太行山高速公路涞源至曲阳段雁宿崖互通钢混组合梁砂箱计算书.doc

太行山高速公路涞源至曲阳段雁宿崖互通钢混组合梁
砂箱计算书
编制：
审核：
批准：
中交世通重工（北京）有限公司
二〇一七年十月
太行山高速公路涞源至曲阳段雁宿崖互通钢混组合梁
砂箱计算书
编制：
内部审核：
内部批准：
中交世通重工（北京）有限公司
二〇一七年十月
太行山高速公路涞曲段钢混梁砂箱计算书
一、基本参数
1、钢混叠合梁自重：265t；
2、采用JH320-50架桥机自重：326.3t；
3、运梁炮车自重：20t；
4、每片梁下设4个临时支座，单端2个临时支座横向并排布置，如下图所示
5、每个砂箱的细部尺寸如下图，其材质为20#钢无缝钢管
二、最不利载荷情况及最大载荷计算
1、最不利载荷情况：架桥机刚好过孔完成且前支腿还未支承于前跨盖梁上，而此时炮车将梁运输到架桥机后端。

2、情况说明：
（1）恒载：梁体由每片梁底临时支座分担，每个支座承担荷载为
265/4=66.25t=662.5KN；
（2）活载：备架钢混梁及炮车重量由2片梁下临时支座分担，每个支座承载荷载为：（265+20）/8=35.63t=356.3KN；架桥机自重由盖梁顶3片梁下临时支座分担，每个支座载荷为：326/12=27.17t=271.7KN；
3、最不利荷载组合
F=1.2恒+1.4活=1.2x662.5+1.4x（356.3+266.7）=1667.2KN。

三、定心承压能力验算
（1）根据定心高度及截面尺寸，判断为非长细杆，从其结构及材质可以看出顶心为粗短钢管立柱；
1、tsd=ts+C1+C2
式中：tsd = 钢管设计壁厚(mm)
ts = 钢管计算壁厚(mm)
C1 = 钢管负偏差附加量(mm)
C2 = 钢管腐蚀附加量(mm)
C1=0.6mm (见GB/T17395~1998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差) C2=1.5mm (介质对管材的腐蚀速度≤0.05/年，单面腐蚀取1.5mm)
2、ts=pD0/(2[σ]tEj+p)
式中：p = 设计压力介质工作压力(Mpa)
D = 钢管外径(mm)
[σ]t = 设计温度钢管的许应力(Mpa)；
钢管外径选250mm：因此P=F/A=1667.2*1000N/49087.4mm²=33.964Mpa 此处[σ]t=163Mpa （见GB50316-2000，工业金属管道设计规范，≤20°C 下的容许应力）
Ej = 焊接接头系数，无缝钢管Ej = 1
3、壁厚计算
ts = pD0/(2[σ]tEj+p)
=33.964*250/(2*163*1+33.011)=23.59mm
tsd=ts+C1+C2=23.59+0.6+1.5=25.69mm
实际采用26mm无缝钢管，满足承载要求。

四、套筒壁厚计算
砂在竖直均布荷载作用下，起竖直应力计算值为
δz=F/S=1667.2x10³N/（3.14x（0.3/2）²）=23.598MPa
根据不同深度，在侧限作用下，砂颗粒竖直应力与水平应力之间的关系得钢管受到的水平应力（即正应力）为δx=Kδz，此时K值取值为0.28，则δx=0.28*23.598=6.607MPa。

钢质压力容器壁厚t的确定
t=1+D*δ/(2fyφ-δx)
=1+300*14.450/（2*140*1-6.607）
=16.86
钢质压力容器容壁厚t的确定
t——容器壁厚（mm）
D——容器外壁直径（mm），此处取值为 300mm
δ——容器所受压力（MPa）,此处计算值为 14.450 MPa
fy——容器许用应力（MPa），此处取值为 140 MPa
φ——焊接系数，此处为无缝钢管，取值为1，焊接管取值为0.7~0.8
由此计算得容器壁厚t=16.85mm，实际钢管壁厚为T=20mm＞t=16.86mm，满足设计要求。

五、砂箱制作
1、材料
（1）定心钢管型号：250mm（外径）x20mm（壁厚），材质20#钢；
（2）顶心下钢板：φ250x25mm钢板与顶心钢管外壁采用坡口熔深焊接，材质Q235B钢；
（3）顶心上垫钢板：12x300x300（mm）与顶心钢管外壁采用贴角焊接，材质Q235B 钢；
（4）套筒钢管型号：300（外径）x 20（壁厚），材质为20#钢；
（5）套筒底钢板：12x350x350（mm）与套筒钢管采用坡口熔透焊接，材质为235钢；
（6）套筒内砂：采用过筛后的石英细砂，流动性好，含泥量不大于2%，并对砂进行干燥处理，含水量不大于1%；
（7）套筒丝堵：丝堵与套筒钢管采用坡口熔透焊接。

2、制作工艺
（1）加工制作砂箱
砂箱加工质量关键在于三个方面：材料的选择、可调节高度及砂箱的焊接质量。

材料选择的重点在于砂箱型号规格以及材质和成形方式、钢垫板的平整度相关质量标注等。

可调高度要控制好最低及最高高度，钢管的下料要考虑钢垫板的厚度，砂箱的焊接质量对砂箱的强度及稳定性影响很大。

流沙孔设置于砂箱底向上20~30mm位置，便于操作，流沙孔外侧贴面焊接外径φ=50mm的丝堵（配套使用相应大小的套筒）。

电焊工要技术熟练并持证上岗。

（2）装砂
选用过筛后的细砂，流动性好，含泥量不大于2%，并对砂进行干燥处理，含水量不大于1%；，经检验以上指标合格后方可使用。

（3）测控并确定每个砂箱的高度
现场要精确进行高程测量，主要测量砂箱放置区盖梁顶实际高程，从而确定每个砂箱的实际高程，并预留10mm的沉降。

为控制梁段安装标高与设计标高一
致，临时支座受到梁的重量后进行沉降观测，待沉降稳定后记录好沉降数据，为后续临时支座的高度预留沉降量提供依据。

（4）试验确定高度及承载力
本桥砂箱承载力设计值为1620.44KN，为尽量消除临时支座使用过程中的沉降，对每个临时支座用压力机进行预压，其压力为1700KN。

预压到压力后测量砂箱的高度，如高出设计值说明砂子多需要减少砂箱内的砂子再压，确保高度及预压力双达标。

（5）砂箱的安装
由于盖梁带横坡，预制梁安装时梁底带纵坡，每个砂箱对应的位置不同，其高度差别较大，对砂箱对应编号，防止混乱使用导致高程错误。

砂箱安装完后要进行复测，高程合格后方可进行梁段吊装。

为保证砂箱顶的均匀受力，砂箱钢垫板顶面放置2mm厚橡胶皮，使得钢梁底部与砂箱顶面紧密贴合。

六、安全保障措施
1、临时支座安放属于高空作业，其搬运及安装必须遵循高空作业要求，佩戴安全帽、系安全绳、穿防滑鞋。

2、架桥机过孔后并确认支承稳固，立即搭设简易的人行通道，做好临时防护，并挂设牢固的可供安全绳锁扣滑动的缆索，该缆索在使用前必须进行荷载试验，其承受的荷载不小于200KN，过孔人行通道每次只允许1个人通过。

3、盖梁作为支承架桥机横移轨道梁、安放临时支座、测量放样等作用平台，必须搭设简易护栏，挂设安全网，并有较稳妥的安全带固定点。

4、架桥机作用范围内地面投影区以外10m范围均作为施工警戒区，在地面设立警戒线并挂设明显的安全标识牌，安全员现场巡查，防止高空坠物伤人。