孖龙溪双线特大桥(32m梁,跨径28.32m)钢管柱贝雷架支架法结构检算.doc

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1、新建铁路贵阳至广州线GGTJ-3标段 孖龙溪双线特大桥钢管柱贝雷架支架法检算书新 建 铁 路贵阳至广州线GGTJ-3标段D3K203+656孖龙溪双线特大桥32.6m简支箱梁桥位现浇钢管柱贝雷架支架法结构检算书编 制：审 核：技术负责人： 单位负责人： 中铁五局（集团）有限公司贵广铁路工程指挥部二一年十月 贵州榕江目 录1、设计及验算依据32、支架的验算32.1、计算过程中用到的各种力学参数及荷载参数32.2、贝雷片受力62.2.1、单侧腹板处6排贝雷片计算62.2.2、底板下3排贝雷片92.2.3、单侧翼缘板下3排贝雷片112.2.4、分配梁计算(I16工字钢)142.2.5、钢管立柱顶承重

2、梁计算142.2.6、钢管柱检算212.2.7、基础承载力计算24新建贵广铁路GGTJ-3标段孖龙溪双线特大桥32m简支箱梁桥位现浇钢管柱贝雷架支架法结构设计及安全性计算书1、设计及验算依据1）跨度31.1m（直曲线、现浇）无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁（双线）（专桥贵广04）2010年3月；2）普通高等教育规划教材材料力学 2004年2月，机械工业出版社出版，刘庆潭主编；3）建筑施工计算手册（第二版），2007年7月中国建筑工业出版社出版，江正荣主编；4）路桥施工计算手册 周水兴等编著，人民交通出版社；5）装配式公路钢桥多用途使用手册 广州军区工程科研设计所；6）孖龙溪双线特大桥施工图

3、（2010年7月版）。2、支架的验算2.1、计算过程中用到的各种力学参数及荷载参数 支架材料采用A3号普通碳素钢，根据支架的实际受力情况进行分别对箱梁不同部位下的结构进行检算。（1）A3钢材： E=2.1105 MPa =140 MPa =145 MPa =85 MPa（2）本桥采用的不加强型三排双层贝雷梁结构力学性能参数：I=32228832.2cm4,W=22226.8cm3；A101.88cm2M=4653.2kN.m,Q=698.9kN；（3）16号工字钢：Ix=1130cm4,A=26.1cm2，W=141cm3,q=20.5kg/mSx80.8cm Ix/Sx13.8cm ix6.

4、58cm d6mm（4）I56a号工字钢：Ix=65590cm4,A=135cm2，W=2342cm3,q=106kg/mSx1368.8cm Ix/Sx47.7cm ix22cm d12.5mm（5）不加强型三排双层贝雷梁配件及荷载：本桥贝雷梁组合构件配置数量表序号构件名称32.6m跨32.6m跨24.6m跨（第2跨）24.6m跨（第2跨）24.6m跨）上层下层上层下层补充13.0m贝雷片19518915314721.5米贝雷片21214231.0米贝雷片424900支撑架555540401051800支撑架2422181646销子4324203062941687支撑螺栓4744623483

5、36848桁架螺栓378294贝雷梁组合构件单重表序号构件名称单位重量备注13000贝雷片片270kg21500贝雷片片160kg31000贝雷片片120kg4销子个3kg5900支撑架副30kg61800支撑架副60kg7支撑架螺栓套0.5kg8桁架螺栓套3kg根据以上贝雷梁组合配件单重，结合不加强型三排双层贝雷梁实际组合情况，32.6m跨贝雷梁总重为120.62t，单层贝雷梁总长616.5m，则每延米双层贝雷梁荷载为195.7kg/m。模板重量表序号名称规格型号单位数量重量（吨）备注1底模32m套1272可纵移外模32m套1683拼装式内模32m套1354端模32m 套13.2合计133.

6、24.09t/m序号名称重量（t）每延米均重（t）左翼板检算区左腹板检算区中部检算区右腹板检算区右翼板检算区1底模270.83 00.30 0.23 0.30 02可纵移外模682.09 0.83 0.21 0.00 0.21 0.83 3拼装式内模351.07 00.39 0.30 0.39 04端模3.20.10 0.01 0.03 0.01 0.03 0.01 合计重量（t）：133.24.09 0.84 0.93 0.54 0.93 0.84 模板荷载横向检算区分配表（每延米）2.2、贝雷片受力箱梁截面尺寸示意图（mm）钢管支架箱梁跨中横断面图（mm）2.2.1、单侧腹板处6排贝雷片计

7、算计算的单侧腹板区域的混凝土如下图阴影所示（单位cm）：贝雷梁跨中部分所受荷载1）贝雷片自重：q1=1.96KN/m6=11.76kN/m；2）施工人员荷载：q2=1.25KN/m2.85=3.56kN/m；3）振捣荷载：q3=2.02.85=5.70kN/m；4）冲击荷载：q4=2.02.85=5.7kN/m；5）模板荷载：q5=9.3kN/m6）混凝土荷载（横截面积S2.965m，跨中总截面积8.636m）：q6=（2.965/8.636）（775.5/32.6）1.110=89.84kN/m7）分配型钢(按2根16号工字钢间距0.4m，计2.5根，单重20.5Kg/m，单根长2.85m)

8、：q7=0.2052.852.5=1.46kN/m8）腹板下6片贝雷梁所受均布荷载（考虑安全系数1.2）：q =q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7 =(11.76+3.56+5.70+5.70+9.3+89.84+1.46)1.2152.78kN/m 贝雷梁的计算简图如下：运用结构力学求解器SM solver进行内力和位移计算得：弯矩分布图（kNm）剪力分布图（kN)支点（6片贝雷梁合计）反力图（kN)竖向位移分布示意图由图可得结论：最大弯矩Mmax=15316.62KNmM=4653.2kN.m/片6片=27919.2kN.m最大剪力Qmax=2163.36kNQ=698.9kN/片6

9、片=4193.4kN经检算，最大弹性变形在1、2节点中间位置：V1=18.9mm；非弹性挠度根据经验公式V2式中d为常数，取d=3.3556mm；n为贝雷梁节数，腹板下贝雷梁为10节，所以取n=10。V1+V2=18.941.560.4mmV=28020/400=70mm结构满足要求！2.2.2、底板下3排贝雷片计算混凝土如下图阴影所示（单位cm）：1）贝雷片自重：q1=1.96KN/m3=5.88kN/m；2）施工人员荷载：q2=1.25KN/m1.5 =1.875kN/m；3）振捣荷载：q3=2.01.5=3.0kN/m；4）冲击荷载：q4=2.01.5=3.0kN/m； 5）模板荷载：q

10、5=5.4kN/m6）混凝土荷载（横截面积S0.900m，跨中总截面积8.636m）：q6=（0.900/8.636）（775.5/32.6）1.110=27.27kN/m7）分配型钢(按2根16号工字钢间距0.4m，计2.5根，单重20.5Kg/m，单根长1.5m)：q7=0.2051.52.5=0.77kN/m8）底板下3片贝雷梁所受均布荷载（考虑安全系数1.2）：q =q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7 =(5.88+1.875+3.0+3.0+5.4+27.27+0.77)1.256.63kN/m贝雷梁的计算简图如下：运用结构力学求解器SMSolver v2进行内力和位移计算得：

11、弯矩分布图（kNm）剪力分布图（kN)支点（3片贝雷梁合计）反力图（kN)竖向位移分布示意图由图可得结论如下：最大弯矩Mmax=5677.32KNmM=4653.2kN.m/片3片=13959.6kN.m最大剪力Qmax=801.88kNQ=698.9kN/片3片=2096.7kN经检算，最大弹性变形在1、2节点中间位置：V1=7.0mm；非弹性挠度根据经验公式V2式中d为常数，取d=3.3556mm；n为贝雷梁节数，腹板下贝雷梁为10节，所以取n=10。V1+V2=7.041.548.5mmV=28020/400=70mm结构满足要求！2.2.3、单侧翼缘板下3排贝雷片计算混凝土如下图阴影所

12、示（单位cm）：1）贝雷片自重：q1=1.96KN/m2.5=4.90kN/m；2）施工人员荷载：q2=1.25KN/m2.5=3.125kN/m；3）振捣荷载：q3=2.02.5=5.0kN/m；4）冲击荷载：q4=2.02.5=5.0kN/m； 5）模板荷载：q5=8.4kN/m6）混凝土荷载（横截面积S0.903m，跨中总截面积8.636m）：q6=（0.903/8.636）（775.5/32.6）1.110=27.36kN/m7）分配型钢(按2根16号工字钢间距0.4m，计2.5根，单重20.5Kg/m，单根长2.5m)：q7=0.2052.52.5=1.28kN/m8）翼板下3片贝雷

13、梁所受均布荷载（考虑安全系数1.2）：q =q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7 =(4.90+3.125+5.0+5.0+8.4+27.36+1.28)1.266.08kN/m贝雷梁的计算简图如下：运用结构力学求解器SMSolver v2进行内力和位移计算得：弯矩分布图（kNm）剪力分布图（kN)支点（3片贝雷梁合计）反力图（kN)竖向位移分布示意图由图可得结论如下：最大弯矩Mmax=6624.71KNmM=4653.2kN.m/片3片=13959.6kN.m最大剪力Qmax=935.69kNQ=698.9kN/片3片=2096.7kN经检算，最大弹性变形在1、2节点中间位置：V1=8.

14、2mm；非弹性挠度根据经验公式V2式中d为常数，取d=3.3556mm；n为贝雷梁节数，腹板下贝雷梁为10节，所以取n=10。V1+V2=8.241.549.7mmV=28020/400=70mm结构满足要求！2.2.4、分配梁计算(I16工字钢)单侧翼板下每个支点承受模板荷载:F1=400kN/32m2m/3=83kN承受砼及各种施工荷载：F2=10kN2/3=6.7kNF=F1+F2=89.7kN按简支梁进行检算，计算结果偏于安全。最大跨径为0.9m，Mmax=0.25Fl=20.2kNm采取局部加强措施，支点处设置双排I16工字钢。最大剪力Q=45kN结构满足要求！经计算分析，最大挠度在

15、杆件跨中位置.悬臂端挠度：V=1.2mmV=900/500=1.8mm 结构满足要求！2.2.5、钢管立柱顶承重梁计算从以上计算可知，各分配梁在均布荷载作用下，各检算分区内作用到贝雷梁支点处的作用力如下图所示：单侧腹板处6排贝雷梁：支点（6片贝雷梁合计）反力图（kN)底板下3排贝雷梁：支点（3片贝雷梁合计）反力图（kN)单侧翼缘板下3排贝雷梁：支点（3片贝雷梁合计）反力图（kN)在同一个支点位置，统一计算对象的贝雷片所受荷载按照平均计算，将作用在每根钢管柱顶承重梁（I56a工字钢）的21道贝雷梁的集中荷载列表如下（单位：KN）： 承重梁编号集中力编号所属计算区域贵阳端（KN）广州端（KN）F1

16、左单侧翼缘板下311.9 311.9 F2311.9 311.9 F3311.9 311.9 F4左单侧腹板下360.6 360.6 F5360.6 360.6 F6360.6 360.6 F7360.6 360.6 F8360.6 360.6 F9360.6 360.6 F10中部底板下267.3 267.3 F11267.3 267.3 F12267.3 267.3 F13右单侧腹板下360.6 360.6 F14360.6 360.6 F15360.6 360.6 F16360.6 360.6 F17360.6 360.6 F18360.6 360.6 F19右单侧翼缘板下311.9 3

17、11.9 F20311.9 311.9 F21311.9 311.9 从上表中可以看出，两端承重梁所受荷载均相同，为确保安全，下面对承重梁进行检算。一道承重横梁采用23根并排焊接到一起的56a号工字钢组成，安置于钢管柱顶的砂筒上砂箱承重钢板上。截面特性：W=2342（23）cm。具体承重梁根数根据后续计算确定，暂按2根进行试算。（1）第一种情况检算：钢管柱小于15.5m，采用单排钢管柱设计端部最大可能的利用承台长度进行支柱安装，本桥承台最小长度均为10.4m时，单排钢管柱设计间距为1.9m、1.4m、1.4m、1.4m、1.4m、1.9m，对其进行受力检算如下：受力检算模型运用结构力学求解器进

18、行内力和位移计算得：弯矩分布图（kN.m）剪力分布图（kN)承重梁荷载及支座反力图（kN）承重梁竖向位移分布图由图可得结论如下：（1）最大弯矩Mmax=436.66kN.m 故2根I56a工字钢作为单根承重横梁满足安全性要求。（2）最大剪力Q=805.34kN Q/（Ix/Sx）d2）805.34/（47.712.52）67.5MPa85MPa故2根I56a工字钢作为单根承重横梁强度满足要求。（3）经结构力学求解器检算得出：杆件的竖向最大位移位于两侧的杆端：Vmax=3.17mmV=1300/400=3.25mm故2根I56a工字钢作为单根承重横梁刚度满足要求。（2）第二种情况检算：钢管柱高度

19、大于15.5m，采用双排钢管柱设计端部最大可能的利用承台长度进行支柱安装，本桥承台最小长度均为10.4m时，双排钢管柱设计间距为2.35m、2.35m、2.35m、2.35m，对其进行受力检算如下：受力检算模型运用结构力学求解器进行内力和位移计算得：弯矩分布图（kN.m）剪力分布图（kN) Qmax=1035.6承重梁荷载及支座反力图（kN）承重梁竖向位移分布图由图可得结论如下：（1）最大弯矩Mmax=436.66kN.m 故2根I56a工字钢作为单根承重横梁即可满足安全性要求。（2）最大剪力Q=1035.6kNQ/（Ix/Sx）d2）1035.6/（47.712.53）57.9MPa85MP

20、a故对于设置5道双排钢管柱的设计间距（2.35m）情况下，需要设置3道I56a工字钢组合作为单根承重横梁方可满足强度要求。（3）经结构力学求解器检算得出：杆件的竖向最大位移位于两侧的杆端：Vmax=3.2mmV=1300/400=3.25mm故2根I56a工字钢作为单根承重横梁刚度即可满足要求。综上检算，钢管柱高度大于15.5m，采用双排钢管柱设计，钢管柱间距2.35m情况下，按照最不利情况下的结构要求取最大值，即需要设置3道I56a工字钢组合作为单根承重横梁方可满足刚度、强度、安全性要求。2.2.6、钢管柱检算（1）第一种情况检算：钢管柱小于15.5m，采用单排钢管柱设计从以上计算可知，各钢

21、管柱对承重梁的作用反力如下（单位：kN）：1）已知条件：A、位于腹板下钢管柱所承受的作用力最大，该钢管柱的最大轴心压力为：Fmax=1243.21kNB、材料特性： 设计强度:215.00(N/mm)；屈服强度:235.00(N/mm)C、钢管截面特性： 无缝钢管：d=630(mm) 无缝钢管外直径2td：630 (mm)无缝钢管壁厚0td/2：12(mm)截面几何面积：23298(mm)密度：7850.00(kg/m)回转半径： 2）强度检算：查得=0.8，Fmax1243.21KN=0.814023298=2609.4kN钢管的强度满足要求！3）稳定性检算：当跨度为28.32m，单端单排钢

22、管柱最大墩身高度为19m，钢管柱最大高度L15.26m，绕X轴弯曲时的长细比：= h/i=15260/218.53=69.83=150整体稳定性安全系数：2.15，该截面距离构件顶端15.26m，稳定性满足要求。（2）第二种情况检算：钢管柱高度大于15.5m，采用双排钢管柱设计从以上计算可知，各钢管柱对承重梁的作用反力如下（单位：kN）：1）已知条件：A、位于中部钢管柱所承受荷载最大，该钢管柱的最大轴心压力为：Fmax=1615.51kNB、材料特性： 设计强度:215.00(N/mm)；屈服强度:235.00(N/mm)C、钢管截面特性： 无缝钢管：d=630(mm) 无缝钢管外直径2td：

23、630 (mm)无缝钢管壁厚0td/2：12(mm)截面几何面积：23298(mm)密度：7850.00(kg/m)回转半径： 2）强度检算：查得=0.8，Fmax1615.51KN=0.814023298=2609.4kN钢管的强度满足要求！3）稳定性检算：当跨度为28.32m，单端单排钢管柱最大墩身高度为26m，钢管柱最大高度L21.69m，绕X轴弯曲时的长细比：= h/i=21690/218.53=99.25=150整体稳定性安全系数：1.51，该截面距离构件顶端21.69m，考虑到安全系数偏低，且钢管柱较高，为确保施工安全，在实际施工中按照设置两排钢管柱进行施工，以使其稳定性满足要求。

24、2.2.7、基础承载力计算从以上单排及双排钢管柱所承担荷载情况进行比较可知，单排钢管柱单根钢管柱所承受荷载最大，因此以最不利情况进行分析计算如下：钢管柱安放在混凝土基础上，根据以上计算每根钢管柱承受最大荷载分别为1102.41kN、830.96kN、1243.21kN、647.35kN、1243.21kN、830.96kN、1102.41kN。单根15.26m长钢管重量为：15.26m182.89Kg/m10/1000=27.91kN 单根钢管柱底部钢板尺寸为0.80.8m，则底部受力面积为：0.80.8=0.64m2则单根钢管柱钢板下最大压应力为：P=(N+G)/A =（1243.21+27.91）/0.64 =1986.1KPa1.99MPa结论：由于钢管柱通过钢板支撑于采用C30混凝土浇筑的承台顶面，上述压应力作用下，承台结构强度能够完全满足施工需要。中铁五局（集团）有限公司贵广铁路工程指挥部第 24 页 共 24 页