钢桁梁转体施工设计计算书

目录
1.设计计算说明 (3)
1.1设计依据 (3)
1.2工程概况 (3)
1.2.1工程概述 (3)
1.2.2结构构造 (3)
1.3主要施工方法简介 (5)
2.荷载计算及组合 (6)
2.1荷载分析 (6)
2.1.1恒载 (6)
3.1.2临时荷载及分布 (6)
2.1.3荷载组合 (6)
2.2结构计算 (6)
2.3工况计算结果 (6)
2.3.1计算模型 (7)
2.3.2工况计算结果 (7)
3.临时支墩设计与计算 (7)
3.1钢管桩设计计算 (7)
3.2钢管桩入土深度计算 (8)
4.滑船设计计算 (9)
4.1荷载分析 (9)
4.2单个滑船的承压能力验算 (11)
4.3顶推系统验算 (11)
4.3.1 2I36a工字钢后锚梁验算 (11)
4.3.2连接杆验算 (14)
4.3.3千斤顶反力装置验算 (15)
4.3.4连接绞的耳板和销轴验算 (18)
钢桁梁转体施工设计计算书
1.设计计算说明
1.1设计依据
(1) ***特大桥钢桁梁施工图纸及变更资料;
(2) 现场施工调查、踏勘、咨询资料；
(3)《钢结构设计规范》GB50017-2003；
(4)《建筑地基与基础设计规范》GB50007-2002。

1.2工程概况
1.2.1工程概述
***特大桥上跨***铁路既有线，跨越既有线的主桥为1-132m钢桁梁桥，桥梁位于R=4000m的曲线上，主桥采用平分中矢布置，与既有线成13°斜交。

根据设计院提供的初步设计图纸，钢桁梁宽13.0m，高16.0m，钢结构重2640t。

1.2.2结构构造
钢桁梁结构形式为无竖杆道砟桥面三角形桁，主桁立面简图如图1-1所示。

图1-1 132m钢桁梁单孔立面简图
(1)主桁
采用无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式道砟桥面钢桁梁，桁高16m，节间长度12m，主桁中心距13m。

上、下主桁采用焊接箱形截面，竖板高1300mm，内宽1100mm，板厚20～46mm，腹杆采用箱形及“H”型截面，箱形截面高1000mm，外宽1098mm，板厚20～46mm；H型截面高700～1000mm，外宽1098mm，板厚20～36mm。

(2)桥面系
桥面系由纵梁、横梁和纵梁间联结系组成，均为焊接工字型截面。

纵梁间距2300mm，梁高1700mm。

横梁梁高2500mm。

纵梁间联结系梁高1700 mm。

横梁通过整体节点板内侧焊有与横梁连接的板，采用螺栓拼接。

纵梁与横梁上伸出板，在下缘、腹板采用螺栓拼接，上翼缘采用焊接。

纵梁上翼缘在桥面板预留孔处焊有剪力钉以固定RPC混凝土桥面板。

为减小桥面系与主桁共同作用的影响，在E10、E10’节间设有活动纵梁。

(3)上平纵联
上平联由斜杆(420(16)*400(12))和横撑(460(16)*400(12))组成，均为焊接工字型截面，平联梁高400mm，顶板厚16mm，腹板厚12mm。

上、下平纵联的斜杆及支撑杆均为工字型截面，采用交叉式。

为便于施工，杆件采用对拼式与平联节点板相连，上、下平纵联节点板焊于整体节点板上，焊后必须打磨匀顺。

在E6、E6’节点处设有制动联结系，以承受制动力。

(4)桥门架及横联
桥门架和横向联结系构件均为焊接H型，截面高400mm，宽350mm，板厚10mm。

(5)支座及抗震措施
a. 采用TQZ-G-22000-GD（固定）、ZX（纵向活动）、HX（横向活动）、DX（多向活动）球型钢支座各1个。

纵向活动位移量为±200mm，横向活动位移量为±
50mm。

b.为保证梁部结构在地震作用等特殊荷载下的安全性能，在梁与墩之间设置防落梁设施。

1.3主要施工方法简介
本次设计采用转体施工：在24#墩设置转盘，在顺既有线满足桥跨布置要求位置增设临时墩，临时墩顶以拖船作为临时支座，在24#墩与临时墩之间搭设支架，拼接钢桁梁，拼接好的钢桁梁与24#→25#墩中心线成150角。

在临时墩与25号墩之间搭设滑道梁，在滑道梁上铺设轨道。

拆除支架，以24#墩转盘为旋转中心将钢梁平转至设计位置。

拆除轨道及滑道梁，安装永久支座。

（1）从24#墩到临时墩沿既有线路肩铺设龙门吊轨道并安装龙门吊，在顺既有线满足桥跨布置要求位置增设临时墩，24#墩与临时墩之间膺架采用钢管桩桩基础，其中在每个节点基础采用φ609mm、δ=8mm钢管，每桁节点下布置2根。

由于支点反力大，桩顶需设置强大的分配梁才能将集中力均匀地传到每根钢管桩上，分配梁分采用I40b工字钢组焊而成，在支点及集中荷载处设加劲板；为增加稳定性，钢管支架之间设［16a槽钢联结系。

支墩顶部设置型钢分配梁及千斤顶，以调整钢桁梁节点标高及整体线型。

24#→临时墩支架布置见图1-2。

（2）在临时墩与25号墩之间搭设滑道梁，在滑道梁上铺设轨道
滑道拟采用钻孔桩基础，钢筋混凝土立柱；滑道梁采用万能杆件拼装桁架或自制钢桁梁，跨越既有线部分滑道梁下部净空，应满足铁路限界要求；跨越既有线部分的滑道梁，预先拼装成整体。

（3）架梁吊机及走道
28m跨龙门吊具有提升、变幅、整机前移及锚固的功能。

吊机一次前移站位，完成一个钢梁的架设。

龙门吊自重80t，额定起重量40t，起升速度0-30m/min；额定起重量时最大吊距35m，轨距28m，吊机的结构见图1-3龙门吊示意图。

2.荷载计算及组合
2.1荷载分析
2.1.1恒载
结构自重G=26400KN。

3.1.2临时荷载及分布
(1)下弦运料道、人员走道、人群、安全网：已拼装梁段全长范围内布置q1=4.5kN/(桁.m)。

(2)上弦人员走道：已拼装梁段全长范围内布置q2=3.0kN/(桁.m)。

2.1.3荷载组合
按承载力极限状态设计，基本组合为1.2G+1.4（q1+q2）。

2.2结构计算
工况：钢横梁采用龙门吊机拼装，临时墩及荷载如图2-1所示。

计算：临时支墩支反力R；
图2-1 荷载示意图
2.3工况计算结果
2.3.1计算模型
采用MIDAS 程序对各工况结构进行空间有限元分析计算，计算模型见图2-2：
-----------------4.5
----4.5
4.5
4.5
-4.5
-4.5
4.5
4.5
4.5
4.5
---4.5
-4.5
4.5
4.5
4.5
--4.5
-4.5
4.5
4.5
-4.5
-4.5
4.5
4.5
--4.5
4.5
4.5
-4.5
-4.5
-4.5
4.5
4.5
-4.5
-4.5
4.5
4.5
--3.0---3.0
-3.0
---3.0
-3.0
---3.0
-3.0
---3.0
-3.0
---3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
4.5
-4.5
-4.5-4.5
4.5
4.5
-4.5-4.5-4.5
4.5
图2-2钢横梁分析计算模型
2.3.2工况计算结果
临时支墩采用龙门吊机悬拼，经计算各悬拼工况下临时支墩支反力如图2-3。

图2-3 临时支墩支反力
临时支墩支反力R 控制值：R max =1806kN
3.临时支墩设计与计算
3.1钢管桩设计计算
每个支墩位置设置双排钢管桩，钢管桩之间用型钢连接。

钢管桩的布置如图5.1-1。

单根钢管桩竖向荷载大小为P=1806/2=903KN 。

钢管采用Φ609×8mm 钢管，按钢管最大计算长度12m 计算，面积
2A 15105mm ＝，
回转半径为： 212.54
i mm ===
长细比 ： []12000
56.5150212.5
l i λλ==<=＝
查《钢结构设计规范》（GB50017-2003），得0.896φ＝. 强度验算： []9031000
59.821515105
N MPa MPa A σσ⨯=
==≤= 满足要求。

稳定性验算：
[][]215
N A 0.89615105KN N KN 1000
φσ⨯⨯≥＝＝＝2910＝903 ，满足要求。

3.2钢管桩入土深度计算
按正常使用极限状态下的标准组合，单根钢管桩竖向荷载大小为P=1495/2=748KN 。

根据建筑桩基技术规范JGJ94-2008，桩基竖向承载力需符合下列要求：
p
pk p i sik pk sk uk A q l q u Q Q Q λ+=+=∑
当
d
h b /<5时，
d
h b p /16.0=λ
当
d
h b /≥5时，
8
.0=p λ
式中：
Quk ——单桩轴向受压容许承载力（kN ）；
sik q ——桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值（kPa ）； pk
q ——极限端阻力标准值(kPa)；
p
λ——桩端土塞效应系数；
b
h ——桩端进入持力层深度(m)；
U ——桩的周长（m ）；
i
l ——地面以下各土层厚度（m ）；
有效桩长从原地面向下计算。

承载力计算时不计钢管桩端承力，则沉桩容许承载力为：uk sik i Q u q l =∑ ，地质资料取05-ZD-14536钻探点(24-临时墩)，该点地面高程为999.829m 。

临时支墩入土深度：
拟设计采用采用Φ609×8mm 钢管桩，桩长15m 。

故单桩竖向承载力值为：
20.305(308.550 6.5)1111.5748uk sik i
Q u q l KN KN
π==⨯⨯⨯+⨯=>∑
符合要求，故钢管桩入土深度为15m ，桩底标高取984.829m 。

4.滑船设计计算
滑船由MGE 高分子材料滑板、钢板、工字钢组成，具体结构尺寸如图4-1。

4.1荷载分析
解除中间钢管桩临时支撑，钢横梁由4个滑船支撑，每个支点所承受的荷载设计值为：
R=1.2*26400/4=7920KN
MGE 材料滑板在干态情况下摩擦力最大，分静摩擦力和动摩擦力，其中静摩擦力大于动摩擦力，为验算控制工况，摩擦力系数取0.06。

转体系统的布置如图4-2，根据力的平衡条件，千斤顶的顶推力矩等于摩擦力矩。

即：
22P L f L f l ⋅=⋅+⋅
式中：P ——千斤顶顶推力；
f ——滑船摩擦力，0.067920475f R KN μ==⨯=； L ——大旋转半径，L=132m ； l ——小旋转半径，l=6.5m
图4-2 转体系统布置示意图
带入数据计算得，千斤顶的顶推力
2224751322475 6.5
997132
fL fl P KN L +⨯⨯+⨯⨯=
== 选用最大工作荷载不低于150t 的千斤顶。

4.2单个滑船的承压能力验算
4.2.1 I28b 工字钢验算
滑船拖梁由7榀长1m 的I28b 工字钢组成，工字钢翼板位置焊接5道δ12mm 加劲板。

钢横梁荷载通过δ20mm 钢板传递到I28b 工字钢拖梁上，视为工字钢均匀受压。

工字钢腹板位置为受压薄弱环节，每榀工字钢腹板的承压强度为
3
1.0792010108[]21510.510007
w z F
MPa MPa t l ψσσ⨯⨯===<=⨯⨯ 满足要求
工字钢翼板位置每隔200mm 焊接一道加劲肋，受压翼缘的自由长度1l 与其宽度1b 之比
11200 1.6113.0124
l b ==<，故不需计算工字钢的整体稳定性。

0/252.6/10.524.180w h t ==<=，故不需计算工字钢的局部稳定性。

4.2.2MGE 高分子材料滑板
上部荷载通过钢板、工字钢均匀传递到5cm 厚∅960 MGE 高分子材料滑板上，滑板与不锈钢板接触面做成20*20mm 圆弧角，滑板所承受的压应力为：
3
2
79201011.91[]15460MPa MPa σσπ⨯==<=⨯ 满足要求
4.3顶推系统验算
4.3.1 2I36a 工字钢后锚梁验算
后锚梁由双榀I36a 工字钢焊接加强板组成，计算跨径1.3m 。

千斤顶的顶推力即为后锚梁所受的节点反力，P=997KN 。

计算图式如图4-3至图4-8。

-997.0
图4-3 受力简图
图4-4 弯矩图
max 324M KN m =⋅
图4-5 剪力图
max 499
T KN
=
图4-6 弯矩应力图
max 186[]215
MPa MPa
σσ
=<=满足要求
图4-7 剪应力图
max 80[]125MPa MPa τσ=<= 满足要求
图4-8 变形图
max 1300
1 3.25400
f mm mm =<
= 4.3.2连接杆验算
连接杆为两道Φ245×10钢管，钢管长11.5m 。

每根钢管所受的轴向力为
9970.067920
26122
P R T KN μ--⨯=
== 钢管采用Φ245×10mm 钢管，面积2A 7382.7mm ＝，
回转半径为： 83.24
i mm ===
长细比 ： []11500
138.215083.2
l i λλ==<=＝
查《钢结构设计规范》（GB50017-2003），得0.4φ＝。

强度验算： []2611000
35.32157382.7
N MPa MPa A σσ⨯=
==≤= 稳定性验算;
[][]215
N A 0.47382.7KN N KN 1000
φσ⨯⨯
≥＝＝＝635＝261 ，满足要求。

4.3.3千斤顶反力装置验算
沿滑到每隔900mm ，在滑道两侧设置一个千斤顶反力装置，正面挡板为δ20mmQ235钢板，侧面挡板为δ30mmQ235钢板，侧面加劲板为δ12mmQ235钢板。

反力装置焊接在钢滑道梁上，采用双面焊缝，焊角尺寸1218,25f f h mm h mm ==，沿底角四周满焊。

截面尺寸如图4-9。

图4-9 千斤顶反力装置尺寸图（单位：mm ）
（1）截面应力验算
千斤顶反力装置与后锚梁接触面上的压应力为：
3
99710'9.1622002722200272
P P MPa ⨯===⨯⨯⨯⨯，受力图示如图4-10。

应力计算结果
如图4-11。

图4-10 反力装置受力图示
图4-11 组合应力图
max 200[]215MPa MPa σσ=<=
在肋脚位置进行局部加强焊接，可以满足要求。

（2）焊缝验算
焊缝的计算厚度如图4-12所示。

图4-12 焊缝有效面尺寸图
841.31410x I mm =⨯
422.07810A mm =⨯
/2997/2449V P KN === 4490.19688M Ve kN m ==⨯=⋅ 最大正应力为61max 88810131881.31410M y MPa I σ⋅⨯⨯===⨯
最大剪应力为3
max
4
4491021.62.07810
V MPa A τ⨯===⨯
90.6160w f MPa f MPa ===<= 满足要求。

4.3.4连接绞的耳板和销轴验算
耳板所承受的最大压为P=997KN ，上下耳板采用22mm 厚的Q345B 钢板，中耳板采用40mm 厚的Q345B 钢板。

其截面大样如图4-12所示。

为确保结构安全，要求吊耳各项指标须具有2.5倍以上的安全系数。

图4-12 耳板、销轴大样图
（1）耳板计算
如图所示，局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处，其强度验算式。

()/ce f P t d f φ=⨯⨯≤
式中：f ——局部挤压应力； P ——设计荷载；
t ——吊耳厚度，212t t t +=； d ——销轴直径，取100mm
φ——局部挤压系数，根据李国豪编写的《钢桥设计》取0.788； fce ——钢材端面承压强度设计值，取400MPa.
则 3
99710151400841000.788ce P f MPa f MPa t d φ⨯=
==≤=⨯⨯⨯⨯，合格。

安全系数 400
2.65 2.5151
κ==>，安全。

（2）销轴计算
销轴采用40Cr ，φ95销轴，27088.2A mm =，623.998210I mm =⨯ 剪应力：
[]344997109423432327088.2
s F MPa MPa A ττ⨯==⨯=<=⨯，故满足要求。

安全系数 234
2.594
κ=
=，安全。