官山底特大橋xm道岔梁支架檢算

1、中鐵十九局京福鐵路客專標官山底特大橋4×32m道岔連續(xù)梁現(xiàn)澆箱梁支架檢算中南大學(xué)土木工程學(xué)院二零一二年十一月1.工程概況官山底特大橋62#墩66#墩采用4×32m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，一聯(lián)全長130.7m（含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.75m），梁端距梁縫中心線0.05m，正線及到發(fā)線均采用CRTS-型雙塊式無砟軌道，正線按350km/h設(shè)計施工，到發(fā)線按80km/h設(shè)計施工。連續(xù)梁分四個施工節(jié)段，第一個施工節(jié)段為38.7m，第二節(jié)段、第三節(jié)段均為32.7m，第四施工節(jié)段長26.7m，采用支架法現(xiàn)澆節(jié)段施工。箱梁擬采用支架現(xiàn)澆法施工，中鐵十九局京福鐵路客專標設(shè)計完成了現(xiàn)澆支架施

2、工圖。受中鐵十九局京福鐵路客專標施工項目部委托，對該橋支架現(xiàn)澆連續(xù)支架進行檢算，檢算中鐵十九局京福鐵路客專標設(shè)計的支架結(jié)構(gòu)有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性。經(jīng)初步檢算后，對施工項目部設(shè)計的原道岔梁支架圖做了優(yōu)化設(shè)計。2.計算依據(jù)1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003）2）鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB10002.2-2005）3）鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南（TZ210-2005）4）公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ025-86）5）路橋施工計算手冊（周興水等著，人民交通出版社）6）官山底特大橋4×32m道岔連續(xù)梁支架圖（優(yōu)化后圖紙）3.支架結(jié)構(gòu)3.1 支架結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件支架現(xiàn)澆道岔梁支架為

3、貝雷梁-鋼管柱支架，每孔主梁均為3跨連續(xù)式貝雷梁，每孔內(nèi)橫橋向貝雷梁片數(shù)依據(jù)箱梁截面特點采用了不同的片數(shù)，支架臨時基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)（其中的樁基作為安全保險措施），支柱為630×10mm鋼管(內(nèi)充填河砂)，在鋼管頂上布設(shè)工字鋼作為橫梁，貝雷梁支撐于工字鋼橫梁上，貝雷片上沿橋縱向每間隔60cm布置I20工字鋼作承重分配梁，箱梁底板位置處，在I20工字鋼上鋪設(shè)10X15cm方木。箱梁翼緣板位置處先采用48mm*3mm建筑鋼管搭于設(shè)I20工字鋼橫梁上，后鋪設(shè)方木和模板，主要參數(shù)見表1。支架結(jié)構(gòu)見官山底特大橋4×32m道岔連續(xù)梁支架圖。表1 梁柱式支架主要參數(shù)表跨號62#63#墩63#

4、64#墩64#65#墩65#66#墩三跨貝雷梁跨度（m）9+9+99+9+99+9+99+9+9單孔橫向貝雷梁片數(shù)（片）18242426貝支點處鋼管柱根數(shù)（根）5778鋼管柱橫橋向間距（m）32.52.53、4柱頂橫梁工字鋼3榀I40b3榀I40b3榀I40b3榀I40b為提高支架支柱的穩(wěn)定性，各跨內(nèi)中支柱與邊支柱之間設(shè)14槽鋼。兩類支架分別取荷載最大的65#-66#墩支架和鋼管柱最高的62#-63#墩支架為最不利情況檢算。3.2 支架結(jié)構(gòu)材料參數(shù)1) Q235鋼材依據(jù)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.2-2005)取值如下, 容重為7850kN/m³，彈性模量，容許軸向正應(yīng)力

5、=135MPa，容許彎曲正應(yīng)力彎曲應(yīng)力 w =140MPa，容許剪應(yīng)力=80MPa2) Q345鋼材依據(jù)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.2-2005)取值如下, 容重為7850kN/m³，彈性模量，容許軸向正應(yīng)力=200MPa，容許彎曲正應(yīng)力彎曲應(yīng)力 w =210MPa，容許剪應(yīng)力=120MPa2) 16Mn鋼材依據(jù)公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(JTJ025-86)取值如下, 容重為7850kN/m³，彈性模量，容許軸向正應(yīng)力=200MPa，容許彎曲正應(yīng)力彎曲應(yīng)力 w =210MPa，容許剪應(yīng)力=120MPa462#63#墩間支架檢算 4.1 計算荷載種類 新澆砼容重按2

6、6kN/m3計算，超灌系數(shù)取1.05，考慮箱梁特性，各貝雷梁片荷載按分塊計算，計算分塊見圖1。按圖1分塊計算現(xiàn)澆混凝土自重，得出各分塊寬度（橫橋向）內(nèi)的荷載集度q，向下部傳遞由I20工字鋼橫梁承擔(dān)，I20工字鋼沿縱向間隔60cm均勻布置。計算模型中混凝土自重換算成I20工字鋼上的線性荷載，計算如下：底板下I20工字鋼受線荷載： q1=(0.7065+0.4957)×0.6×26÷1.667×1.05=11.81kN/m;邊腹板下I20工字鋼受線荷載: q2=3.5477×0.6×26÷2.275×1.05=25.5

7、6kN/m;中腹板下I20工字鋼受線荷載: q3=3.8127×0.6×26÷2×1.05=31.22kN/m;翼緣板下I20工字鋼線荷載: q4=0.9327×0.6×26÷2.157×1.05=7.08kN/m.圖1 箱梁自重計算截面分塊支架自重：按實際材料、尺寸計算由midas自行計入，箱梁一側(cè)懸臂板下，一排I20上支撐的碗扣支架共長131m,鋼管每米重0.0447kN,換算到作用于I20工字鋼上的均布荷載： 131×0.0447÷14=0.42kN/m；施工人員、施工料具堆放、運輸荷載:

8、2.5 kN/m2傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載： 2 kN/m 2振搗混凝土產(chǎn)生的荷載: 2 kN/m2模板自重，按實際模板尺寸計入：3 kN/m 24.2 荷載組合計算強度時:Q= +底板下工字鋼受線荷載：Q1=11.81+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=17.93 kN/m;邊腹板下工字鋼受線荷載: Q2=25.56+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=31.68 kN/m;中腹板下工字鋼受線荷載: Q3=31.22+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=37.34kN/m;翼緣板下工字鋼線荷載:Q4=7.08+0.42+（2.5+2+2+3

9、）×0.6=13.2 kN/m.計算剛度時:Q=+底板下工字鋼受線荷載：Q1=11.81+0.42+3×0.6=14.03kN/m;邊腹板下工字鋼受線荷載: Q2=25.56+0.42+3×0.6=27.78 kN/m;中腹板下工字鋼受線荷載: Q3=31.22+0.42+3×0.6=33.44 kN/m;翼緣板下工字鋼線荷載: Q4=7.08+0.42+3×0.6=9.3kN/m.4.3 計算模型根據(jù)支架結(jié)構(gòu)圖，以梁單元建立有限元計算模型，共4792個節(jié)點和7192個單元，采用midas軟件進行計算。荷載加在貝雷梁上方的I20工字鋼上，按梁單

10、元荷載加載，鋼管與基礎(chǔ)采用剛結(jié)模擬，鋼管上的工字鋼、貝雷片皆采用豎向支撐體系模擬。模型如下圖2圖2 支架有限元模型4.4 正應(yīng)力檢算施加計算強度時的荷載組合，支架各類構(gòu)件最大、最小應(yīng)力及對應(yīng)位置見下表2，各截面（軸向+彎曲）組合應(yīng)力最不利值如圖3（拉為正，壓為負）。表2 構(gòu)件最大、小應(yīng)力及對應(yīng)位置 （單位Mpa）構(gòu)件最大應(yīng)力對應(yīng)位置最小應(yīng)力對應(yīng)位置I20工字鋼108.4箱梁邊腹板下工字鋼-108.5箱梁底板下工字鋼貝雷梁169.2中支承處斜腹桿-235.8中支承處豎腹桿I40a工字鋼71.3縱向中間支墩處-70.3縱向中間支墩處鋼管樁-46.8縱向邊支墩處鋼管-52.7縱向中間支墩處鋼管14槽

11、鋼115.7與墩連接處槽鋼-108與墩連接處槽鋼1）貝雷梁由圖3可得，最大應(yīng)力為169.2MPa，最小應(yīng)力為-235.8MPa，分別發(fā)生在貝雷梁斜撐和豎桿上。圖3 貝雷梁正應(yīng)力計算結(jié)果貝雷梁材料為16Mn鋼材，抗拉、壓強度基本容許值為210MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=252MPa。故：=235.8MPa <=252MPa，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。2）I40a工字鋼I40a工字鋼鋼號為Q235，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=168MPa。圖4可以看出，

12、最大應(yīng)力為=71.3MPa<=168MPa，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。圖4 I40b橫梁正應(yīng)力3）鋼管柱鋼管柱材料為Q235鋼材，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=168MPa。最大應(yīng)力為-52.7 MPa<=168MPa，發(fā)生在中間兩排立柱邊腹板對應(yīng)的位置。滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。圖5 鋼管柱正應(yīng)力4）I20b工字鋼I20b工字鋼材料為Q235，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=168MPa。最大應(yīng)力為108.5MP

13、a<=168MPa，發(fā)生在邊腹板下橫梁。滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。圖6 I20橫梁正應(yīng)力5）其他構(gòu)件剪力撐、槽鋼等其他型鋼鋼號為Q235，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=140×1.2=168MPa。表2給出的最大應(yīng)力均小于該值，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。4.5 剪應(yīng)力檢算施加計算強度時的荷載組合，支架各類構(gòu)件最大剪應(yīng)力及對應(yīng)位置見下表3，結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力計算結(jié)果如圖4。表3 構(gòu)件最大剪應(yīng)力及對應(yīng)位置 （單位Mpa）構(gòu)件最大剪應(yīng)力對應(yīng)位置I20工字鋼29.1I20支承于貝雷梁處貝雷梁62.9中支承處斜腹桿I40a工字鋼9

14、9.4工字鋼支承于中間支墩處鋼管樁0.25邊支墩處鋼管14槽鋼1.99與橋墩連接處槽鋼圖7 支架剪應(yīng)力計算結(jié)果表3和圖7給出的最大應(yīng)力為=99.4MPa <=144MPa，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。4.6 剛度檢算施加計算剛度時的荷載組合，進行計算，得出荷載組合作用下豎向位移最大值如圖8。由圖8可得，貝雷梁最大豎向位移fc/l=14.2mm/9000mm=1/634<1/400，發(fā)生在貝雷梁跨中，滿足鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南要求。圖8 支架變形圖4.7穩(wěn)定性檢算施加各項荷載，進行計算，得出支架屈曲一階模態(tài)如圖9，表現(xiàn)為中跨鋼管柱壓彎失穩(wěn)。支架屈曲一階模態(tài)特征值為4.59&g

15、t;4.0,滿足施工規(guī)范要求。圖9 支架一階模態(tài)屈曲圖4.8地基檢算 由計算模型得支架反力如圖10。圖10 支架反力圖（單位 kN）中支墩處各鋼管樁對應(yīng)的反力如表4：表4 鋼管柱支承點反力總和表排號FZ（kN）第一排2231.6第二排5718.3第三排5706.1第四排2247.1從表中知中支墩處鋼管樁下最大反力和為5718.3kN，x方向彎矩和為0，y方向彎矩和為-1.1 kN*M，彎矩對基礎(chǔ)影響很小僅考慮豎向力。由支架設(shè)計圖查得基礎(chǔ)尺寸為14m×2.5m×1m?；A(chǔ)自身重量為：14m×2.5m×1m×26 KN/m=910 kN根據(jù)路橋施工

16、計算手冊，基礎(chǔ)應(yīng)力， ，小于地基承載力o=200kpa，滿足要求。565#66#墩間支架檢算 5.1 計算荷載種類新澆砼容重按26kN/m3計算，超灌系數(shù)取1.05，考慮箱梁特性，各貝雷梁片荷載按分塊計算，計算分塊見圖8：按圖11分塊計算現(xiàn)澆混凝土自重，得出各分塊寬度（橫橋向）內(nèi)的荷載集度q，向下部傳遞由I20工字鋼橫梁承擔(dān)，I20工字鋼沿縱向間隔60cm均勻布置。計算模型中混凝土自重換算成I20工字鋼上的線性荷載，計算如下：外側(cè)底板I20工字鋼受線荷載：q1=(1.223+0.885)×0.6×26÷2.95×1.05=11.7kN/m; 內(nèi)側(cè)底板下I

17、20工字鋼受線荷載：q2=(1.20+0.885)×0.6×26÷2.82×1.05=12.11kN/m;邊腹板下I20工字鋼受線荷載: q3=3.54×0.6×26÷2.26×1.05=25.66kN/m;中腹板下I20工字鋼受線荷載: q4=3.45×0.6×26÷2.81×1.05=20.11kN/m;翼緣板下I20工字鋼受線荷載: q5=0.93×0.6×26÷2.16×1.05=7.05kN/m.圖11 箱梁自重計算截面分塊支

18、架自重：按實際材料、尺寸計算由midas自行計入，箱梁一側(cè)懸臂板下，一排I20上支撐的碗扣支架共長131m,鋼管每米重0.0447kN,換算到作用于I20工字鋼上的均布荷載： 131×0.0447÷14=0.42kN/m；施工人員、施工料具堆放、運輸荷載:2.5 kN/m 2傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載： 2 kN/m 2振搗混凝土產(chǎn)生的荷載: 2 kN/m 2模板自重，按實際模板尺寸計入：3 kN/m 25.2 荷載組合計算強度時:Q= +外側(cè)底板下工字鋼受線荷載：Q1=11.7+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=17.82 kN/m; 內(nèi)側(cè)底板下工字鋼受

19、線荷載：Q2=12.11+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=18.23 kN/m;邊腹板下工字鋼受線荷載: Q3=25.66+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=31.78 kN/m;中腹板下工字鋼受線荷載: Q4=20.11+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=26.23 kN/m;翼緣板下工字鋼線荷載:Q5=7.05+0.42+（2.5+2+2+3）×0.6=13.17 kN/m.計算剛度時:Q=+外側(cè)底板下工字鋼受線荷載：Q1=11.7+0.42+3×0.6=13.92 kN/m;內(nèi)側(cè)底板下工字鋼受線荷載：Q2=12.

20、11+0.42+3×0.6=14.33 kN/m;邊腹板下工字鋼受線荷載: Q3=25.66+0.42+3×0.6=27.88 kN/m;中腹板下工字鋼受線荷載: Q4=20.11+0.42+3×0.6=22.33 kN/m;翼緣板下工字鋼線荷載: Q5=7.05+0.42+3×0.6=9.27kN/m.5.3 計算模型根據(jù)支架結(jié)構(gòu)圖，以梁單元建立有限元計算模型，共7724個節(jié)點和10971個單元，采用midas軟件進行計算。荷載加在貝雷梁上方的I20工字鋼上，按梁單元荷載加載， 鋼管與基礎(chǔ)采用剛結(jié)模擬，鋼管之上的工字鋼、貝雷片皆采用豎向支撐體系模擬。如

21、圖12圖12 支架有限元模型5.4 正應(yīng)力檢算施加計算強度時的荷載組合，支架各類構(gòu)件最大、最小應(yīng)力及對應(yīng)位置見下表5，各截面（軸向+彎曲）組合應(yīng)力最不利值如圖10（拉為正，壓為負）。表5 構(gòu)件最大、小應(yīng)力及對應(yīng)位置 （單位Mpa）構(gòu)件最大應(yīng)力對應(yīng)位置最小應(yīng)力對應(yīng)位置I20工字鋼108.4箱梁邊腹板下工字鋼-108.5箱梁底板下工字鋼貝雷梁190.1中支承處斜腹桿-234.1中支承處豎腹桿I40a工字鋼69.5縱向中間支墩處-77.9縱向中間支墩處鋼管樁-71.5縱向邊支墩處鋼管-84.7縱向中間支墩處鋼管14槽鋼105.7與墩連接處槽鋼-102.3與墩連接處槽鋼1）貝雷梁由圖13可得，最大應(yīng)力

22、為190.1MPa，最小應(yīng)力為-234.0MPa，分別發(fā)生在貝雷梁斜撐和豎桿上。圖13 貝雷梁正應(yīng)力計算結(jié)果貝雷梁材料為16Mn鋼材，抗拉、壓強度基本容許值為210MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=252MPa。故：=234.0MPa <=252MPa，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。2）I40b工字鋼I40工字鋼鋼號為Q235，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=168MPa。圖4可以看出，最大應(yīng)力為=-77.9MPa<=168MPa，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

23、要求。圖14 I40b橫梁正應(yīng)力3） 鋼管柱鋼管柱材料為Q235鋼材，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=168MPa。最大應(yīng)力為-84.7MPa<=168MPa，發(fā)生在中間排立柱腹板對應(yīng)的位置。滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。圖15 鋼管柱正應(yīng)力4）I20b工字鋼I20b工字鋼材料為Q235，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=210×1.2=168MPa。最大應(yīng)力為-77.9MPa<=168MPa，發(fā)生在邊腹板下橫梁。滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求

24、。圖16 I20橫梁正應(yīng)力5）其他構(gòu)件剪力撐、槽鋼等其他型鋼鋼號為Q235，抗拉、壓強度基本容許值為140MPa，考慮為施工臨時結(jié)構(gòu)的應(yīng)力提高系數(shù)取1.2，則=140×1.2=168MPa。表2給出的最大應(yīng)力均小于該值，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。5.5 剪應(yīng)力檢算施加計算強度時的荷載組合，支架各類構(gòu)件最大剪應(yīng)力及對應(yīng)位置見下表6，結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力計算結(jié)果如圖17。表6 構(gòu)件最大剪應(yīng)力及對應(yīng)位置 （單位Mpa）構(gòu)件最大剪應(yīng)力對應(yīng)位置I20工字鋼31.9I20支承于貝雷梁處貝雷梁63.1中支承處斜腹桿I40a工字鋼113工字鋼支承于中間支墩處鋼管樁0.21邊支墩處鋼管14槽鋼1.99與橋墩連接處槽鋼圖17 支架剪應(yīng)力計算結(jié)果表6和圖17給出的最大應(yīng)力為=121.1MPa <=144MPa，滿足鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求。5.6 剛度檢算施加計算剛度時的荷載組合，進行計算，得出荷載組合作用下豎向位移最大值如圖5。由圖5可得，貝雷梁最大豎向位移fc/l=13.8mm/9000mm=1/652<1/400，發(fā)生在貝雷梁跨中