m鋼桁梁頂推施工計(jì)算過程

1、中南部鐵路通道96m跨鋼桁梁安裝過程計(jì)算2011年11月一、 工程概況計(jì)算依據(jù)：2.1、基本數(shù)據(jù)鋼桁梁施工圖設(shè)計(jì)圖鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.2-2005 中華人民共和國鐵道部；二、 鋼桁梁安裝方案圖一 施工總布置圖鋼桁梁安裝采用頂推方案架設(shè)。首先，施工鋼桁梁頂推滑道，安裝滑塊（位置為鋼桁梁節(jié)點(diǎn)位置，前期作為鋼桁梁拼裝抄墊墊塊，后期作為鋼桁梁頂推滑塊）。在墊塊上拼裝鋼桁梁，安裝鋼桁梁頂推設(shè)備。施工采用連續(xù)千斤頂拖拉鋼絞線，從112墩拖拉至111墩。鋼桁梁起頂，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，鋼桁梁從滑塊轉(zhuǎn)換到正式支座上，完成鋼桁梁架設(shè)。三、 鋼桁梁安裝計(jì)算鋼桁梁安裝計(jì)算采用有限元分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，

2、分為269個(gè)節(jié)點(diǎn)，713個(gè)單元。通過分步安裝計(jì)算來完成鋼桁梁頂推計(jì)算，在計(jì)算的過程中未考慮由于施工支架變形引起的變化。鋼桁梁桿件主要應(yīng)力取值：弦桿200Mpa，腹桿桿200Mpa安裝工況計(jì)算：一）工況1計(jì)算結(jié)果（在支架上拼裝）圖二 工況1布置圖圖三 工況1鋼桁梁反力（t）各節(jié)點(diǎn)反力如下：49.7t 104.3t 100.7t 95.4t 98.4t 95.4t 100.7t 104.3t 49.7t圖四 鋼桁梁變形（mm）結(jié)構(gòu)變形：1mm圖五 鋼桁梁應(yīng)力圖（單位：MPa）結(jié)構(gòu)應(yīng)力: 最大值13Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。二） 工況2計(jì)算結(jié)果（頂推一個(gè)節(jié)間）圖六 工況二布

3、置圖圖七 鋼桁梁反力（t）各節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)反力：173.0t 91.8t 91t 96.8t 95.1t 99.9t 104.9t 46t圖八 鋼桁梁變形圖（mm）結(jié)構(gòu)變形：最大變形1mm圖九 鋼桁梁應(yīng)力圖（MPa）結(jié)構(gòu)應(yīng)力：最大應(yīng)力15Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況3、頂推2個(gè)節(jié)間結(jié)構(gòu)反力： 324.8t 57.4t 89.2t 92.8t 96.1t 108.2t 26.1t結(jié)構(gòu)變形：前端最大豎向位移-10mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力:腹桿最大應(yīng)力為-32Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況4、頂推3個(gè)節(jié)間處于懸臂狀態(tài)兩側(cè)上臨時(shí)支墩，其中左側(cè)鋼桁梁位于臨時(shí)支墩中心位

4、置，右側(cè)鋼桁梁剛上臨時(shí)支墩，兩側(cè)未支撐。結(jié)構(gòu)反力： 494.8t 47.8t 91.3t 90.1t 74.5t結(jié)構(gòu)位移：前端最大豎向位移-31mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力：腹桿最大應(yīng)力為-61Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況5、頂推3個(gè)節(jié)間處于支撐狀態(tài)兩側(cè)上臨時(shí)支墩，其中左側(cè)鋼桁梁位于臨時(shí)支墩中心位置，右側(cè)鋼桁梁剛上臨時(shí)支墩，兩側(cè)同時(shí)支撐。結(jié)構(gòu)反力： 151.0t 203.2t 94.3t 95.6t 100.5t 104.3t 49.3t結(jié)構(gòu)位移：最大豎向位移為-3mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力： 腹桿最大應(yīng)力為-31Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況6、支架C支撐狀態(tài)發(fā)生變化

5、在支架B上鋼桁梁位置不變，支架C上鋼桁梁支撐位置后移1個(gè)節(jié)間。結(jié)構(gòu)反力： 197t 262t 87t 101t 105t 47t結(jié)構(gòu)變形：最大豎向位移為-6mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力：腹桿最大應(yīng)力為-46Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況7、鋼桁梁在支架B上頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E2節(jié)點(diǎn)，右側(cè)支撐在E0節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E8/6/4/2/0,結(jié)構(gòu)反力： 199t 257t 87t 101t 105t 48T261.5t 198t 90t 100t 104t 45T結(jié)構(gòu)變形：最大豎向位移為-6mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力：腹桿最大應(yīng)力為45Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況8、

6、鋼桁梁在支架B上繼續(xù)頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E2節(jié)點(diǎn)，右側(cè)支撐在E2節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E6/4/2/0,結(jié)構(gòu)反力： 306t 254t 91.6t 106.5t 40.3t結(jié)構(gòu)變形：前端最大豎向位移為-7mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力：腹桿最大應(yīng)力-47Mpa，弦桿最大應(yīng)力-13Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況9、鋼桁梁在支架B上繼續(xù)頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E4節(jié)點(diǎn)，右側(cè)支撐在E2節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E6/4/2/0,結(jié)構(gòu)反力： 332.8t 240.5t 89.6t 106.3t 29.1t 363.8t 189.8t 95.1t 108.1t 41.6t 結(jié)構(gòu)變形：最大豎向變形為-

7、7mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力： 腹桿最大應(yīng)力為-46Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況10、鋼桁梁在支架B上繼續(xù)頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E4節(jié)點(diǎn)，右側(cè)支撐在E4節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E4/2/0,結(jié)構(gòu)反力：430.8t 251.5t 105.4t 10.6t結(jié)構(gòu)變形：最大豎向變形為-8mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力： 腹桿最大應(yīng)力為-43Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況11、鋼桁梁在支架B上繼續(xù)頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E6節(jié)點(diǎn)，右側(cè)支撐在E4節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E4/2結(jié)構(gòu)反力： 488.7t 232.1t 77.5t 479.7t 196t 122.7t 結(jié)構(gòu)變形：最大豎向變形為

8、-21mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力： 腹桿最大應(yīng)力為-74Mpa，弦桿最大應(yīng)力-41Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況12、鋼桁梁在支架B上繼續(xù)頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E6節(jié)點(diǎn)，右側(cè)支撐在E6節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E2，準(zhǔn)備上支架A結(jié)構(gòu)反力：598.8t 199.6t結(jié)構(gòu)變形：最大豎向變形為-30結(jié)構(gòu)應(yīng)力： 腹桿最大應(yīng)力為-64a，弦桿最大應(yīng)力-42pa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況13、鋼桁梁在支架B上繼續(xù)頂推6m，鋼桁梁左側(cè)支撐在E8點(diǎn)，右側(cè)支撐在E6節(jié)點(diǎn)，支架C上支撐E2，E0節(jié)點(diǎn)上支架A,鋼桁梁頂推到位。結(jié)構(gòu)反力： 137.2t 420.6t 240.6t 18

9、9.3t 418t 191.1t 結(jié)構(gòu)變形：最大豎向變形為-21mm結(jié)構(gòu)應(yīng)力： 腹桿最大應(yīng)力為-74Mpa，弦桿最大應(yīng)力-41Mpa結(jié)論：鋼桁梁變形、強(qiáng)度均能夠滿足頂推施工要求。工況14、頂推到位，體系轉(zhuǎn)化、拆除支架反力結(jié)果：300t 300t最大變形38mm弦桿最大應(yīng)力為48Mpa，腹桿最大應(yīng)力為51Mpa。四、 主要大臨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一）滑道梁A、D、E驗(yàn)算滑道梁的計(jì)算采用允許應(yīng)力法進(jìn)行?；懒翰捎肣345B鋼材，全焊接截面。截面如下：滑道梁橫截面（單位：mm）截面特性（單位：mm級）為了簡化計(jì)算，將滑道梁的受力簡化為簡支梁來計(jì)算，其各階段的內(nèi)力。根據(jù)前面滑道梁的計(jì)算可知，滑道梁A最所受最大外力

10、為Fa=189t（工況九）?；懒篋、E最大反力為108.7t（工況七），其各自的受力簡圖如下:滑道梁A受力（單位：t mm）Ma=FL/4=189×6/4=283.5tmQmax=189t滑道梁E受力（單位：t m）Ma=FL/4=108.8×12/4=326.4tmQmax=108.8t由上面的計(jì)算結(jié)構(gòu)可知，Mmax=326.4tm；Qmax=140.4t。最大正應(yīng)力：=M/W=326.4×107/28618441=114.1Mpa<=200Mpa=QS/Ib=140.4×104××40)=39.8MPa<=120Mp

11、a由上面的計(jì)算可知滑道梁A、D、E強(qiáng)度滿足要求。二）滑道梁B、C驗(yàn)算滑道梁采用Q345B鋼材，全焊接截面。截面如下：滑道梁橫截面（單位：mm）截面特性（單位：mm級）為了簡化計(jì)算，將滑道梁的受力簡化為簡支梁來計(jì)算，其各階段的內(nèi)力。根據(jù)前面滑道梁的計(jì)算可知，滑道梁B最所受最大外力為Fb=598.8t（工況12）?；懒篊最大反力為494.8t（工況4），其各自的受力簡圖如下:滑道梁B受力（單位：t mm）Ma=FL/4=598.8×6.45/4=965.6tmQmax=598.8t滑道梁C受力（單位：t m）Ma=FL/4=494.8×7.34=903.0tmQmax=494

12、.8t由上面的計(jì)算結(jié)構(gòu)可知，Mmax=965.6tm；Qmax=598.8t。最大正應(yīng)力：=M/W=965.6×107/64483820=149.8Mpa<=200Mpa=QS/Ib=598.8×104×37779600/(51587056000×48)=91.4MPa=100Mpa由上面的計(jì)算可知滑道梁B、C強(qiáng)度滿足要求。三）800×8支架驗(yàn)算（支架A、D、E）支架驗(yàn)算主要計(jì)算其強(qiáng)度及穩(wěn)定性，其中以穩(wěn)定性為控制條件。支架A、D、E的高度都在17m以下，為了簡化計(jì)算取其計(jì)算長度為16m。鋼管采用Q235B級鋼，鋼板轉(zhuǎn)制而成。鋼管截面特性如

13、下圖。單位：mm級=L/i=17000/280=60.7查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可知，其為B類截面，=0.8073。支架A的鋼管所受最大軸力Na=140.6t;支架D、E的鋼管所受最大軸力：N=108.4t。則其穩(wěn)定性強(qiáng)度：=N/(A)=140.6×104/(0.8073×19905)=87.5MPa<=140MPa故直徑800鋼管受力滿足要求。四）1200×12支架驗(yàn)算（支架B、C）支架驗(yàn)算主要計(jì)算其強(qiáng)度及穩(wěn)定性，其中以穩(wěn)定性為控制條件。支架B、C的高度都在16m以下，為了簡化計(jì)算取其計(jì)算長度為16m。鋼管采用Q235B級鋼，鋼板轉(zhuǎn)制而成，鋼管內(nèi)填C30砼，作為一

14、個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)受力。由于支架B會同時(shí)承受豎向力和水平力的作用。故其受力情況比較復(fù)雜，為了計(jì)算結(jié)構(gòu)的真實(shí)性，采用有限元計(jì)算軟件進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，然后根據(jù)內(nèi)容來計(jì)算其應(yīng)力。計(jì)算過程中假定填芯砼承受全部豎向力，而鋼管承受其全部的彎矩?？招匿摴芙孛嫣匦匀缦聢D。單位：mm級建立如下的結(jié)構(gòu)模型：支點(diǎn)反力圖（單位：t）各桿件軸力（t）各桿件彎矩圖（kN*m）連接系應(yīng)力圖（MPa）由上面的計(jì)算可知支架鋼管所受最大軸力為599.8t；最大彎矩為1178.1kN*m。軸力由鋼管內(nèi)砼承受，其應(yīng)力：c=N/A=599.8×104/(3.14×5882)=5.5MPa<c=14.3MPa彎矩由鋼管承受

15、，其最大應(yīng)力：=M/W=1178.1×106/13169931=89.5MPa<=140MPa連續(xù)系最大應(yīng)力為128.9MPa故支架B滿足要求。五）112#墩身驗(yàn)算由于在頂推的過程中112#墩頂會受到約120t的水平力作用，故應(yīng)對墩身進(jìn)行驗(yàn)算。墩身受力如下圖所示。驗(yàn)算其1-1面的砼受拉力應(yīng)力。建立模型計(jì)算得其最大拉應(yīng)力為0.3MPa小于允許應(yīng)力1.5MPa。滿足要求。六）基礎(chǔ)A驗(yàn)算基礎(chǔ)A最大受力為140.8t。其底面地基承載力特征值為800KPa?；A(chǔ)A的底面尺寸為2.5m×2.5m。故基礎(chǔ)A滿足要求。七）基礎(chǔ)B驗(yàn)算基礎(chǔ)B最大受力為494.8t。其底面地基承載力特征值

16、為800KPa?；A(chǔ)A的底面尺寸為4.0m×4.0m。故基礎(chǔ)B滿足要求。八）基礎(chǔ)C驗(yàn)算基礎(chǔ)C由于同時(shí)受壓及水平力的作用，其底部應(yīng)力不是均勻分布，而是三角形分布。其底面地基承載力特征值為800KPa。基礎(chǔ)A的底面尺寸為16.0m×4.0m。經(jīng)計(jì)算基礎(chǔ)C及其上部結(jié)構(gòu)自重G=410t。受豎向壓力T=552.6t。水平力為F=55t，水平力產(chǎn)生的彎矩M1=F*H=55*17=935tm。其受力如下圖所示：單位：m所愛豎向力的合力：F=T+G=962.6t合力作用點(diǎn)距基礎(chǔ)邊緣：a=（T*1.55+G*8-M1）/（T+G）=3.33m其基底受力分布如下：故基礎(chǔ)C滿足要求。九）頂推反力座計(jì)算頂推反力座結(jié)果如下圖：單位（mm）圖中F=H=70t；M=F*0.295=20.65tm。驗(yàn)算1-1截面處焊縫特性：單位（mm級）最大剪應(yīng)力：最大正應(yīng)力：故頂推反力座滿足要求。十）后錨點(diǎn)驗(yàn)算后錨點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如下圖：單位（mm）圖中F=H=70t；M=F*0.29=20.3tm。1）焊縫驗(yàn)算焊縫的截面（1-1）特性如下圖：單位（mm級）最大剪應(yīng)力：最大正應(yīng)力：故后錨點(diǎn)焊縫滿足要求。2）螺栓