m钢桁梁顶推施工计算过程.doc
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中南部铁路通道
96m跨钢桁梁安装过程计算
2011年11月
96m钢桁梁顶推计算书
一、工程概况
计算依据:
2.1、基本数据
《钢桁梁施工图设计图》
《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2-2005中华人民共和国铁道部;
二、钢桁梁安装方案
图一施工总布置图
钢桁梁安装采用顶推方案架设。
首先,施工钢桁梁顶推滑道,安装滑块(位置为钢桁梁节点位置,前期作为钢桁梁拼装抄垫垫块,后期作为钢桁梁顶推滑块)。
在垫块上拼装钢桁梁,安装钢桁梁顶推设备。
施工采用连续千斤顶拖拉钢绞线,从112#墩拖拉至111#墩。
钢桁梁起顶,进行体系转换,钢桁梁从滑块转换到正式支座上,完成钢桁梁架设。
三、钢桁梁安装计算
钢桁梁安装计算采用有限元分析软件进行分析计算,分为269个节点,713个单元。
通过分步安装计算来完成钢桁梁顶推计算,在计算的过程中未考虑由于施工支架变形引起的变化。
钢桁梁杆件主要应力取值:
弦杆[200Mpa],腹杆杆[200Mpa]
安装工况计算:
一)工况1计算结果(在支架上拼装)
图二工况1布置图
图三工况1钢桁梁反力(t)
各节点反力如下:
49.7t104.3t100.7t95.4t98.4t95.4t100.7t104.3t49.7t
图四钢桁梁变形(mm)
结构变形:
1mm
图五钢桁梁应力图(单位:
MPa)
结构应力:
最大值13Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
二)工况2计算结果(顶推一个节间)
图六工况二布置图
图七钢桁梁反力(t)
各节点结构反力:
173.0t91.8t91t96.8t95.1t99.9t104.9t46t
图八钢桁梁变形图(mm)
结构变形:
最大变形1mm
图九钢桁梁应力图(MPa)
结构应力:
最大应力15Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况3、顶推2个节间
结构反力:
324.8t57.4t89.2t92.8t96.1t108.2t26.1t
结构变形:
前端最大竖向位移-10mm
结构应力:
腹杆最大应力为-32Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况4、顶推3个节间处于悬臂状态
两侧上临时支墩,其中左侧钢桁梁位于临时支墩中心位置,右侧钢桁梁刚上临时支墩,两侧未支撑。
结构反力:
494.8t47.8t91.3t90.1t74.5t
结构位移:
前端最大竖向位移-31mm
结构应力:
腹杆最大应力为-61Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况5、顶推3个节间处于支撑状态
两侧上临时支墩,其中左侧钢桁梁位于临时支墩中心位置,右侧钢桁梁刚上临时支墩,两侧同时支撑。
结构反力:
151.0t203.2t94.3t95.6t100.5t104.3t49.3t
结构位移:
最大竖向位移为-3mm
结构应力:
腹杆最大应力为-31Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况6、支架C支撑状态发生变化
在支架B上钢桁梁位置不变,支架C上钢桁梁支撑位置后移1个节间。
结构反力:
197t262t87t101t105t47t
结构变形:
最大竖向位移为-6mm
结构应力:
腹杆最大应力为-46Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况7、钢桁梁在支架B上顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E2节点,右侧支撑在E0节点,支架C上支撑E8/6’/4’/2’/0’,
结构反力:
199t257t87t101t105t48T
261.5t198t90t100t104t45T
结构变形:
最大竖向位移为-6mm
结构应力:
腹杆最大应力为45Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况8、钢桁梁在支架B上继续顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E2节点,右侧支撑在E2节点,支架C上支撑E6’/4’/2’/0’,
结构反力:
306t254t91.6t106.5t40.3t
结构变形:
前端最大竖向位移为-7mm
结构应力:
腹杆最大应力-47Mpa,弦杆最大应力-13Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况9、钢桁梁在支架B上继续顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E4节点,右侧支撑在E2节点,支架C上支撑E6’/4’/2’/0’,
结构反力:
332.8t240.5t89.6t106.3t29.1t
363.8t189.8t95.1t108.1t41.6t
结构变形:
最大竖向变形为-7mm
结构应力:
腹杆最大应力为-46Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况10、钢桁梁在支架B上继续顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E4节点,右侧支撑在E4节点,支架C上支撑E4’/2’/0’,
结构反力:
430.8t251.5t105.4t10.6t
结构变形:
最大竖向变形为-8mm
结构应力:
腹杆最大应力为-43Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况11、钢桁梁在支架B上继续顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E6节点,右侧支撑在E4节点,支架C上支撑E4’/2’
结构反力:
488.7t232.1t77.5t
479.7t196t122.7t
结构变形:
最大竖向变形为-21mm
结构应力:
腹杆最大应力为-74Mpa,弦杆最大应力-41Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况12、钢桁梁在支架B上继续顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E6节点,右侧支撑在E6节点,支架C上支撑E2’,准备上支架A
结构反力:
598.8t199.6t
结构变形:
最大竖向变形为-30
结构应力:
腹杆最大应力为-64a,弦杆最大应力-42pa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况13、钢桁梁在支架B上继续顶推6m,钢桁梁左侧支撑在E8点,右侧支撑在E6节点,支架C上支撑E2’,E0节点上支架A,钢桁梁顶推到位。
结构反力:
137.2t420.6t240.6t
189.3t418t191.1t
结构变形:
最大竖向变形为-21mm
结构应力:
腹杆最大应力为-74Mpa,弦杆最大应力-41Mpa
结论:
钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。
工况14、顶推到位,体系转化、拆除支架
反力结果:
300t300t
最大变形38mm
弦杆最大应力为48Mpa,腹杆最大应力为51Mpa。
四、主要大临结构设计
一)滑道梁A、D、E验算
滑道梁的计算采用允许应力法进行。
滑道梁采用Q345B钢材,全焊接截面。
截面如下:
滑道梁横截面(单位:
mm)
截面特性(单位:
mm级)
为了简化计算,将滑道梁的受力简化为简支梁来计算,其各阶段的内力。
根据前面滑道梁的计算可知,滑道梁A最所受最大外力为Fa=189t(工况九)。
滑道梁D、E最大反力为108.7t(工况七),其各自的受力简图如下:
滑道梁A受力(单位:
tmm)
Ma=FL/4=189×6/4=283.5tm
Qmax=189t
滑道梁E受力(单位:
tm)
Ma=FL/4=108.8×12/4=326.4tm
Qmax=108.8t
由上面的计算结构可知,Mmax=326.4tm;Qmax=140.4t。
最大正应力:
σ=M/W=326.4×10^7/28618441=114.1Mpa<[σ]=200Mpa
τ=QS/Ib=140.4×10^4×16243520/(14309220693×40)=39.8MPa<[τ]=120Mpa
由上面的计算可知滑道梁A、D、E强度满足要求。
二)滑道梁B、C验算
滑道梁采用Q345B钢材,全焊接截面。
截面如下:
滑道梁横截面(单位:
mm)
截面特性(单位:
mm级)
为了简化计算,将滑道梁的受力简化为简支梁来计算,其各阶段的内力。
根据前面滑道梁的计算可知,滑道梁B最所受最大外力为Fb=598.8t(工况12)。
滑道梁C最大反力为494.8t(工况4),其各自的受力简图如下:
滑道梁B受力(单位:
tmm)
Ma=FL/4=598.8×6.45/4=965.6tm
Qmax=598.8t
滑道梁C受力(单位:
tm)
Ma=FL/4=494.8×7.34=903.0tm
Qmax=494.8t
由上面的计算结构可知,Mmax=965.6tm;Qmax=598.8t。
最大正应力:
σ=M/W=965.6×10^7/64483820=149.8Mpa<[σ]=200Mpa
τ=QS/Ib=598.8×10^4×37779600/(51587056000×48)=91.4MPa>[τ]=100Mpa
由上面的计算可知滑道梁B、C强度满足要求。
三)Φ800×8支架验算(支架A、D、E)
支架验算主要计算其强度及稳定性,其中以稳定性为控制条件。
支架A、D、E的高度都在17m以下,为了简化计算取其计算长度为16m。
钢管采用Q235B级钢,钢板转制而成。
钢管截面特性如下图。
单位:
mm级
λ=L/i=17000/280=60.7
查钢结构设计规范可知,其为B类截面,ψ=0.8073。
支架A的钢管所受最大轴力Na=140.6t;
支架D、E的钢管所受最大轴力:
N=108.4t。
则其稳定性强度:
σ=N/(ψA)=140.6×10^4/(0.8073×19905)=87.5MPa<[σ]=140MPa
故直径800钢管受力满足要求。
四)Φ1200×12支架验算(支架B、C)
支架验算主要计算其强度及稳定性,其中以稳定性为控制条件。
支架B、C的高度都在16m以下,为了简化计算取其计算长度为16m。
钢管采用Q235B级钢,钢板转制而成,钢管内填C30砼,作为一个复合结构受力。
由于支架B会同时承受竖向力和水平力的作用。
故其受力情况比较复杂,为了计算结构的真实性,采用有限元计算软件进行内力计算,然后根据内容来计算其应力。
计算过程中假定填芯砼承受全部竖向力,而钢管承受其全部的弯矩。
空心钢管截面特性如下图。
单位:
mm级
建立如下的结构模型:
支点反力图(单位:
t)
各杆件轴力(t)
各杆件弯矩图(kN*m)
连接系应力图(MPa)
由上面的计算可知支架钢管所
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