(40+64+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁臨時(shí)支墩計(jì)算書

1、 (40+64+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁臨時(shí)支墩計(jì)算書目 錄一、項(xiàng)目概況1二、計(jì)算依據(jù)1三、計(jì)算荷載23.1 梁體自重不均勻23.2 8#塊混凝土澆筑不同步23.3 8#塊澆筑時(shí)掛籃移動(dòng)不同步及掛籃機(jī)具重量偏差33.4 施工材料堆放不對稱33.5水平風(fēng)荷載33.6 豎向風(fēng)荷載33.7 荷載組合3四、臨時(shí)支墩驗(yàn)算44.1 模型44.2 計(jì)算結(jié)果44.3 臨時(shí)支墩承載力驗(yàn)算54.4 臨時(shí)支墩間支撐的計(jì)算7五、臨時(shí)支墩與承臺固結(jié)驗(yàn)算75.1 局部承壓驗(yàn)算75.2 臨時(shí)支墩與承臺連接構(gòu)造建議8六、臨時(shí)支墩與梁體固結(jié)驗(yàn)算86.1 計(jì)算方法及模型86.2 荷載及邊界條件96.3 工況一a計(jì)算結(jié)果106.

2、4 工況一b計(jì)算結(jié)果146.5 工況二計(jì)算結(jié)果176.6 結(jié)果分析216.6.1 箱梁整體受力216.6.2 支墩處箱梁底板橫向受力216.6.3 支墩頂處箱梁局部承壓22七、橋墩樁基計(jì)算237.1 下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造237.2 不考慮成渝線橋墩計(jì)算237.2.1模型237.2.2 計(jì)算結(jié)果247.3 考慮成渝線橋墩計(jì)算257.3.1模型257.3.2 計(jì)算結(jié)果25八、結(jié)論及建議278.1結(jié)論278.2建議27一、項(xiàng)目概況 (40+64+40)m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，采用掛籃懸臂澆筑施工。該梁部為變截面箱梁，設(shè)有2個(gè)T構(gòu)，每個(gè)T構(gòu)設(shè)有1個(gè)0#塊和7個(gè)懸澆節(jié)段，0#塊梁高5.3米，合龍段以及邊跨現(xiàn)澆

3、段梁高為2.9米，梁體高度自懸臂根部至6#段端截面按二次拋物線變化。該段連續(xù)梁下部主墩為圓端形實(shí)體墩，墩身高度均為3米。橋梁合龍順序?yàn)橄冗吙绾笾锌?，最終完成體系轉(zhuǎn)換調(diào)整成橋內(nèi)力。橋梁合龍前，梁體固結(jié)于臨時(shí)墩身上，待中跨合龍后拆除臨時(shí)支墩。臨時(shí)支墩設(shè)于主墩兩側(cè)，支墩采用鋼管混凝土截面，直徑1m，鋼管壁厚12mm，鋼管內(nèi)混凝土采用C40混凝土。每個(gè)0#塊下設(shè)四根鋼管混凝土支墩，縱向間距5m，橫向間距5m。圖1 臨時(shí)支墩示意圖本次計(jì)算包括臨時(shí)支墩的強(qiáng)度、穩(wěn)定驗(yàn)算及支墩與承臺、0#塊混凝土的連接計(jì)算、局部承壓計(jì)算等內(nèi)容。二、計(jì)算依據(jù)1、鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范TB10002.1-20052、鐵路橋涵鋼筋混

4、凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.3-20053、鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.4-20054、鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.5-20055、鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（剛構(gòu)）懸灌澆注施工技術(shù)指南TZ324-20106、鐵路橋涵施工規(guī)范TB10203-20027、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程CECS28:908、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001(2006年版)9、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-200310、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002三、計(jì)算荷載橋梁對稱懸臂澆筑到最大懸臂狀態(tài)時(shí)，T構(gòu)受施工荷載、風(fēng)荷載等的影響，此時(shí)臨時(shí)支墩受力最不利，

5、故計(jì)算以最大懸臂狀態(tài)為基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算荷載工況包括：1）梁體自重不均勻2）8#塊混凝土澆筑不同步3）8#塊澆筑時(shí)掛籃移動(dòng)不同步及掛籃、施工機(jī)具重量偏差4）施工材料堆放不對稱5）水平風(fēng)荷載6）豎向風(fēng)荷載3.1 梁體自重不均勻梁體混凝土容重取26.5kN/m3，考慮梁體自重不均勻，1#7#超重5%，1#7#自重減少5%，即1#7#塊容重取27.825 kN/m3，1#7#塊容重取25.185 kN/m3。3.2 8#塊混凝土澆筑不同步邊跨合龍段8#塊混凝土重量為51.15t，本橋?yàn)橄群淆堖吙?，后合龍中跨，所以加載時(shí)將邊跨合龍段混凝土重量加在T構(gòu)上，中跨合龍段不加載。3.3 8#塊澆筑時(shí)掛籃移

6、動(dòng)不同步及掛籃機(jī)具重量偏差邊跨合龍時(shí)邊跨掛籃前進(jìn)一節(jié)段，中跨掛籃不移動(dòng)，掛籃及機(jī)具重量取550kN。考慮掛籃、施工機(jī)具重量偏差，左側(cè)掛籃機(jī)具重乘以1.2，右側(cè)掛籃機(jī)具重乘以0.8。3.4 施工材料堆放不對稱考慮梁體上堆放工具材料，左側(cè)懸臂作用有10kN/m均布荷載，右側(cè)懸臂空載。3.5水平風(fēng)荷載根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范TB10002.1-2005第4.4.1條，風(fēng)荷載強(qiáng)度：基本風(fēng)壓值風(fēng)載體型系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)地形地理?xiàng)l件系數(shù)故支點(diǎn)處梁體風(fēng)荷載大?。嚎缰刑幜后w風(fēng)荷載大小：計(jì)算T構(gòu)風(fēng)荷載效應(yīng)時(shí)，分左右懸臂均加載和只加一側(cè)分別計(jì)算，取最不利情況。3.6 豎向風(fēng)荷載風(fēng)荷載強(qiáng)度仍取，豎向風(fēng)荷載大小為：

7、考慮不對稱加載，即左側(cè)風(fēng)荷載向下，右側(cè)風(fēng)荷載向上。3.7 荷載組合按最不利情況，參考鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，荷載組合為：組合一：1.2×(1)+1.4×(2)+(3)+(4)+ 1.4×0.7×(5)組合二：1.2×(1)+1.4×(2)+(3)+(4)+ 1.4×0.7×(6)四、臨時(shí)支墩驗(yàn)算4.1 模型采用MIDAS/CIVIL建立空間模型，用空間梁單元模擬主梁及臨時(shí)支墩，將上述荷載分別施加在T構(gòu)上，并按荷載組合計(jì)算支墩的受力情況。圖2 T構(gòu)有限元模型圖 4.2 計(jì)算結(jié)果計(jì)算得到在組合一

8、及組合二作用下四根臨時(shí)支墩的內(nèi)力如下表：表1 臨時(shí)支墩內(nèi)力計(jì)算表單元荷載位置軸向kN剪力-ykN剪力-zkN剪力合成kN扭矩kN*m彎矩-ykN*m彎矩-zkN*m彎矩合成kN*m1組合一(最大)I-12005.2 -28.1 -173.6 175.9 0.9 -753.1 -88.4 758.3 1J-12139.8 -28.1 -173.6 175.9 0.9 228.4 100.1 249.4 2I-13047.4 -28.0 -145.4 148.1 0.9 -679.9 -88.0 685.6 2J-13182.0 -28.0 -145.4 148.1 0.9 155.2 99.8

9、184.5 3I-750.5 18.1 176.0 177.0 1.1 319.0 33.3 320.7 3J-885.1 18.1 176.0 177.0 1.1 -517.2 52.1 519.8 4I-1630.6 18.1 203.8 204.6 1.1 391.1 33.4 392.6 4J-1765.2 18.1 203.8 204.6 1.1 -589.3 52.1 591.6 1組合一(最小)I-12028.7 -44.6 -203.9 208.7 -23.4 -831.9 -131.9 842.3 1J-12163.3 -44.6 -203.9 208.7 -23.4 149

10、.6 58.0 160.4 2I-13070.9 -44.5 -175.8 181.3 -23.4 -758.8 -131.6 770.1 2J-13205.5 -44.5 -175.8 181.3 -23.4 76.4 57.7 95.7 3I-790.7 -24.9 145.6 147.7 -23.3 239.8 -77.1 251.9 3J-925.3 -24.9 145.6 147.7 -23.3 -596.4 -60.8 599.5 4I-1670.8 -24.8 173.3 175.1 -23.3 311.9 -77.1 321.3 4J-1805.4 -24.8 173.3 17

11、5.1 -23.3 -668.5 -60.8 671.3 1組合二I-12453.9 -1.8 -173.4 173.4 1.1 -771.5 -21.9 771.8 1J-12588.5 -1.8 -173.4 173.4 1.1 130.2 -12.4 130.7 2I-13605.6 -1.7 -176.1 176.1 1.1 -778.5 -21.6 778.8 2J-13740.2 -1.7 -176.1 176.1 1.1 137.2 -12.7 137.8 3I-243.0 1.8 176.1 176.1 1.1 300.2 -9.7 300.4 3J-377.6 1.8 176

12、.1 176.1 1.1 -615.3 -18.8 615.6 4I-1199.9 1.8 173.4 173.4 1.1 293.4 -9.7 293.5 4J-1334.5 1.8 173.4 173.4 1.1 -608.4 -18.9 608.7 4.3 臨時(shí)支墩承載力驗(yàn)算（1）軸力最大工況根據(jù)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程CECS28:90，對鋼管混凝土單肢柱的承載力進(jìn)行驗(yàn)算。由表1可知，4根臨時(shí)支墩均未出現(xiàn)受拉，2#臨時(shí)支墩在組合二作用下受力最不利，故對其進(jìn)行驗(yàn)算，其設(shè)計(jì)內(nèi)力如下：軸心受壓短柱的承載力（不考慮套箍效應(yīng)） 偏心距鋼管內(nèi)半徑，柱的計(jì)算長度，考慮長細(xì)比影響的折減系數(shù)：，考慮

13、偏心影響的折減系數(shù)：故鋼管混凝土單肢柱的承載力為：，滿足規(guī)范要求。（2）彎矩最大、軸力最小工況彎矩最大、軸力最小工況設(shè)計(jì)內(nèi)力如下：軸心受壓短柱的承載力（不考慮套箍效應(yīng)） 偏心距鋼管內(nèi)半徑，柱的計(jì)算長度，考慮長細(xì)比影響的折減系數(shù)：，考慮偏心影響的折減系數(shù)：故鋼管混凝土單肢柱的承載力為：，滿足規(guī)范要求。4.4 臨時(shí)支墩間支撐的計(jì)算根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，兩柱間支撐力按下式計(jì)算：臨時(shí)支墩間支撐桿件截面為I25a，則：，滿足規(guī)范要求。五、臨時(shí)支墩與承臺固結(jié)驗(yàn)算5.1 局部承壓驗(yàn)算設(shè)計(jì)只采用3025鋼筋與鋼管焊接，沒有設(shè)置局部承壓構(gòu)造，臨時(shí)支墩對承臺的局部壓力應(yīng)力集中現(xiàn)象不能擴(kuò)散。這樣混凝土局部應(yīng)力大小為：

14、，超過了局部承壓容許應(yīng)力，不滿足鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。（其中為軸力標(biāo)準(zhǔn)值最大值，C40混凝土局部承壓容許應(yīng)力為10.8MPa，局部承壓安全系數(shù)按規(guī)范取K=2.0。）5.2 臨時(shí)支墩與承臺連接構(gòu)造建議因?yàn)槌信_與橋墩均已澆筑完畢，故臨時(shí)支墩與承臺的固結(jié)構(gòu)造可采用如下方式：先將橋墩兩邊墊塊鑿除（鑿除范圍為每個(gè)臨時(shí)支墩下取3米長，鑿除時(shí)注意保護(hù)橋墩及橋墩鋼筋），在承臺上澆筑一墊塊（3m長×2m寬×1.5m高），墊塊通過植筋與承臺澆筑成整體。墊塊里布置局部承壓鋼筋網(wǎng)片，墊塊里預(yù)埋鋼筋與臨時(shí)支墩澆筑成整體，臨時(shí)支墩鋼管下設(shè)一圈鋼板（設(shè)錨筋）來擴(kuò)散鋼管傳遞下

15、來的軸力。假設(shè)墊塊中設(shè)縱橫10120mm鋼筋網(wǎng)片（HRB335），設(shè)置10層，間距s=80mm，則，滿足。六、臨時(shí)支墩與梁體固結(jié)驗(yàn)算6.1 計(jì)算方法及模型本橋上部結(jié)構(gòu)為混凝土箱梁，臨時(shí)支墩支撐處并不處于支點(diǎn)實(shí)體段，而是距支點(diǎn)2.5m處。由于支墩的支撐反力作用，箱梁底板受到橫向彎曲，與箱梁縱向受力耦合，屬于三向受力區(qū)域。為了模擬箱梁的真實(shí)受力狀況，需建立精確的三維實(shí)體模型，對箱梁進(jìn)行詳細(xì)的受力及變形分析，基于分析結(jié)果來評估臨時(shí)支墩與梁體固結(jié)構(gòu)造的安全、可靠性。采用大型有限元軟件ANSYS建立空間實(shí)體模型，用SOLID45單元模擬混凝土，用SHELL63殼單元模擬臨時(shí)支墩的鋼管，模型共分67030

16、個(gè)單元，43794個(gè)節(jié)點(diǎn)。梁體模型只建出0#塊和1#塊，共18m長，有限元模型見下圖。圖3 有限元模型圖6.2 荷載及邊界條件根據(jù)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，采用容許應(yīng)力法對梁體進(jìn)行驗(yàn)算，故計(jì)算時(shí)荷載均采用標(biāo)準(zhǔn)值，考慮的荷載工況包括：組合一a：(1)+(2)+(3)+(4)+(5)（橫向風(fēng)力作用于全跨）組合一b：(1)+(2)+(3)+(4)+(5)（橫向風(fēng)力作用于半跨）組合二：(1)+(2)+(3)+(4)+(6)由于梁體模型只建出1#塊，故首先通過整體模型（4.1節(jié)）計(jì)算得到上述各荷載組合下的梁單元內(nèi)力邊界，再反加在整體模型兩端，這樣可與整體模型等效。根據(jù)圣維南原理，這樣

17、做只對1#塊端部小范圍內(nèi)的應(yīng)力稍有影響，對0#塊應(yīng)力及變形的影響可忽略。位移邊界條件為：四個(gè)臨時(shí)支墩底部與承臺頂固結(jié)，可認(rèn)為是固端約束。6.3 工況一a計(jì)算結(jié)果圖4 X向正應(yīng)力（kPa）圖5 Y向正應(yīng)力（kPa）圖6 Z向正應(yīng)力（kPa）圖7 YZ向剪應(yīng)力（kPa）圖8 XZ向剪應(yīng)力（kPa）圖9 第一主應(yīng)力（主拉應(yīng)力，kPa）圖10 第三主應(yīng)力（主壓應(yīng)力，kPa）6.4 工況一b計(jì)算結(jié)果圖11 X向正應(yīng)力（kPa）圖12 Y向正應(yīng)力（kPa）圖13 Z向正應(yīng)力（kPa）圖14 YZ向剪應(yīng)力（kPa）圖15 XZ向剪應(yīng)力（kPa）圖16 第一主應(yīng)力（主拉應(yīng)力，kPa）圖17 第三主應(yīng)力（主壓應(yīng)

18、力，kPa）6.5 工況二計(jì)算結(jié)果圖18 X向正應(yīng)力（kPa）圖19 Y向正應(yīng)力（kPa）圖20 Z向正應(yīng)力（kPa）圖21 YZ向剪應(yīng)力（kPa）圖22 XZ向剪應(yīng)力（kPa）圖23 第一主應(yīng)力（主拉應(yīng)力，kPa）圖24 第三主應(yīng)力（主壓應(yīng)力，kPa）6.6 結(jié)果分析6.6.1 箱梁整體受力除臨時(shí)支墩與梁體的接觸點(diǎn)外，箱梁整體受力基本滿足規(guī)范要求。6.6.2 支墩處箱梁底板橫向受力臨時(shí)支墩頂處，箱梁底板橫向（Y方面）出現(xiàn)拉應(yīng)力，拉應(yīng)力最大值為2.96MPa，截面橫向應(yīng)力如下圖所示。圖25 支墩處箱梁截面橫向應(yīng)力分布（kPa）從上圖可以看出，箱梁底板受到橫向彎曲，取單寬（1m）分析，從應(yīng)力分布

19、情況可以計(jì)算出近似等效彎矩為：根據(jù)施工圖，底板配筋為上下緣對稱配16100mm，根據(jù)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.3-2005，鋼筋的彈性模量與混凝土的變形模量之比n=8，則由，解得受拉鋼筋拉應(yīng)力，可?；炷吝吘墘簯?yīng)力受壓鋼筋壓應(yīng)力可見受拉鋼筋應(yīng)力較大，接近容許應(yīng)力，為確保安全，建議將支墩頂附近2m范圍內(nèi)箱梁底板的橫向配筋改為20100mm，則其受力可滿足要求。6.6.3 支墩頂處箱梁局部承壓由上述計(jì)算可知，支墩頂處箱梁底板局部豎向正應(yīng)力及主壓應(yīng)力較大，且分布很不均勻。為滿足局部受壓承載力，建議此處補(bǔ)充局部承壓鋼筋構(gòu)造。另外，臨時(shí)支撴鋼管頂端應(yīng)設(shè)置鋼墊板來擴(kuò)散鋼管

20、應(yīng)力集中，鋼管與鋼墊板間應(yīng)設(shè)置有效的加勁肋。假設(shè)此處箱梁底板設(shè)縱橫10120mm鋼筋網(wǎng)片（HRB335），其中最底下一層鋼筋網(wǎng)片需加密（參考1080mm），設(shè)置10層，間距s=80mm，則，滿足。七、橋墩樁基計(jì)算7.1 下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造大橋橋墩承臺與成渝線共用，1#墩承臺尺寸為26.5m×9.5m×3.0m，2#墩承臺尺寸為19.3m×9.3m×3.0m。懸臂階段兩橋墩受力情況基本相同，故取最不利的2#墩進(jìn)行樁基承載力計(jì)算。2#墩承臺尺寸見下圖。圖26 2#墩承臺樁基示意圖7.2 不考慮成渝線橋墩計(jì)算7.2.1模型采用大型有限元軟件ANSYS建立空間實(shí)體模型

21、，用SOLID45單元模擬承臺及墊塊，用BEAM44梁單元模擬樁基。樁頂與承臺底相應(yīng)面積節(jié)點(diǎn)自由度耦合約束，樁側(cè)及樁底土與樁的彈性約束作用通過建立COMBIN14彈簧單元進(jìn)行模擬。鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.5-2005及橋梁地質(zhì)條件，樁身處于泥巖層中，樁底豎向地基系數(shù)C0=2443750kPa/m，樁側(cè)水平地基系數(shù)的比例系數(shù)m=25000 kPa/m2（3-W4與3-W3中），3-W2中認(rèn)為樁側(cè)無變形。支墩荷載按均布荷載施加于支墩墊塊頂面，程序自動(dòng)考慮橋墩、承臺、樁基的自重荷載。有限元模型見下圖。圖27 2#墩及基礎(chǔ)有限元模型圖7.2.2 計(jì)算結(jié)果根據(jù)計(jì)算得到樁在最不利作用下（

22、組合二標(biāo)準(zhǔn)值作用）各樁的受力最大值（包括樁自重），列于下表。圖28 基樁編號示意圖表2 各樁受力計(jì)算結(jié)果編號Fmax（kN）編號Fmax（kN）18154846352835993179376801032724594911315354105122739658261318617553614658根據(jù)施工圖，有，滿足規(guī)范規(guī)定。7.3 考慮成渝線橋墩計(jì)算7.3.1模型采用大型有限元軟件ANSYS建立空間實(shí)體模型，用SOLID45單元模擬承臺及墊塊，用BEAM44梁單元模擬樁基。樁頂與承臺底相應(yīng)面積節(jié)點(diǎn)自由度耦合約束，樁側(cè)及樁底土與樁的彈性約束作用通過建立COMBIN14彈簧單元進(jìn)行模擬。鐵路橋涵地基和

23、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.5-2005及橋梁地質(zhì)條件，樁身處于泥巖層中，樁底豎向地基系數(shù)C0=2443750kPa/m，樁側(cè)水平地基系數(shù)的比例系數(shù)m=25000 kPa/m2（3-W4與3-W3中），3-W2中認(rèn)為樁側(cè)無變形。支墩荷載按均布荷載施加于支墩墊塊頂面，程序自動(dòng)考慮橋墩、承臺、樁基的自重荷載。有限元模型見下圖。圖29 2#墩及基礎(chǔ)有限元模型圖7.3.2 計(jì)算結(jié)果根據(jù)計(jì)算得到樁在最不利作用下（組合二標(biāo)準(zhǔn)值作用）各樁的受力最大值（包括樁自重），列于下表。圖30 基樁編號示意圖表3 各樁受力計(jì)算結(jié)果編號Fmax（kN）編號Fmax（kN）18117847352836493341377341032564607411318554330122823658271319837557714806根據(jù)施工圖，有，滿足規(guī)范規(guī)定。八、結(jié)論及建議8.1結(jié)論1、臨時(shí)支墩驗(yàn)算大橋懸臂澆筑臨時(shí)支墩采用鋼管混凝土柱，縱向間距5m，橫向間距5m，其受力滿足規(guī)范要求，柱間支撐受力也滿足規(guī)范要求。2