乌江特大桥下横梁计算书

目 录

一、设计依据 .................................................................................. 2 二、索塔下横梁现浇支架结构设计 ........................................... 2 三、计算参数 .................................................................................. 3 四、计算荷载 .................................................................................. 3 五、贝雷计算工况 ......................................................................... 6 六、整体建模计算 ......................................................................... 6 七、钢管稳定性计算 ................................................................... 14 八、整体稳定性计算 ................................................................... 15 九、牛腿计算 ................................................................................ 15

1、Φ630×10mm钢管斜撑预埋件计算 ................................................................15 2、Φ630×10mm钢管斜撑焊接计算 ....................................................................16 3、牛腿1、2预埋件计算 .....................................................................................17 4、牛腿1、2焊接计算 .........................................................................................18

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乌江特大桥索塔下横梁现浇支架设计计算书

一、设计依据

1、乌江特大桥主桥下部结构施工图设计；

2、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）——人民交通出版社； 3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）； 4、《钢结构设计手册》（第二版）——中国建筑工业出版社； 5、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）； 6、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）；

7、《装配式公路钢桥多用途使作手册》（黄绍金 刘陌生编著）——人民交通出版社；

二、索塔下横梁现浇支架结构设计

索塔下横梁现浇支架采用钢管桩基础，上部承重结构采用贝雷，塔身预埋牛腿及钢管立柱为支撑结构。在下塔柱分叉处设置2根φ800×16钢管竖向支撑，在塔身+264.3m处设置4根φ630×10钢管斜撑支持承重梁减小跨径及变形。钢管支撑之间利用索塔塔柱施工的水平支撑联系，平联高度不超过11m，以降低钢管的自由高度，防止发生失稳现象；钢管顶纵桥向设置3I56a工钢横梁；I56a工钢横梁上为贝雷桁架片，横桥向设置21排，承重梁通过塔身预埋牛腿支撑在塔身上；分配梁采用I20型钢，横桥向间距0.5m一道；I20分配梁上设置横向[6.3槽钢作为底模龙骨，间距为30cm，底模采用6mm厚钢板。

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牛腿1牛腿2Φ630×10钢管1.51.5Φ630×10钢管Φ800×16钢管10 图1 下横梁现浇支架总体布置图

三、计算参数

现浇支架支架均采用16Mn和A3材料，A3钢轴向允许应力[σ]＝140Mpa，弯曲应力[σw]=145 Mpa，剪应力[τ]=85 Mpa。16Mn轴向允许应力[σ]＝200Mpa，弯曲应力[σw]=210 Mpa，剪应力[τ]=120 Mpa。临时结构计算时采用1.3倍的容许应力提高系数。

四、计算荷载

计算支架上部荷载，包括钢筋混凝土箱梁自重、模板自重、支架自重、施工机具和人员自重、倾倒荷载及振捣荷载。材料容重、荷载大小如表1所示。

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序号 1 2 3 4 5 项 目 钢筋混凝土箱梁 模板自重 支架自重 施工人员及料具 倾倒混凝土冲击荷载 材料容重或 荷载大小 26kN/m3 1.2kN/m2 1kN/m2 2kN/m2 3

备注 1.05(超载系数) 按120Kg/ m2 程序自动计入 下横梁混凝土为C50砼，设计混凝土方量约990.5m，考虑下横梁分次浇注，每次浇注1/2设计方量，考虑到第二次浇注时第一次浇注下横梁已具有一定的强度和刚度，仅对第一次浇注时支架进行计算，则整个支架竖向外荷载总计：990.5÷2×1.05×26+4.2×7×30＝1.4402×104KN（不计支架自重）。

承重梁使用带加强弦杆的贝雷，在每侧腹板对应位置布置7排间距22.5cm，长27m分2跨布置，线荷载为0.225×3.5×26×1.05+4.2×0.225=22.45KN/m；两腹板间对应实心段处承重梁间距0.45m，线荷载为0.45×3.5×26×1.05+4.2×0.45=44.89KN/m；空心段间距按0.9m布置，线荷载为0.9×1.0×26×1.05+4.2×0.9=28.35KN/m.

实心段贝雷布置图

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空心段贝雷布置图

6、风荷载计算：根据《公路桥涵设计通用规范》可知，横桥向风荷载标准值

Fwh按下式计算：

FwhK0K1K3WdAwh

K0：设计风速重现期换算系数，对施工架设期桥梁，取K00.75；

K1：风载阻力系数，由于

BH=271.5=18＞8，取K1=1.3×0.6=0.91；

K3：地形、地理条件系数，取1.4；

Wd：设计基准风压，根据箱梁顶面距水面高度确定Wd＝

0.0001ZVd2g21.67KN/m；

2：空气重力密度，0.012017ez0.012KN/m3；

：距地面或水面的高度，取z103.7m；

Z处的设计基准风速，VdK2K5V101.551.3824.452.2m/s；

Vd：高度

K2：考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，取K21.55；

K5：阵风风速系数，取K51.38；

V10：桥梁所在地区的设计基本风速，V1024.4m/s；

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g：重力加速度，g9.81m/s2； ：横向迎风面积，贝雷面积17.82m2。

Awh五、贝雷计算工况

分别对贝雷进行简算，按单跨10.5m考虑贝雷自重按480Kg/片进行计算。 1、腹板下方实心段: 贝雷弯矩M=贝雷剪力τ=ql8=2=(22.45+1.6)×10.528=128.6KNM满足要求！ =331.5KN•M＜788.2KN·＜245.2KN 满足要求！

ql224.5×10.522、腹板间空心段: 贝雷弯矩M=贝雷剪力τ=ql8=2=(28.35+1.6)×10.528M满足要求！ =412.8KN•M＜788.2KN·＜245.2KN 满足要求！

ql229.95×10.52=157.3KN六、整体建模计算

下横梁使用支架分二次性浇筑完成，第一次浇注高度3.5m，第二次将剩余全部浇注完成。最不利情况为下横梁第一次施工砼刚浇注结束时，所有荷载直接作用在支架上。此时需计算整体结构的刚度、强度及各构件的刚度和强度。

下横梁支架模型总体结构图

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下横梁支架模型混凝土及模板荷载加载图

下横梁支架模型风荷载加载图

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浇筑1/2下横梁混凝土时风荷载作用下贝雷弯曲应力图（弯曲应力最大141.8MPa）

浇筑1/2下横梁混凝土时风荷载作用下贝雷局部弯曲应力图（（弯曲应力最大位置在中支点附

近）

浇筑1/2下横梁混凝土时贝雷剪应力图（剪应力最大109.2MPa）

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浇筑1/2下横梁混凝土时贝雷局部剪应力图（剪应力最大为第6排贝雷边跨支点处）

浇筑1/2下横梁混凝土时贝雷竖向位移图（最大位移12.2mm）

浇筑1/2下横梁混凝土时贝雷平联弯曲应力图（弯曲应力最大107.7MPa）

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浇筑1/2下横梁混凝土时贝雷平联剪应力图（剪应力最大27.7MPa）

浇筑1/2下横梁混凝土时I20分配梁弯曲应力图（弯曲应力最大37.3MPa）

浇筑1/2下横梁混凝土时I20分配梁剪应力图（剪应力最大29.6MPa）

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浇筑1/2下横梁混凝土时I20分配梁竖向位移图（最大位移12mm）

浇筑1/2下横梁混凝土时3I56a工钢承重梁弯曲应力图（弯曲应力最大93.7MPa）

浇筑1/2下横梁混凝土时3I56a工钢承重梁剪应力图（剪应力最大54.1MPa）

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浇筑1/2下横梁混凝土时6I56a工钢承重梁竖向位移图（最大位移10.9mm）

浇筑1/2下横梁混凝土时钢管支架应力图（组合应力最大50MPa）

浇筑1/2下横梁混凝土时Φ630×10 斜撑钢管弯矩图（弯矩最大9.1KN/m）

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浇筑1/2下横梁混凝土时塔身预埋牛腿支点反力图

浇筑1/2下横梁混凝土时Φ630×10钢管支撑支点反力图

浇筑1/2下横梁混凝土时Φ800×16钢管支撑支点反力图

根据计算，牛腿处支点反力为竖向665KN，水平向399.7KN；Φ630×10钢管支撑竖向力1290.5KN；Φ800×16钢管支撑竖向力2277.9KN。

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结果汇总：

主要计算成果汇总表 名称 规格 最大弯曲最大剪应最大弹性应力（MPa） 力（MPa） 变形（mm） 141.8 107.7 37.3 93.7 109.2 27.7 29.6 54.1 12.2 12 10.9 支点反力（KN） 竖向 水平 贝雷 贝雷平联 分配梁 承重梁 牛腿1 牛腿2 Φ630×10 Φ800×16 16MN I20a 3I56a 573.8 133.8 665 399.7 1290.5 625.4 2277.9 根据计算，各种材料受力均满足设计要求！

七、钢管稳定性计算

根据计算，钢管支撑竖向力2277.9KN。支架钢管采用Φ800×16mm钢管，自由长度按12m计，钢管承受最大竖向荷载为2277.9KN。

钢管截面面积A：39408.1 mm2； 回转半径i：277.244 mm； 钢管桩长度为L＝12m 长细比：λ=L/i＝43.2832 查附表，稳定系数Φ= 0.885415 钢管容许压力:

[N]= Φ×Am×[σ]= 0.885415×39408.1×215=7502 KN ≥2277.9KN 满足要求！

钢管轴向应力：

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σ=P/A=2277.9÷39408.1=57.8MPa 满足要求！

八、整体稳定性计算

根据计算一阶模态最不利，临界荷载系数为3.6，满足要求！

九、牛腿计算

1、Φ630×10mm钢管斜撑预埋件计算

为减小跨径，改善贝雷受力，在墩身预埋钢板并焊接Φ630×10mm钢管斜撑，根据计算该预埋件受力最大，竖向荷载1290.5KN，水平荷载625.4KN，钢管承受最大弯矩M=15.4KN/m。

预埋件采用1200×1200×25mm钢板，锚筋采用Φ25钢筋共4排7列布置，锚固深度60cm。 146014预埋钢板δ=25mm3112030预埋板δ=25mm14锚筋Φ251431311203131锚筋Φ2581414141001414148第15页 共19页

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预埋件结构图

考虑锚筋共同作用受力，预埋件承受竖向荷载V=1290.5KN，水平荷载N=625.4KN,弯矩M=15.4KN/m。根据《混凝土结构设计规范》，在剪力及法向拉力作用下锚筋的截面总面积为： As1=

VαrαVfyN0.8αbfy+N0.8αbfyM0.4αrαbfyz+M1.3αrαbfyz =12256.5mm2

As2=

+ =3299.4mm

2

fc：砼抗压强度设计值，砼为C50，fc=23.10MPa

ft：砼轴心抗拉强度设计值，砼为C50，ft=1.89MPa fy：锚筋抗拉强度设计值，锚筋为HRB335，fy=300.00MPa t：锚板厚度，t=25mm d：锚筋直径，d=25mm

z：外层锚筋中心间距，z=760mm α：钢筋的外形系数，带肋钢筋取0.14

αr：外层锚筋中心间距，锚筋分为四层，αr=0.85 αb：锚板的弯曲变形折减系数，αb=0.6+0.25t/d=0.850 αv：锚筋的受剪承载力系数，αv=(4.0-0.08d)

2

fcfy =0.555

所需锚筋总截面面积As=max(As1，As2)= 12256.5mm 现配锚筋总截面面积As0=28×fyftπd42=13744.5mm2 ≥ As 满足!

锚固长度la≥αd=555mm

根据计算预埋件满足设计要求！ 2、Φ630×10mm钢管斜撑焊接计算

钢管与预埋件采用焊接，焊缝要求满焊，焊脚高度要求不小于hf=8mm；为保证焊接时母材不变形，焊接部位处混凝土不开裂，要求采用跳焊。

钢管与预埋板采用焊接，焊缝承受，竖向荷载V=1290.5KN，水平荷载

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N=625.4KN，弯矩M=15.4KN/m。

根据计算，焊缝为圆形焊缝长度L=πd=1.98m， 焊缝有效面积A=0.7hfL=11082.4mm2； 焊缝惯性矩I=535391568 mm； 焊缝抵抗矩W= 1699655.7 mm3； 由剪力产生的剪应力τV=由轴力产生的正应力σN=由弯矩产生的正应力σN=VANAMW4

=116MPa =56.4MPa =9.1MPa

σN+σM1.22)+τV22焊缝在各种力综合作用下的应力σ=(满足要求！

3、牛腿1、2预埋件计算

=141.6 MPa＜160 MPa

牛腿1埋钢板采用700×550×20mm钢板，采用Φ25钢筋做锚筋锚固在墩身上，预埋件承受竖向荷载V=573.8KN，水平荷载N=133.8KN，力作用点距焊缝30cm则弯矩M=172KN/m。

603222171牛腿2I56a6141555146锚筋Φ252116根据《混凝土结构设计规范》，在剪力及法向拉力作用下锚筋的截面总面积为： As1=

VαrαVfy+N0.8αbfy+M1.3αrαbfyz62116牛腿预埋钢板δ=20mm73216

=5869.7mm

2

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As2=

N0.8αbfy+M0.4αrαbfyz =4331.1mm

2

fc：砼抗压强度设计值，砼为C50，fc=23.10MPa

ft：砼轴心抗拉强度设计值，砼为C50，ft=1.89MPa fy：锚筋抗拉强度设计值，锚筋为HRB335，fy=300.00MPa t：锚板厚度，t=20mm d：锚筋直径，d=25mm

z：外层锚筋中心间距，z=580mm α：钢筋的外形系数，带肋钢筋取0.14

αr：外层锚筋中心间距，锚筋分为四层，αr=0.85 αb：锚板的弯曲变形折减系数，αb=0.6+0.25t/d=0.850 αv：锚筋的受剪承载力系数，αv=(4.0-0.08d) 所需锚筋总截面面积As=max(As1，As2)= 4751.4mm 现配锚筋总截面面积As0=16×fyft2

fcfy =0.555

πd42=7854mm2 ≥ As 满足!

锚固长度la≥αd=555mm

根据计算预埋件满足设计要求！

由于牛腿2预埋件与Φ630×10mm钢管预埋件相同，预埋件受到的荷载比Φ630×10mm钢管预埋件荷载小，故不进行计算。

4、牛腿1、2焊接计算

牛腿1采用焊接2I56a工字钢承受竖向荷载V=573.8KN，水平荷载N=133.8KN，则单根工钢承受竖向荷载V=287KN, 水平荷载N=67KN，力作用点距焊缝30cm弯矩M=86KN/m。

焊缝有效面积A=0.7hfL=9159mm； 焊缝惯性矩I=374824000 mm4； 焊缝抵抗矩W= 1469897.8 mm3；

2

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由剪力产生的剪应力τV=由轴力产生的正应力σN=由弯矩产生的正应力σN=VANAMW=31.3MPa =7.3MPa =58.5MPa

σN+σM)+τV22焊缝在各种力综合作用下的应力σ=(=62.4 MPa＜160 MPa

满足要求！

牛腿2计算（略）

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