m連續(xù)鋼箱梁頂推施工鋼箱梁和鋼桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析報(bào)告

1、XX匝道48+66+48m連續(xù)鋼箱梁頂推施工鋼箱梁和鋼桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析報(bào)告XX集團(tuán)有限公司二一三年四月目 錄1、結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容與結(jié)論11.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容11.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)論12、頂推結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)12.1 鋼導(dǎo)梁設(shè)計(jì)12.2 設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范和資料22.3 材料特性和容許值32.3.1 材料特性32.3.2 規(guī)范容許值32.4 作用取值與組合33、鋼箱梁和鋼桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析43.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和施工工況43.1.1 計(jì)算模型43.1.2 施工階段模擬53.2 鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)果73.2.1 鋼箱梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)果73.2.2 鋼板梁導(dǎo)梁分析結(jié)果103.2.3 鋼導(dǎo)梁豎向變形173.2.4 各施

2、工工況支反力值183.2.5 滑道梁局部應(yīng)力及穩(wěn)定性分析193.2.6 工況2下的抗傾覆驗(yàn)算193.3 鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)論191、結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容與結(jié)論1.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容依據(jù)xx市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司和xx省科佳工程設(shè)計(jì)有限公司提供的EN匝道48+66+48m跨徑鋼箱梁構(gòu)造圖和鋼板梁導(dǎo)梁構(gòu)造圖，根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86）和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-2003）的要求，進(jìn)行鋼桁支架法頂推鋼梁前進(jìn)112.326m施工全過程的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，施工階段考慮了鋼箱梁自重、鋼板梁導(dǎo)梁自重、部分施工機(jī)具臨時(shí)荷載等，計(jì)算分析各施工階段鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁構(gòu)件的

3、應(yīng)力、內(nèi)力和豎向位移，以及支架414鋼桁臨時(shí)支架上作用的反力值。1.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)論在短暫狀況下，鋼箱梁頂推啟動(dòng)至安裝就位的各施工階段，在其自重荷載和施工機(jī)具荷載等作用下，鋼箱梁的應(yīng)力和變形滿足規(guī)范要求；鋼板梁拼裝而成的鋼導(dǎo)梁及鋼板梁間的加勁水平桿和斜桿應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；導(dǎo)梁與鋼箱梁間的連接滿足規(guī)范要求。頂推工程中導(dǎo)梁的撓度較大，因此需采用影響xx高速公路凈空的措施。在工況2狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)的抗傾覆系數(shù)為1.304，較接近規(guī)范的極限值1.3，因此在梁尾段壓重35t，使得抗傾覆系數(shù)達(dá)到1.5。2、頂推結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)頂推施工必須在鋼箱梁前端設(shè)置鋼導(dǎo)梁，其目的一方面減小主梁在頂推過程中的懸臂長度，降低懸臂

4、狀態(tài)下負(fù)彎矩峰值；另一方面引導(dǎo)主梁上墩，便于頂推過程中主梁糾偏。2.1 鋼導(dǎo)梁設(shè)計(jì)目前國內(nèi)常用的鋼導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，即桁架梁和鋼板梁。結(jié)合施工單位的實(shí)際情況條件，鋼導(dǎo)梁采用鋼板梁。導(dǎo)梁在施工中雖然只是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，并不參與成橋以后的結(jié)構(gòu)受力，但是它對頂推施工中主梁受力的影響不容忽視。對主梁內(nèi)力有重大影響的因素主要為導(dǎo)梁的長度、剛度和重量。較長的導(dǎo)梁可以較少主梁懸臂負(fù)彎矩，但同時(shí)過長的導(dǎo)梁也會(huì)使導(dǎo)梁與箱梁接頭處的負(fù)彎矩和支反力值相應(yīng)增加。導(dǎo)梁的合理長度應(yīng)使主梁最大懸臂負(fù)彎矩與使用狀態(tài)支點(diǎn)負(fù)彎矩基本接近。在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的條件下，宜選用較少重量的變截面導(dǎo)梁，以較少頂推時(shí)主梁最大懸臂狀態(tài)的負(fù)彎

5、矩，使負(fù)彎矩的兩峰值更趨接近。國內(nèi)外實(shí)踐證明，鋼導(dǎo)梁的長度以鋼梁頂推自由長度的0.60.8倍為宜。本工程中采用的鋼導(dǎo)梁長度為45m，約鋼梁頂推自由長度的0.682倍，滿足要求。長度45m鋼導(dǎo)梁由“工”梁組成，梁高度從3米變到1.5米，頂、底板寬度500mm，厚度分14mm、16mm、24mm、32mm四段，腹板厚度均為12mm，兩道鋼板梁間設(shè)PL1、PL2支撐，亦采用“工”梁。鋼導(dǎo)梁總重量為90.7噸，自重由軟件自動(dòng)計(jì)算，自重集度從根部到導(dǎo)梁端為2.261.77t/m。48+66+48m跨徑連續(xù)鋼箱梁重量約為995t，折算其自重集度為6.14t/m。依據(jù)國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)資料，導(dǎo)梁集度一般取0.10

6、.2倍的主梁集度。本聯(lián)導(dǎo)梁集度與箱梁集度比約0.3。鋼板梁導(dǎo)梁采用左右兩片鋼板梁組成，其構(gòu)造如圖2.1所示。圖2.1 鋼板梁導(dǎo)梁構(gòu)造示意鋼板梁導(dǎo)梁與鋼主梁的連接采用焊接連接，鋼板梁導(dǎo)梁上下翼板與鋼箱梁頂?shù)装迦弁负附樱拱迮c鋼箱梁腹板熔透焊接焊接，強(qiáng)度與導(dǎo)梁本身等強(qiáng)。2.2 設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范和資料（1）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）（2）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）（3）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86）（4）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-2003）（5）公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）2.3 材料特性

7、和容許值 材料特性鋼導(dǎo)梁采用Q235鋼，鋼箱梁采用Q345qD鋼。依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-2003）第條和公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86），鋼材的材料特性如表2.1所示。鋼材的材料特性 表2.1 型號(hào)厚度（mm）彈性模量E（MPa）強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）抗拉、抗壓和抗彎抗剪Q235 20600021512516Mn 21000310180Q345qD 206000310180 規(guī)范容許值（1）短暫狀況的應(yīng)力依據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86）第條，施工階段在鋼箱梁自重、鋼導(dǎo)梁自重、施工人群荷載、施工機(jī)具荷載等荷載作用下，鋼結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力如表

8、2.2所示。鋼材的容許應(yīng)力（MPa） 表2.2 鋼號(hào)軸向應(yīng)力彎曲應(yīng)力剪應(yīng)力Q235（A3）1401458516Mn2002101602.4 作用取值與組合1、作用（荷載）取值永久作用：鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁的自重計(jì)算采用容重。2、作用效應(yīng)組合根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）的要求，鋼箱梁頂推施工屬于施工階段受力分析，應(yīng)按短暫狀況進(jìn)行構(gòu)件的應(yīng)力和變形驗(yàn)算。施工荷載除了有特別規(guī)定外均采用標(biāo)準(zhǔn)值。不同類型荷載組合時(shí)不考慮荷載組合系數(shù)。3、鋼箱梁和鋼桁架導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和施工工況3.1.1 計(jì)算模型采用結(jié)

9、構(gòu)空間有限元軟件（Midas/Civil 2013）建模分析，鋼箱梁和鋼桁架導(dǎo)梁計(jì)算模型如圖3.1。鋼箱梁橫截面如圖3.2，采用梁單元進(jìn)行模擬，共劃分17個(gè)單元。鋼板梁導(dǎo)梁構(gòu)造如圖3.3，采用梁單元進(jìn)行模擬，共劃分51個(gè)單元。鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁之間采用剛性連接；鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁臨時(shí)支架滑道之間采用只受壓彈性連接進(jìn)行模擬。結(jié)構(gòu)分析按各施工工況進(jìn)行支點(diǎn)約束處理。圖3.1 鋼箱梁和鋼桁架導(dǎo)梁計(jì)算模型圖圖3.2 鋼箱梁橫斷面圖圖3.3 鋼板梁導(dǎo)梁構(gòu)造圖3.1.2 施工階段模擬從第一段鋼梁和鋼板梁導(dǎo)梁安裝、頂推前移、再焊接鋼箱梁節(jié)段、再頂推前移直至橋跨鋼箱梁安裝就位的整體施工過程進(jìn)行了模擬，對各控制工況的結(jié)構(gòu)

10、受力進(jìn)行了分析。頂推前進(jìn)中，鋼板梁導(dǎo)梁即將到達(dá)前支架瞬間和達(dá)到前支架作為兩個(gè)控制施工階段況；施工工況工分8個(gè)，其中16個(gè)工況為頂推施工過程，第2個(gè)工況為關(guān)鍵控制工況。施工流程如圖3.4所示，各工況施工內(nèi)容概括如下：圖3.4 48+66+48米連續(xù)鋼箱梁頂推施工流程圖工況1：ZL4ZL10鋼箱梁節(jié)段的吊裝和調(diào)試，并焊接成第一段鋼梁，同時(shí)吊裝鋼板梁拼接成整體導(dǎo)梁，并與鋼梁有效連接；此時(shí)鋼桁支架P5P14作為支撐點(diǎn)；工況2：第一段鋼梁前進(jìn)52.4m，鋼導(dǎo)梁前端即將到達(dá)P4支架瞬間；此時(shí)鋼桁支架P5P9作為支撐點(diǎn)，鋼導(dǎo)梁處于最大懸臂狀態(tài)，此時(shí)為整個(gè)頂推過程中的最不利狀態(tài)。工況3：第一段鋼梁再稍稍前移，

11、使鋼桁架導(dǎo)梁到達(dá)P4支架；此時(shí)鋼桁支架P4P9作為支撐點(diǎn)；工況4：第一次鋼梁頂推結(jié)束，鋼梁往前頂推了57.685米，此時(shí)鋼桁支架P4P8作為支撐點(diǎn)；工況5：ZL11ZL15鋼箱梁節(jié)段的吊裝和調(diào)試，并與第一段鋼梁焊接成整體；此時(shí)鋼桁支架P4P14作為支撐點(diǎn)；工況6：第二次鋼梁頂推到位，此時(shí)鋼桁支架P2P8作為支撐點(diǎn)；工況7：吊裝ZL1ZL3節(jié)段工況8：鋼桁架導(dǎo)梁拆除；鋼箱梁支座安放和鋼梁落位。3.2 鋼箱梁和鋼導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)果從第一段鋼梁和鋼桁架導(dǎo)梁安裝、頂推前移、再焊接鋼箱梁節(jié)段、再頂推前移直至橋跨鋼箱梁安裝就位的整體施工過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，按短暫狀況進(jìn)行構(gòu)件的應(yīng)力、變形和內(nèi)力驗(yàn)算。根據(jù)公路

12、橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）的要求，施工荷載除了有特別規(guī)定外均采用標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)有組合時(shí)不考慮荷載組合系數(shù)。 鋼箱梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)果1、工況1鋼箱梁應(yīng)力工況1荷載作用下，鋼箱梁上下緣的正應(yīng)力如圖3.53.6所示。圖3.5 工況1鋼箱梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.6 工況1鋼箱梁下緣應(yīng)力(MPa)2、工況2鋼箱梁應(yīng)力工況2荷載作用下，鋼箱梁上下緣的正應(yīng)力如圖3.73.8所示。圖3.7 工況2鋼箱梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.8 工況2鋼箱梁下緣應(yīng)力(MPa)3、工況3鋼箱梁應(yīng)力工況3荷載作用下，鋼箱梁上下緣的正應(yīng)力如圖3.93

13、.10所示。圖3.9 工況3鋼箱梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.10 工況3鋼箱梁下緣應(yīng)力(MPa)4、工況4鋼箱梁應(yīng)力工況4荷載作用下，鋼箱梁上下緣的正應(yīng)力如圖3.113.12所示。圖3.11 工況4鋼箱梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.12 工況4鋼箱梁下緣應(yīng)力(MPa)5、工況5鋼箱梁應(yīng)力工況5荷載作用下，鋼箱梁上下緣的正應(yīng)力如圖3.133.14所示。圖3.13 工況5鋼箱梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.14 工況5鋼箱梁下緣應(yīng)力(MPa)6、工況6鋼箱梁應(yīng)力工況6荷載作用下，鋼箱梁上下緣的正應(yīng)力如圖3.153.16所示。圖3.15 工況6鋼箱梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.16 工況6鋼箱梁下緣應(yīng)力(MPa)鋼

14、箱梁在頂推的16荷載工況下，鋼箱梁的上下緣應(yīng)力最大為122Mpa，小于16Mn的容許應(yīng)力210MPa，應(yīng)力滿足規(guī)范要求。 鋼板梁導(dǎo)梁分析結(jié)果1、工況1鋼導(dǎo)梁應(yīng)力工況1荷載作用下，鋼導(dǎo)梁上下緣的正應(yīng)力如圖如圖3.173.19所示。圖3.17 工況1鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.18 工況1鋼導(dǎo)梁下緣應(yīng)力(MPa)圖3.19 工況1鋼導(dǎo)梁剪應(yīng)力(MPa)2、工況2鋼導(dǎo)梁應(yīng)力工況2荷載作用下，鋼導(dǎo)梁上下緣的正應(yīng)力如圖如圖3.203.22所示。圖3.20 工況2鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.21 工況2鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.22 工況2鋼導(dǎo)梁剪應(yīng)力(MPa)3、工況3鋼導(dǎo)梁應(yīng)力工況3荷載作用下

15、，鋼導(dǎo)梁上下緣的正應(yīng)力、剪應(yīng)力如圖3.233.25所示。圖3.23 工況3鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.24 工況3鋼導(dǎo)梁下緣應(yīng)力(MPa)圖3.25 工況3鋼導(dǎo)梁剪應(yīng)力(MPa)4、工況4鋼導(dǎo)梁應(yīng)力工況4荷載作用下，鋼導(dǎo)梁上下緣的正應(yīng)力、剪應(yīng)力如圖3.263.28所示。圖3.26 工況4鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.27 工況4鋼導(dǎo)梁下緣應(yīng)力(MPa)圖3.28 工況4鋼導(dǎo)梁剪應(yīng)力(MPa)5、工況5鋼導(dǎo)梁應(yīng)力工況5荷載作用下，鋼導(dǎo)梁上下緣的正應(yīng)力、剪應(yīng)力如圖3.293.31所示。圖3.29 工況5鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.30 工況5鋼導(dǎo)梁下緣應(yīng)力(MPa)圖3.31 工況5鋼導(dǎo)梁剪應(yīng)

16、力(MPa)6、工況6鋼導(dǎo)梁應(yīng)力工況6荷載作用下，鋼導(dǎo)梁上下緣的正應(yīng)力、剪應(yīng)力如圖3.323.34所示。圖3.32 工況6鋼導(dǎo)梁上緣應(yīng)力(MPa)圖3.33 工況6鋼導(dǎo)梁下緣應(yīng)力(MPa)圖3.34 工況6鋼導(dǎo)梁剪應(yīng)力(MPa)鋼導(dǎo)梁在頂推的16荷載工況下，鋼箱梁的上下緣應(yīng)力最大為140.8Mpa，小于16Mn的容許應(yīng)力210MPa，剪應(yīng)力最大為12.3MPa，小于16Mn的容許應(yīng)力160MPa，滿足規(guī)范要求。3.2.3 鋼導(dǎo)梁豎向變形1、工況1鋼導(dǎo)梁豎向變形工況1荷載作用下下，鋼導(dǎo)梁豎向變形如圖3.35所示。圖3.35 工況1鋼導(dǎo)梁豎向變形(mm)2、工況2鋼導(dǎo)梁豎向變形應(yīng)力工況2荷載作用下

17、下，鋼導(dǎo)梁豎向變形如圖3.36所示。圖3.36 工況2鋼導(dǎo)梁豎向變形(mm)3、工況3鋼導(dǎo)梁豎向變形應(yīng)力工況3荷載作用下下，鋼導(dǎo)梁豎向變形如圖3.37所示。圖3.37 工況3鋼導(dǎo)梁豎向變形(mm)4、工況4鋼導(dǎo)梁豎向變形應(yīng)力工況4荷載作用下下，鋼導(dǎo)梁豎向變形如圖3.38所示。圖3.38 工況4鋼導(dǎo)梁豎向變形(mm)5、工況5鋼導(dǎo)梁豎向變形應(yīng)力工況5荷載作用下下，鋼導(dǎo)梁豎向變形如圖3.39所示。圖3.39 工況5鋼導(dǎo)梁豎向變形(mm)6、工況6鋼導(dǎo)梁豎向變形應(yīng)力工況6荷載作用下下，鋼導(dǎo)梁豎向變形如圖3.40所示。圖3.40 工況6鋼導(dǎo)梁豎向變形(mm)從上述各控制施工階段工況的荷載作用下，鋼導(dǎo)梁

18、變形較大，故在鋼梁頂推前進(jìn)中，當(dāng)鋼導(dǎo)梁即將到達(dá)前支架時(shí)，必須采用千斤頂將鋼桁導(dǎo)梁頂升至支架高度，便于鋼梁繼續(xù)頂推前移。3.2.4 各施工工況支反力值在各控制施工階段的荷載作用下，鋼箱梁頂推結(jié)構(gòu)體系的支點(diǎn)反力值如表3.1。各施工工況下結(jié)構(gòu)體系的支點(diǎn)反力值（kN） 表3.1工況臨時(shí)鋼桁支架編號(hào)P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P141/192.4 476.7 453.0 527.7 606.0 638.3 741.7 730.5 788.7 304.8 2/4546 913/3445.83681.41330.5 /475534051544/575534053363 837 1260 849 1271 496 /628333905685595/注：表中“”表示支座受拉；“/”表示支座未使用。鋼導(dǎo)梁滑道最大支點(diǎn)反力值為755/2=377.5kN，鋼箱梁滑最大反力為3905/2=1952.5KN，道梁局部應(yīng)力計(jì)算見后。 滑道梁局部應(yīng)力及穩(wěn)定性分析鋼箱梁頂推過程中的滑塊采用GJZF4系列橡膠支座滑板，其構(gòu)造尺寸500x50