预埋件锚筋间距不应大于300mm ，建议加密。

2）600-10钢管塔柱预埋件 （1）锚固长度计算
塔柱混凝土标号C50，如充分利用钢筋抗拉强度，φ25植入钢筋所需锚固长度：
300
0.14255551.89
y a t
f l d mm f α
==⨯
⨯= 设计采用620a l mm =，满足要求。

（2）锚筋面积计算
荷载组合1：max 166.y M kN m =，max 32z V kN =,max 1098N kN = 荷载组合2：max 170.y M kN m =，max 34z V kN =,max 1168N kN =
按《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》中公式10.9.1-1和10.9.1-2计算，取较大值。

锚筋面积由荷载组合2控制计算。

0.8 1.3s r v y
b y r b y V
N M
A f f f z
ααααα≥
+
+
0.80.4s b y r b y N M
A f f z
ααα≥
+
910.90.43r α-==（此处取值存疑问）
(
(
4.00.08 4.00.08250.55v d α=-=-⨯= 200.60.250.60.250.825
b t d α=+=+⨯= 336
20.8 1.33410116810170100.430.553000.80.8300 1.30.430.83001000479608312677829s r v y
b y r b y V
N M
A f f f z
mm ααααα≥
+
+
⨯⨯⨯=++
⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=++= 36
2
0.80.4116810170100.80.83000.40.430.830010006083411810201s b y r b y N M
A f f z
mm ααα≥
+
⨯⨯=+
⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+= 实际配筋2216785010201e A mm mm =<，不满足要求。

14、600-10钢管塔柱法兰盘
原设计法兰盘锚板20mm 厚，经计算偏薄，现改为30mm ，另锚板形式由中
空圆环形式改为圆形，锚筋改为32根（鉴于该处结构的重要性，在允许的情况下，建议尽可能的加密）。

具体形式见下图。

法兰盘详图
用ANSYS对法兰盘进行细部分析，模型包括600-10钢管，在钢管顶部模拟拉力F=1098kN，弯矩M=166kN.m。

Ansys模型
法兰盘Nodal VON MISES 应力图
整体Nodal VON MISES 应力图
法兰盘节点VON MISES应力最大值为105Mpa。

同时也给出了整体VON MISES应力，其中钢管应力最大值123Mpa，与MIDAS整体计算结果一致。

15、总结
1、柱脚预埋件及扩大基础计算均不需要配置锚固钢筋，但建议仍需按一般
施工进行配置，并满足锚固长度要求。

建议柱底预埋件钢筋所需锚固设为750mm；扩大基础植入钢筋在承台内所需锚固长度设为650mm；植入钢筋在扩大基础内所需锚固长度设为750mm。

2、扩大基础植入锚筋的布置较稀疏，《混凝土结构设计规范（GB50010-2010）》10.9.6规定对受剪预埋件锚筋间距不应大于300mm，建议加密。

3、600-10钢管塔柱预埋件锚筋面积不够，需要加密。

（预埋件锚筋与塔柱纵向钢筋冲突该如何处理？）；预埋件钢板建议改为30mm板厚。

4、600-10钢管与塔柱预埋件锚板之间应采用剖口焊；600-10钢管与800-16钢管之间也应采用剖口焊。

5、J16号件端板与G17-6号件应力超限；J17号件端板应力超限。

6、上分配梁在钢垫墩位置有3道横隔板，根据刚垫墩的尺寸，横隔板数量不够；在与下分配梁搭接位置没有与下分配梁腹板匹配的横隔板。

此处构造上不满足要求。

7、下分配梁在与上分配梁搭接位置没有与上分配梁腹板匹配的横隔板。

此处构造上不满足要求。

8、根据计算，精轧螺纹钢拉杆在1300t荷载作用下并不受拉力，仅在托架自重作用下承受较小的拉力（14Mpa拉应力），且2I25锚梁与钢管立柱之间的连接构造存在受力不明确的问题，精轧螺纹钢拉杆的设置对结构受力影响基本可不考虑。

9、600-10钢管间I14因长细比过大，受压时退出工作，仅计受拉效应，根据计算，受拉应力也很小（9Mpa拉应力），I14的设置对结构受力影响基本可不考虑。