主索鞍門架計(jì)算書

馬普托大橋索塔門架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書第一章工程簡介一、工程概況莫桑比克擬建項(xiàng)目為首都馬普托市向南去往南非與莫桑比克南部Casacommercial邊界口岸的干線公路。項(xiàng)目起點(diǎn)位于馬普托市區(qū)EN2道路起點(diǎn)南約100m，終點(diǎn)位于馬普托灣南岸Catembe鎮(zhèn)附近，全長4.434公里，包含馬普托大橋北接線、馬普托大橋、馬普托大橋南接線三部分。主塔采用門型塔、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，KATEMBE岸塔高132.1m；橋塔設(shè)上、下兩道橫梁，塔身、橫梁均采用四邊形空心截面；塔身截面縱向塔寬7m，橫橋向?qū)?m；上塔柱縱向壁厚為1.0m，下塔柱為1.2m，在倒角處加厚至1.8m；上塔柱橫向壁厚為0.8m，下塔柱為1.0m，在倒角處加厚至1.4m。塔柱分承臺(tái)之間通過系梁連接，分承臺(tái)平面尺寸21.45×15.7m，厚度5m，承臺(tái)頂標(biāo)高3.1m；系梁尺寸為5m（寬）×5m（高）×7.896m（長）；承臺(tái)頂設(shè)置2m高的塔座，上口尺寸8×10m，下口尺寸12×14m。主索鞍鞍體采用全鑄型結(jié)構(gòu)。鞍體下設(shè)不銹鋼板-聚四氟乙烯板滑動(dòng)副，以適應(yīng)施工中的相對(duì)移動(dòng)。塔頂主纜中心線理論交點(diǎn)到主索鞍底混凝土面的距離為2.5m。鞍槽底最低處豎彎半徑為5.2m。為增加主纜與鞍槽間的摩阻力，并方便索股定位，鞍槽內(nèi)設(shè)豎向隔板，在索股全部就位并調(diào)股后，在頂部用鋅質(zhì)填塊填平，再將鞍槽側(cè)壁用螺栓夾緊。塔頂設(shè)有格柵，以安裝主索鞍。格柵懸出塔頂以外，以便安置控制鞍體移動(dòng)的千斤頂，鞍體就位后將格柵的懸出部分割除。為減輕吊裝運(yùn)輸重量，將鞍體分成兩半，吊至塔頂后用高強(qiáng)度螺栓拼接。半鞍體吊裝重量不超過35t。主索鞍采用懸臂門架來進(jìn)行吊裝操作。主索鞍各部件經(jīng)車輛運(yùn)輸后到達(dá)索塔底部指定位置，利用懸臂門架和提升系統(tǒng)進(jìn)行吊裝，然后在索塔頂組裝。主索鞍制作工藝主要有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：1）鑄造工藝：索鞍鑄件的模型應(yīng)采用整體模型；鑄件的砂型應(yīng)該是干燥型或自硬型；鋼水應(yīng)取樣分析保證精煉純凈；澆口系統(tǒng)采用高強(qiáng)度的耐火釉磚做澆口系統(tǒng)；澆注完成的鑄件應(yīng)緩慢冷卻；鑄件清砂后，應(yīng)按GB6414對(duì)鑄件尺寸與形狀進(jìn)行檢查。2）焊接工藝：在鑄焊結(jié)合的主索鞍中，除鞍頭外，其余零部件大多為焊接件，工件多次加熱冷卻容易形成較大的殘余應(yīng)力，產(chǎn)生冷、熱裂紋等缺陷，因此，要求焊接前首先要做好工藝評(píng)定。3）無損探傷檢測(cè)：在任何一個(gè)鑄件完成之后，都要進(jìn)行無損探傷。4）缺陷的修補(bǔ)：對(duì)于鑄鋼件和焊接結(jié)構(gòu)的超標(biāo)缺隙應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。主索鞍的安裝在塔頂門架安裝完成之后進(jìn)行，主要步驟如下：1）鞍體吊裝用臨時(shí)吊環(huán)，按使用方便的要求由鞍座制造廠商進(jìn)行預(yù)設(shè)，但其必須滿足有關(guān)受力要求；2）主索鞍格柵及頂推架安裝完成，待所有后澆主塔混凝土達(dá)到100%強(qiáng)度后，才能架設(shè)塔頂鞍座。格柵內(nèi)混凝土應(yīng)保證震搗密實(shí)。；3）施工中鞍體相對(duì)于底座的移動(dòng)，借助設(shè)在塔頂?shù)呐R時(shí)千斤頂分幾次有控制地推動(dòng)。到達(dá)規(guī)定移動(dòng)量后，用夾件鎖緊。應(yīng)控制由于加勁梁安裝使主索鞍兩側(cè)主纜拉力的水平分力之差，不大于主塔所能承受的水平力。；4）主索鞍施工完成后，應(yīng)將懸出主塔部分的頂推架與格柵割除；5）全部索股架設(shè)完成后，各槽路用鋅質(zhì)填塊填平，然后上緊拉桿M56，拉桿拉力按50KN/級(jí)分級(jí)均勻上緊，每根拉桿最終上緊力為320KN。索鞍安裝就位位置根據(jù)設(shè)計(jì)提供的預(yù)偏量確定——鋼桁梁架設(shè)及二期橫載等施工過程中按設(shè)計(jì)和監(jiān)控提供的數(shù)據(jù)逐漸頂推到永久位置。頂推前應(yīng)確認(rèn)滑動(dòng)面的摩阻系數(shù)，嚴(yán)格掌握頂推量，確保施工安全。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主索鞍門架的設(shè)計(jì)主要考慮索塔頂水平面尺寸、索鞍吊裝方式、索鞍運(yùn)輸方式，運(yùn)輸車輛?？课恢?，索鞍本身大小尺寸，索股入鞍操作，吊裝角度，索塔施工過程中留下的施工平臺(tái)伸出尺存，空纜線形，滑輪組運(yùn)行時(shí)所占空間高度等因素，綜合考慮。門架結(jié)構(gòu)采用HW400X400以及C28a型鋼組合，順橋向長度15.2m，懸臂長6.7m，單個(gè)門架橫橋向2片，頂部槽鋼接合，底部與預(yù)埋鋼板焊接，橫橋向從頂部伸出斜撐支撐到上橫梁橫隔板位置，改善門架穩(wěn)定性。門架頂設(shè)有工作平臺(tái)。主索鞍門架布置圖第二章計(jì)算參考資料一、計(jì)算目的為了保證主索鞍門架在施工中的安全可靠，特對(duì)投入該施工的門架從強(qiáng)度、鋼度和穩(wěn)定性等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。二、計(jì)算依據(jù)1、業(yè)主、設(shè)計(jì)院提供的該項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)資料；2、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2011）—人民交通出版社；3、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）—中國建筑工業(yè)出版社；4、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025－86）人民交通出版社；5、《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》，中國建筑工業(yè)出版社。6、《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD-2004）人民交通出版社7、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）三、計(jì)算參數(shù)確定按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》取值：型鋼材料牌號(hào)最大厚度mmm抗拉、彎、壓強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值值Mpaa抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值值MpaaHW400×4400Q34521295170C28aQ23512.5215125C16a10四、荷載及荷載組合1、荷載類型①、支架結(jié)構(gòu)自重：按實(shí)際結(jié)構(gòu)自重計(jì)算，程序自動(dòng)計(jì)入；②、主索鞍最大吊裝重量按照40t計(jì)入；③、動(dòng)、定滑車組、起吊鋼絲繩、滑車等重量按照10t計(jì)入；④、對(duì)比索夾安裝、索纜吊和索股入鞍調(diào)整的受力情況，可知索股入鞍調(diào)整為最不利情況，現(xiàn)以索股鞍調(diào)整為控制計(jì)算。索股入鞍調(diào)整單根提起所產(chǎn)生的作用比空纜高度高3.0m計(jì)算。計(jì)算采用拋物線模型，主纜自重簡化換算成延跨徑水平向均布，主纜計(jì)算圖示如下：通過拋物線幾何性質(zhì)以及推演可得纜索支點(diǎn)水平力和豎向力分別為：，，H、V方向同坐標(biāo)系正向?yàn)檎▁坐標(biāo)方向?yàn)樗窖痈唿c(diǎn)指向低點(diǎn)，y坐標(biāo)方向?yàn)樨Q直向下）其中：纜索索股端頭水平力纜索索股端頭豎向力纜索索股簡化換算跨徑水平向自重集度，本跨纜索索股重量與跨徑的比值；跨徑纜索最大垂度（比空纜時(shí)高3m）纜索支點(diǎn)高度差計(jì)算結(jié)果如下表表:項(xiàng)目橋跨單位MAPUTO邊邊跨中跨KATEMBEE邊跨單根長度283.1500696.0722305.3388m簡化前重量集度度1.2761.2761.276t/m股數(shù)919191股單根股重3.9729.7634.283t空纜最大垂度8.72558.62710.339m跨徑L258.6244683.0533282.3900m單根股簡化集度度q15.35614.29415.166kg/m計(jì)算用最大垂度度f5.72555.6277.339m纜索支點(diǎn)高度差差c114.22220.000113.8211m水平力HA-22.4288-14.9866-20.5999t水平力HB22.42814.98620.599t豎向力VA-11.8911-4.882-10.4444t豎向力VB7.919-4.8826.161t計(jì)算時(shí)取水平力力和豎向力力最大值分分別為：中跨取H=155t、V=5t；MAPUUTO邊跨取H=233t、V=122t；KATEEMBE邊邊跨取H=211t，V=111t。根據(jù)作用用力反作用用力原理，索股股端受到力等值值反向作用用于索鞍支支架之上。⑤、承臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)通過過轉(zhuǎn)向輪和和牽引鋼絲絲對(duì)門架施加的的作用：對(duì)于主索鞍吊裝裝，索鞍吊重重40t依靠承臺(tái)上上2臺(tái)10t牽引力卷卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行行作業(yè)，動(dòng)動(dòng)滑輪組承承重繩段數(shù)數(shù)4，共8段，故，卷揚(yáng)機(jī)機(jī)抬吊動(dòng)力為為5t，計(jì)入可能的的摩擦，每每臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)機(jī)取6t，共12t力通過兩個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)向輪作作用于門架架。對(duì)于索股入鞍，根據(jù)荷載類型④，計(jì)算的索端的拉力如下表索塔位置索股拉力t邊跨中跨Maputo側(cè)側(cè)25.38515.761Katembee側(cè)23.09515.761考慮動(dòng)滑輪組承承重繩段數(shù)和摩摩擦，同時(shí)時(shí)偏安全考慮慮，取最大大值進(jìn)行計(jì)計(jì)算，拉力力取邊跨7t和中跨5t。分別作用用于門架頂順橋向跨跨度的兩側(cè)側(cè)。⑥、風(fēng)荷載：橋位區(qū)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)風(fēng)速為35.8mm/s根據(jù)風(fēng)荷載計(jì)算算公式，其其中，,,,其余參數(shù)數(shù)查表，可可得數(shù)值如如下：參數(shù)取值單位Z137.1000mγ0.012kN/m3k21.730k51.380V1035.800m/sVd85.469m/sg9.810m/s2Wd4.413k00.750k10.850k31.000Awh28.166㎡Fwh79.244kNFwh/Awhh2.813kN/㎡計(jì)算得出迎風(fēng)面面風(fēng)荷載如如表：.構(gòu)件寬度cm延米風(fēng)壓kN//mHW400X4400401.125C28a280.788⑦、施工人群荷載：：按照2kN/m2計(jì)算，作作用于施工平臺(tái)上上⑧、門架頂牽引用用卷揚(yáng)機(jī)重重量按照22t每臺(tái)考慮慮，共兩臺(tái)。主主索鞍抬吊吊時(shí)設(shè)置于于架頂邊跨跨端；索股股入鞍時(shí)分分設(shè)置于主跨端和邊邊跨端。2、工況及荷載組組合根據(jù)承載能力極極限狀態(tài)設(shè)設(shè)計(jì)方法，荷載載效應(yīng)的設(shè)設(shè)計(jì)值等于于對(duì)應(yīng)各種種荷載的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值或者者代表值乘乘以一定的的分項(xiàng)系數(shù)數(shù)和組合系系數(shù),然后再考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)的重要性性乘以重要要性系數(shù)，列列表如下：：荷載編號(hào)名稱類型分項(xiàng)系數(shù)組合系數(shù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)數(shù)①支架結(jié)構(gòu)自重永久荷載1.20.9②主索鞍最大吊重可變荷載1.40.9③滑輪組及鋼索等等可變荷載1.40.9④索股入鞍可變荷載1.40.9⑤卷揚(yáng)機(jī)牽引力可變荷載1.40.9⑥風(fēng)荷載可變荷載1.10.80.9⑦施工人群可變荷載1.40.80.9⑧天車牽引卷揚(yáng)機(jī)機(jī)重永久荷載1.20.9組合系數(shù)取規(guī)范范中僅車輛輛荷載和其其他1個(gè)可變荷載載共同作用情情況的0..8，偏安全全考慮。卷揚(yáng)揚(yáng)機(jī)與吊裝裝重量或者者索股入鞍鞍重量聯(lián)動(dòng)動(dòng)，作為主主要可變荷荷載，系數(shù)1.4，不列入組合。(1)、工況一：：主索鞍吊裝裝荷載組合：0..9(1.2(①+⑧)+1.4(②+③+⑤)+0.8(1.1⑥+1.4⑦))(2)、工況二：：主纜索股入鞍 荷載組合：0..9(1.2(①+⑧)+1.4((③+④+⑤)+0.88(1.1⑥+1.4⑦))3、計(jì)算內(nèi)容、方法法(1)、主索鞍門門架采用midaas程序進(jìn)行行計(jì)算，進(jìn)行三維維空間建模模，并對(duì)各各種桿件賦賦予各自材材料特性。主索鞍門架計(jì)算算模型第三章主索鞍鞍門架計(jì)算算一、主索鞍吊裝主索鞍吊裝過程程吊點(diǎn)位置置在支架頂是是不斷移動(dòng)動(dòng)的過程，因因此針對(duì)移動(dòng)過過程，分5個(gè)位置進(jìn)行行計(jì)算，如下下圖：主索鞍吊裝移動(dòng)動(dòng)過程中5個(gè)計(jì)算位置置示意圖主索鞍吊裝利用用承臺(tái)上的兩兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)機(jī)通過成臺(tái)臺(tái)上以及門門架頂?shù)霓D(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪，將將起吊鋼絲絲繩與滑車車、滑輪組組等相連。如下下圖所示：起吊構(gòu)件連接示示意作用位置1計(jì)算算結(jié)果：最大組合應(yīng)力1168.88MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力13.6MPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力33.88MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPa，滿足要求求最大組合位移119.9mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)21.004＞4，滿足要求求作用位置2計(jì)算算結(jié)果：最大組合應(yīng)力1162.00MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力9.42MPaa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力33.55MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.6mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)24.557＞4，滿足要求求作用位置3計(jì)算算結(jié)果：最大組合應(yīng)力1152.55MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力7.033MPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力34.4MPaa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.3mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)26.668＞4，滿足要求求作用位置4計(jì)算算結(jié)果：最大組合應(yīng)力1142.88MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力6.611MPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力38.11MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.2mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)11.442＞4，滿足要求求作用位置5計(jì)算算結(jié)果：最大組合應(yīng)力1140.66MPa＜215MPa，滿足要求求.桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力6.233MPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力37.88MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.2mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)8.5886＞4，滿足要求求作用位置2—77,計(jì)算內(nèi)容跟跟上述一樣樣，結(jié)果列列表如下：：主索鞍吊裝計(jì)算算結(jié)果作用位置組合應(yīng)力y向剪應(yīng)力z向剪應(yīng)力變形穩(wěn)定性系數(shù)MPamm12345二、夾索入鞍計(jì)算夾索入鞍分3種種情況：1中跨+邊跨；2僅中跨；3僅邊跨。中跨、邊跨索股股入鞍受力位置示意圖圖1．中跨+邊跨計(jì)算算結(jié)果：最大組合應(yīng)力1147.11MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力18.9MPPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力17.6MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.5mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)19.773＞4，滿足要求求2．僅中跨計(jì)算結(jié)結(jié)果：最大組合應(yīng)力1156.55MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力10.8MPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力17.6MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.8mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)30.899＞4，滿足要求求3．僅邊跨計(jì)算結(jié)結(jié)果：最大組合應(yīng)力1139.44MPa＜215MPa，滿足要求求桿件坐標(biāo)系最大大y向剪應(yīng)力力16.0MPa桿件坐標(biāo)系最大大z向剪應(yīng)力力16.11MPa綜上y、z向最最大剪應(yīng)力力組合值＜125MPPa，滿足要求求最大組合位移118.1mmm，滿足要求求整體屈曲分析，一一階模態(tài)的的臨界系數(shù)數(shù)6.0556＞4，滿足要求求十五、主要焊縫計(jì)算算節(jié)點(diǎn)板焊縫對(duì)接焊縫要求與與母材等強(qiáng)強(qiáng)度，其強(qiáng)強(qiáng)度采用構(gòu)構(gòu)造措施予予以保證。因因此無需驗(yàn)驗(yàn)算對(duì)接焊焊縫強(qiáng)度，僅僅驗(yàn)算槽鋼鋼桿件與節(jié)節(jié)點(diǎn)板間焊焊縫強(qiáng)度。由以上上型鋼支架架計(jì)算可知知，最大軸軸力435..7KN，彎矩3.6KKN·m。焊縫采采用雙面圍圍焊，焊腳腳尺寸10mm。Lf==(k×NN)/(22×hf[[τ])=((0.7××435..7×1003)/((2×100×85))=179.4mmm即焊縫長度大于于179..4mm則滿足要要求。取200mmm焊縫長度度作為節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板標(biāo)準(zhǔn)。C10槽鋼分配配梁和拱盔盔間焊縫根據(jù)midass計(jì)算模型型，靠近拱拱腳位置c10槽鋼分配梁梁收到的切切線方向的的分力越大大，因此，去去拱腳位置置c10槽鋼鋼計(jì)算。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范范正面角焊縫滿足足：取計(jì)算得到因此C10分配梁和拱拱盔間縱橋橋向焊縫長長度取20cm。第四章下橫梁托架結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)成果果匯總及結(jié)結(jié)論一、設(shè)計(jì)成果