0号块计算书（最终上报）

汉江特大桥0号块托架设计计算书

一、工程概况

武荆高速汉江特大桥主桥桥跨布置为：62+10×100+62m，主桥全长为1124m，结构形式为现浇预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁为分离的单箱单室截面，全桥共22个0号块。0号块长10m，底板宽7m，两端悬出墩身2.85m，梁高6.08m，0号块混凝土数量为222.53 m3，重量约556.325T。０号块为箱梁与墩身联接的隅节点，截面内力最大且受力复杂，钢筋和预应力管道密集，因此保证０号块施工质量是箱梁施工质量控制的关键。

由于三角形托架具有体积小，传力路径明确等优点，所以0号 块采用设置三角形托架作为支撑结构的施工方法。

二、顺桥向托架及分配梁计算

2.1 荷载确定

顺桥向托架布置4道，托架承担其长度范围内0号块混凝土自重、支架、模板、施工人员机具等荷载。其主要荷载确定如下： ——2.85m长每侧翼板砼自重：

G1=(1.32+0.0975）m2×2.85m*1.35*2.5=13.6t

——2.85m长每侧翼板支架：每道支架重约0.665t，按5道布置，

则：G2=5*0.665*1.35＝4.5t

——2.85m长每侧翼板模板：

肋（14a槽钢）：20根*2.85m*14.53Kg/m=0.83t 面板：8.74*2.85*7850*0.006＝1.173t

G3＝（0.83+1.173）*1.35＝2.7t

——2.85m长腹板、顶板及底板混凝土自重：

G4＝(15.6+0.35+0.21)*2.85*2.5*1.35＝155.44t

——2.85m内模、内模支架及底模自重：暂按混凝土自重乘以0.15

倍来考虑：

G5＝155.44*0.15＝23.316t ——施工人员机具荷载：（按2.5KN/m2考虑）：

G6＝2.5*2.85*13.5*1.2＝11.8t

2.2 分配梁计算

托架上设置4根分配梁，分配梁两端各伸出墩身2.5m，翼板荷载布置按2米范围考虑，由上荷载分析可知每道分配梁上的荷载：

q1＝(G1+ G2+ G3)/(2*4)＝(13.6+4.5+2.7)/(4*2)=2.6t/m=25.48KN/m q2＝(G4+ G5)/7*4＝(155.44+23.316)/28= 6.384t/m=62.565KN/m q3＝G6/11*4＝0.2682 t/m=2.63KN/m 荷载布置如下图3所示：

图中A～B、G～H为翼板荷载范围，B~G为腹板、底板及顶板荷载范围，C、D、E、F为顺桥向托架的位置。

q3=2.63KN/mq1=25.48A/mBCq2=62.565KN/mq1=25.48KN/mFGHDE图1 顺桥向托架分配梁计算简图2.2.1 截面试选

先不考虑构件自重，求得其最大弯矩：

Mmax=111.55KN*m

以此弯矩来进行截面试选。

所选构件截面模量应满足如下要求：

Wnx?Mmax111.55*1000??494cm3 ?x?f?1.05*215截面选36a工字钢，其截面参数为：

A＝76.4cm2，Wnx＝878cm3 ，Ix＝15796cm4

钢材选用Q235，考虑构件自重，自重放大系数取 1.2，则考虑自重后的最大内力如下：

Mmax=114.17KN*m Qmax＝117.32KN

支座反力：

RC=RF=221.12KN RD=RE=67.24KN

悬臂端最大挠度：

ωmax=10.4mm

由最大壁厚 15.8 mm 得：

截面抗拉抗压抗弯强度设计值?f?= 215 MPa 截面抗剪强度设计值[fv]?125 MPa

2.2.2 抗弯强度

弯矩最大值Mmax=114.17KN*m

Mmax114.17*106==124MPa

剪力最大值Qmax＝117.32KN

?maxQmaxSx117.32*103???37.8MPa?[fv]?125MPa Ixtx10*31*10满足要求。 2.2.4 刚度验算

悬臂端的挠度最大：ωmax=10.4mm

ωmax/2L=10.4/2*2700=1/520

其刚度能满足要求。

由上可知，分配梁采用36a工字钢其强度、刚度及稳定性均能满足要求。

2.3 三角形托架计算

2.3.1 荷载及受力分析

分配梁传递的支座反力（取图1中分配梁支座C或F反力进行计 算）：

F= RC=RF=221.12KN

支点B、C按铰接处理，则托架的计算示意图如图2所示。 从图2中可求得约束B、C的反力

NB=NC=420.07KN； VB=247.48KN； VC＝637KN

F=221.12KN/m

A水平杆截面示意图NBVB斜撑截面示意图CNC图2三角托架计算示意图VC2.3.2 三角形托架水平梁AB计算

从图中可求得托架AB梁的最大内力为： Mmax=204.5KN*m

Vmax =415.88KN Nmax=420.07KN

所需截面模量应满足：

Wnx?Mmax204.5*1000??950cm3 ?x?f?1.05*205选用2I28a工字钢用缀板焊接成箱形截面，截面参数如下：

A＝110.8cm2，Wnx＝1016cm3 ，Ix＝14230cm4

1）抗弯强度：

Mmax204.5?103??191.7MPa?[f]?205MPa ?xWnx1.05?10162） 抗剪强度

?maxQmaxSx415.88?103???100.7MPa?[fV]?125MPa Ixtx24.3?10?8.5?2满足要求。 3） 刚度验算

AB跨最大挠度为：ωmax=4.3mm

ωmax/L=4.3/2500=1/581

满足要求。

2.3.3 托架斜撑AC计算

斜撑AC按轴心受压柱进行设计，截面如图3所示，主要承受轴力作用：

N2AC?NC?V2C?420.072?6372?763KN

计算长度取l0y?l0x??l，?取1.5，则：

l0y?l0x?1.5*4.54?6.81m

假设?x＝80，属于b类截面，查表可得：

?x?0.688

需要截面面积：

A?Nmax?763?103?5158mm2?

xf0.688?215选用2][22a，A=6368mm2，ix?8.67cm，

验算整体稳定性：

?l0xx?i?6818.67?78.5?????150 x满足要求。

yx图3 斜撑AC截面

面板：8.74*4.3*7850*0.006＝1.77t

G2＝1.77+1.25＝3.02t 3、每侧翼板混凝土自重：

G3＝（1.32+0.0975）m2*4.3m*2.5t＝15.24t 4、施工人员机具（按2.5KN/m2考虑）：

G4＝3.28*4.3*2.5＝3.6t

结构荷载安全系数对于结构自重（永久荷载）取1.35，对于可变荷载取1.2，则：

G＝（7*G1+ G2 +G3 ）*1.35+G4*1.2=35.26t 3.2 分配梁、牛腿及斜撑计算

横向按设置2道分配梁考虑承受翼板范围内的荷载，中间分配梁暂不考虑承受荷载作用，设计荷载如下：

q=35.26*9.8/2*4.3=40.18KN/m

靠近墩身一侧的分配梁焊接在三个牛腿上，两端搁置在顺桥向牛腿上的36a工字钢上，计算示意图如图8所示。

另一分配梁设置3个斜撑，计算示意图如图9所示。

斜撑设置位置N1N2N3N4N5牛腿设置位置N1N2图8 横向托架分配梁计算示意图1N3q=40.18KN/mq=40.18KN/m图9 横向托架分配梁计算示意图23.2.1 设置牛腿的分配梁计算（图8）

根据图8可得分配梁最大内力和支座反力为：

Mmax＝23.22KN*m；Qmax＝54 KN N1＝N3＝32.4KN；N2＝108KN

则所选构件的截面模量应满足：

Wnx?Mmax23.22*1000??103cm3 ?x[f]1.05*215选用28a工字钢，其截面几何特性为：

A＝55.4cm2，Wnx＝508cm3 ，Ix＝7115cm4 1) 抗弯强度验算

弯矩最大值为Mmax＝23.22KN*m，则：

Mmax23.22*103??43.5MPa?[f]?215MPa ?xWnx1.05*508由此可知，抗弯强度满足要求。 2）抗剪强度验算

剪力最大值为Qmax＝54KN，则： ?maxQmaxSx54*103???26MPa?[?]?125MPa Ixtx24.3*8.5*10由此可知，抗剪强度满足要求。 3）刚度验算

跨中最大挠度为：

?max?0.3mm

则：

?max0.31 ＝?l21507166刚度能满足要求。 4）整体稳定性

整体稳定系数计算条件： (a) 截面：28a工字钢；

(b) 受压翼缘自由长度：2150 mm； (c) 截面钢材牌号：Q235；

(d) 荷载情况：跨中无侧向支承点 均布荷载作用于上翼缘。 根据上述条件，由 GB 50017--2003 第126页表B.2 查整体稳定系数。

初步查得整体稳定系数?b?1.98?0.6 修正后整体稳定系数?b??0.927576 验算整体稳定性：

Mmax23.22*103??49.3MPa?[f]?215MPa ?b?Wnx0.927576*508综上所述，牛腿上的分配梁采用28a工字钢其强度、刚度和稳定性均能满足要求。

3.2.2 牛腿焊缝强度及预埋锚具计算（图8）

图8中牛腿主要承受剪力作用，其作用力大小为： (1) 支座反力(取最大支座反力验算)：N2＝108KN； (2) 分配梁自重：12m*43.5Kg/m*9.8/1000=5.12KN。 则横向牛腿的设计剪力值为：V=108＋5.12=113.12KN。

横向牛腿拟采用与顺桥向牛腿一样的构造，上述顺桥向牛腿的设计剪力值为250.02KN，其焊缝抗剪强度能满足要求，所以横向牛腿焊缝抗剪强度也能满足要求，详细的验算过程在此略。

横向预埋锚筋构造同顺桥向，其安全系数为：

K?Asfsv10*490.9*147??6.4 V113.12*1000其抗剪强度也能满足要求。

3.2.3 设置斜撑的分配梁计算（图9）

根据图9可得分配梁最大内力和支座反力为：

Mmax＝7.22KN*m；Qmax＝29.55 KN

N1＝N5＝8.7358KN；N2＝N4＝48.1025KN；N3＝59.1KN 则所选构件的截面模量应满足：

Wnx?Mmax7.22*1000??32cm3 ?x[f]1.05*215选用28a工字钢，其截面几何特性为：

A＝55.4cm2，Wnx＝508cm3 ，Ix＝7115cm4

由上述2.2.1的验算可知，设置斜撑的分配梁采用28a工字钢能满足强度、刚度和稳定性要求，详细计算在此略。 3.2.4 斜撑、预埋钢板及锚筋计算（图9）

作用在斜撑上的荷载有：

(1) 支座反力(取最大支座反力验算)：N3＝59.1KN； (2) 分配梁自重：12m*43.5Kg/m*9.8/1000=5.12KN。 则斜撑及预埋钢板焊缝、预埋锚筋的设计剪力为：V＝64.22KN。

采用与顺桥向相同的构造，通过前面的验算可知，其强度能满足要求。

经计算各杆件、焊缝及预埋件均符合规范强度要求。

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