跨呼大高速公路连续梁设计与检算书.doc

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1、新建铁路呼和浩特至准格尔铁路工程新建铁路呼和浩特至准格尔铁路工程 HZSG-4HZSG-4 标段标段 跨呼大高速公路特大桥连续跨呼大高速公路特大桥连续 梁支架、基坑开挖防护、交梁支架、基坑开挖防护、交 通防护、临时固结设计与检通防护、临时固结设计与检 算书算书 目目 录录 1 1 编制依据编制依据.1 2 2 工程概况工程概况.1 3 3 0#0#块支架设计图块支架设计图.2 4 4 0#0#块支架检算块支架检算.3 4.1 外荷载计算.3 4.2 纵梁计算.4 4.3 横梁计算.5 4.4 支架水平杆计算.6 4.5 支架立柱计算.7 5 5 边跨现浇段支架设计图边跨现浇段支架设计图.8 6

2、 6 边跨现浇段支架检算边跨现浇段支架检算.9 6.1 外荷载计算.9 6.2 纵梁计算.10 6.3 横梁计算.11 6.4 支架水平杆计算.14 6.5 斜竖向撑杆计算.15 6.6 直竖向撑杆计算.15 7 7 承台基坑开挖钻孔灌注桩支护计算承台基坑开挖钻孔灌注桩支护计算.15 7.1 灌注桩支护锚固深度计算.18 7.2 灌注桩支护配筋计算.20 8 8 临时固结计算临时固结计算.22 8.1 单个临时固结所需的精轧螺纹钢筋面积计算.23 8.2 单个临时固结所需的 C50 混凝土面积计算.23 8.3 单个临时固结所需的钢板面积计算.23 8.4 临时固结设计图.23 9 9 防护棚

3、架计算防护棚架计算.25 9.1 呼大高速公路路面情况.25 9.2 设计标准.25 9.3 设计方案.26 9.4 设计参数.26 9.5 设计计算方法.26 9.6 防护棚架示意图.32 1 1 编制依据编制依据 （1） 跨呼大高速公路特大桥呼准施桥-06 （2） 有碴轨道预应力混凝土连续梁（双线） 叁桥（2006）2206-B （3） 双线连续梁圆端形实体桥墩 L=48+80+48m 双线连续梁呼准桥 通-23- （4） 铁路常用跨度连续梁球型钢支座（LXQZ 型）安装图 通桥 （2009）8361-LXQZ （5）铁路桥梁钢结构设计规范 TB10002.2- 2005 （6）铁路桥涵钢

4、筋混凝土和预应力混凝土设计规范 TB10002.3- 2005 2 2 工程概况工程概况 本桥位于跨多条既有省、国道及乡村道路，其中跨越呼大高速公路采 用 48+80+48m 连续梁结构形式，其余均采用简支梁上跨，本桥桥梁全长为 6412.01 米，其桥跨结构形式为（5-32m）+（1-24m）+（5-32m）+（3- 24m）+（3-32m）+（3-24m）+（5-32m）+（2-24m）+（5-32m）+（3- 24m）+（34-32m）+（2-24m）+（2-32m）双线预应力混凝土简支 T 梁 +（48+80+48）双线预应力混凝土连续梁+（1-32m）+（2-24m）+（7- 32m

5、）+（1-24m）+（76-32m）+（2-24m）+（23-32m）+（1-24m）+（9- 32m）双线预应力混凝土简支 T 梁；除此以外本桥桥址经过的位置，地下 水、地表水在不同程度上对混凝土结构具有硫酸盐及氯盐侵蚀作用，因此 本桥施工时，对混凝土抗腐蚀有一定的特殊要求。 线路在 DK33+160.50DK33+338.20 处跨越呼大高速公路。74#及 75# 墩为该处连续梁主墩，承台尺寸为 18.6m14.6m5m，墩身均为实心墩， 墩高 7.5m，墩身截面尺寸为 4m8.4m。支撑垫石截面尺寸为 2m2.8m， 高度 19cm，支座采用球型钢支座 LXQZ35000-0.2g 及

6、LXQZ8000-0.2g。支 座设置根据施工图确定固定支座设于 75#墩上， 75#墩设置固定及横向活 动支座，74#墩设置纵向及多向活动支座，73#、76#墩均设置纵向及多向 活动支座，支承垫石采用 C40 混凝土，垫石顶面四角高差不大于 2mm。该 处连续梁 0#节段采用支架现浇，0#节长度 12m，高度 6.4m，体积 311.92m，重量 810.99t；1#节段至 10#节段采用菱形挂蓝悬臂浇筑，其 中 1#节段最重为 125.9t,8#、9#和 10#节段最长为 4m，箱梁底板下缘按二 次抛物线变化，梁底抛物线方程为 y=112066002x2，连续梁与高速公 路夹角为 55.4

7、6，公路为东西走向，铁路为南北走向，梁底至路面的最 小距离为 7.9m。呼大高速公路为双向四车道，路面总宽度为 24.9m，中间 设中央分隔带，宽度为 2.0m。 3 3 0#0#块支架设计图块支架设计图 直径32.5cm，壁厚8mm螺旋钢管，底部、 顶部焊接4040cm，厚度2cm的钢板。 双40a工字钢 挂篮底纵梁40a工字钢 采用16a槽钢连接 双32槽钢，口对口，截 面尺寸0.40.32m 双40a槽钢，口对口， 截面尺寸0.40.4m 1.2cm厚钢板每隔1m 内圈连接一道缀板 0#块型钢支架立面图（图一） 钢板4040cm 厚度2cm 双32槽钢，口对口，截 面尺寸0.40.32m

8、 双40a槽钢，口对口， 截面尺寸0.40.4m 直径32.5cm，壁厚8mm螺旋钢管，底部、 顶部焊接4040cm，厚度2cm的钢板。 双40a工字钢 挂篮底纵梁40a工字钢15根 挂篮底模 采用HRB20钢筋，长1.2米，加工成U形，底部 设置弯钩，共设置三道。钩内设钢筋0.80.8米 的网片，钢筋间距为0.15米,采用HRB16钢筋。 采用16a槽钢连接采用16a槽钢连接 0#块型钢支架侧面图（图二） 4 4 0#0#块支架检算块支架检算 4.14.1 外荷载计算外荷载计算 作用在支架上的荷载有 （1）0#段悬臂砼重（砼重量按 2.65tm计） ， P1=311.922.65124=27

9、5.53(t)； （2）模板及支撑系统重按外悬臂砼 25%计算，P2=275.53/4=68.88(t)； （3）人员及堆放材料和设备按 150kg计， P3=11.740.15=7.02(t)； （4）砼施工捣固力按 200kg计，P4=11.740.2=9.36(t)； （5）砼施工冲击力按 200kg计，P5=11.740.2=9.36(t); P=P1+P2+P3+P4+P5=370.15(t)。 4.24.2 纵梁计算纵梁计算 由设计图可知外悬臂长 L=4m，结构为简支梁形式，则可得如下计算简 图： 图三 q=P/L=92.54(t/m)； R1=R2=P/2=185.07(t)；

10、; max 1185.07() 224 LLL MRqt m 纵梁弯矩图（图四） q R1R2 图一 纵梁剪力图（图五） 选用 40a 工字钢，查表的 Ag=86.112cm2（截面面积） ，W=1090cm3（截 面抵抗矩） 。根据规范查表，则：需要 40a 工字钢根数由 2 1.4( /)t cm n= /（W）=13 根，考虑到不稳定系数，共选用 17 根，其中梁 max M 翼缘板下各设置 2 根，腹板宽度下各设置 4 根，中底板下设置 5 根。 挠度计算：应用虑功原理，则有如下方程 （其中 n 为 40a 工字钢根数，J 为惯 2 2 0 2 1 22 L xx fRxqdx nEJ

11、 性矩，E 为弹模） L/400=10mm，挠度值符合要求。4.9fmm 4.34.3 横梁计算横梁计算 由 4.2 纵梁计算得前后底横梁受力 p=R1=R2=185.07(t)；由支架设计 图可知，该结构为两端带悬臂的连续梁，如下计算简图 q2 q1 R1R2R3 q1 q3 q3 图二 （图六） 横梁弯矩图（图七） 横梁剪力图（图八） 由梁设计图得出：0#块段横断面积 21.72，其中翼缘板（两侧）悬 臂横断面积 2.14，腹板（两侧）悬臂横断面积 12.9，中底板和中顶 板横断面积 6.68，根据外力荷载集度与梁断面面积成正比例的原理：则 ，1=54.96 pA q AL 腹 （t m

12、） 总腹 2=12.94 pA q AL 中 （t m ） 总中 3=3.44 pA q AL 翼 （t m ） 总翼 用迈达斯解超静定：R1=R3=62.71(t)，R2=59.67(t)， ， max -20.29()Mt m 、 max 14.03()Mt m 选用双拼 40a 工字钢，查表 40a 工字钢 w=1090cm3,取 ，满足要 2 1.4( /)t cm 2 max 0.93( /) 2 M t cm w 2 1.4( /)t cm 求。 4.44.4 支架水平杆计算支架水平杆计算 由支架设计图知，支架水平杆一端预埋于桥砼内，埋入深度 1m，一端 置于前端钢立柱上，上置两个

13、砂桶间距 3.8m，靠近墩身侧砂桶到墩身砼面 0.47m，由上 4.3 计算知，两侧支架受力最大，前后作用力 P1=P2=62.7(t)。 如下简图计算 （图九） 支架水平杆.剪力图（图十） 支架水平杆.弯矩图（图十一） 应用迈达斯解超静定。 R1=61.55(t)，R2=63.85(t), ， max -24.54()Mt m 、 max 4.38()Mt m 选用两根 40a 双拼槽钢，查表 40a 槽钢 w=879cm3,，取 ，满足要 2 1.4( /)t cm 2 max 1.39( /) M t cm nw 2 1.4( /)t cm 求。 4.54.5 支架立柱计算支架立柱计算

14、由支架设计图知，立柱净高 L=7.9m，由上 4.4 计算知，外侧立柱受 力最大为 N=63.85(t),选用双拼 32a 槽钢作为立柱，查表 Ag=48.51cm2（截 面面积） ，根据规范取，则 2 1.4( /)t cm 2 0.658( /) 2 N t cm Ag ，满足要求。 2 1.4( /)t cm 立柱稳定性计算： 由支架设计图知，立柱上端与水平杆焊接连接，并设有 16a 槽钢作为 横向连系，底端与埋在承台内的钢板进行焊接连接，则取一端固定，一端 铰接的结构形式，则 =1,L=7.9m,查表 36a 槽钢 i=12.5cm， =Li=63.2，查表 =0.85, 2 0.65

15、8( /) 2 N t cm Ag ，满足要求。 2 1.17( /)t cm 5 5 边跨现浇段支架设计图边跨现浇段支架设计图 采用16a槽钢连接 双25a槽钢，口对口， 截面尺寸0.250.32m 直径32.5cm，壁厚8mm螺旋钢管，底部、 顶部焊接3030cm，厚度2cm的钢板。 双36a工字钢 28a工字钢 双32a槽钢，口对口，截面 尺寸0.320.32m 1.2cm厚钢板每隔1m 内圈连接一道缀板 边跨现浇段型钢支架立面图（图十二） 直径32.5cm，壁厚8mm螺旋钢管，底部、 顶部焊接3030cm，厚度2cm的钢板。 双36a工字钢 28a工字钢14根 梁体底模 钢板8040c

16、m 厚度2cm 采用HRB20钢筋，长1.5米，加工成U形，底部 设置弯钩，共设置三道。钩内设钢筋1.21.2米 的网片，钢筋间距为0.15米,采用HRB16钢筋。 采用16a槽钢连接 双25a槽钢，口对口， 截面尺寸0.250.32m 双32a槽钢，口对口，截面 尺寸0.320.32m 边跨现浇段型钢支架侧面图（图十三） 6 6 边跨现浇段支架检算边跨现浇段支架检算 6.16.1 外荷载计算外荷载计算 作用在支架上的荷载有 （1）边跨现浇段悬臂砼重（砼重量按 2.65tm计） ， P1=104.162.657.755.7=203.01(t)； （2）模板及支撑系统重按外悬臂砼 25%计算，P

17、2=203.01/4=50.75(t)； （3） 人员及堆放材料和设备按 150kg计， P3=11.75.70.15=10(t)； （4） 砼施工捣固力按 200kg计，P5=11.75.70.2=13.34(t)； （5） 砼施工冲击力按 200kg计，P5=11.75.70.2=13.34(t)； P=P1+P2+P3+P4+P5=290.44(t)。 6.26.2 纵梁计算纵梁计算 由支架设计图可知：纵梁下共设三条横梁，横梁间距 2.75m，由 6.1 计算知纵梁上外荷载 p=290.44（t） 。则可有如下计算简图： （图十四） 52.81( /) p qt m L 用迈达斯解超静定

18、： R1=25.79(t) R2=190.12(t) R3=74.37(t) ， max -57.72()Mt m 、 max 52.09()Mt m 纵梁剪力图（图十五） 纵梁弯矩图（图十六） 选用 28 工字钢，查表 Ag=55.404（cm2）：W=508cm3按规范取根据规 范查表，则：需要 28a 工字钢根数由 n= 2 1.4( /)t cm /（W）=9 根，考虑到不稳定系数，共选用 14 根，其中梁翼缘 max M 板下各设置 2 根，腹板宽度下各设置 3 根，中底板下设置 4 根。 挠度计算：应用虑功原理，则有如下方程 （其中 n 为 40a 工字钢根数，J 为惯 22 0

19、2 1 22 L xx fRXqdx nEJ 性矩，E 为弹模） L/400=10mm，挠度值符合要求。4.6fmm 6.36.3 横梁计算横梁计算 由支架设计图知：横梁下共设三条支架，间距为 L=3.2m，由 6.2 计算 知：中间横梁受力最大为 R2=190.12（t） ；根据连续梁直线段设计横断面， 可有如下计算图示： （图十七） 由梁设计图直线段断面各部面积为：两个翼缘板 S翼=2.13m2；两个腹 板 S腹=4.66m2；S中=6.6T（m2） ；S总=13.46（m2） ，根据横梁受力分配率与 梁横断面各部面积比率相同的原理： 则 q1=5.68（t/m） ；q2=41.14（t/

20、m） ；q3=19.63（t/m） ； 用迈斯解超静定： R1=61.95(t) R2=66.24(t) R3=61.95(t) Mmax=9.38（t.m） Mmax=-19.94(t.m) 横梁剪力图（图十八） 横梁弯矩图（图十九） 选用 36 工字钢双拼，查表 Ag=76.48（cm2）,W=875(cm3),按规范取 =1.4T/cm2； 则=1.4(T/cm2)满足要求。 2 max 1.14( /) 2 M t cm w 靠墩侧横梁计算与中横梁计算原理相同： （图二十） q1=0.77（t/m）,q2=5.58（t/m）,q3=2.66（t/m） ； 用迈斯解超静定： R1=8.4

21、(t) R2=8.98(t) R3=8.4(t) Mmax=1.27（t.m） Mmax=-2.7(t.m) 选用和中横梁相同的双拼 36 工字钢，可满足要求。 边横梁计算与中横梁计算原理相同： （图二十一） q1=2.22（t/m）,q2=16.09（t/m）,q3=7.68（t/m） ； 用迈达斯解超静定： R1=23.38(t) R2=26.56(t) R3=23.38(t) Mmax=3.89（t.m） Mmax=-7.56(t.m) 选用和中横梁相同的双拼 36 工字钢，满足要求。 6.46.4 支架水平杆计算支架水平杆计算 由支架设计图知：支架水平杆一部分埋入帽石砼以内；外悬臂受力

22、长 5.7m，由三个砂筒传递荷载，三个砂铜间距分别为分别为 2.05m 和 3.45m，靠墩侧砂筒中心到墩侧面砼面距离为（20+20+10）cm。水平杆外 悬部分：由一根斜竖杆和一根直竖杆，支撑间距为 3.45m，由 6.3m 计算知： 中间间排水平杆最大受力 P1=8.98（t） 、P2=66.24（t） 、P3=26.56（t） ，则 可得如下计算图式： （图二十二） 用迈达斯解超静定： R1=8.26（t） ，R2=67.07（t） ，R3=26.46（t） ，Mmax=1.15（t.m） ，M max=-2.97（t.m） 。 水平杆弯矩图（图二十三） 水平杆剪力图（图二十四） 由于

23、R3为斜杆，则对水平杆产生水平拉力，由支架设计图知：斜杆高 10.3m，斜杆支撑在承台上点到水平杆端支点是 3.3m，则斜杆对水平杆产 生拉力 N=26.463.3/10.3=8.48m(t)；选用双拼 25 槽钢：查表 Ag=34.917（cm） =270（cm） ；按规范取=1.4t/cm满足要求。 6.56.5 斜竖向撑杆计算斜竖向撑杆计算 由支架设计图知，斜杆长 L=10.82m，高 10.3m，斜距 3.3m，斜杆与水 平杆焊接连接，与承台墩钢板焊接连接，三条支架设横向连系，由 4.5m 计算知斜杆受竖向力为 26.46（t） ，则斜杆轴向力 N=26.4510.82/18.3=27

24、.79(t)；选用双拼 32 槽钢查表： Ag=48.513（cm） i=270（cm） ，按一端固定一端铰接计，则 u=1，l=10.8（m） ，则 =10801/12.51=86.3，查表 =0.7 则 =N/(2*Ag)=0.4t/cm*=1.4*0.7=0.98（t/cm） 满足要求。 6.66.6 直竖向撑杆计算直竖向撑杆计算 由支架设计图知：竖向撑杆长 10.3m，与水平杆及下承台预埋件焊接 连接，三条支架设横向连系，由 4.5 计算知 直竖向撑杆受力 N=67.06（t） ， 选用双拼 32 槽钢，查表 Ag=48.513（cm） i=12.5（cm） ，接一端固定端 铰接计，则

25、 u=1，l=10.3（m） ，则 =10301/12.5=82.4，查表 =0.72 则 =N/(2*Ag)=0.96t/cm*=1.4*0.72=1.01（t/cm） 满足要 求。 7 7 承台基坑开挖钻孔灌注桩支护计算承台基坑开挖钻孔灌注桩支护计算 74#及 75#墩为跨越呼大高速公路连续梁主墩，承台尺寸为 18.6m14.6m5m。 74#墩原地面标高 1001.45m，承台底标高 995.88m。基坑按坡比 1：0.75 开挖，每边预留 1.6m 施工作业面。则每边基坑开挖尺寸比承台边 缘大 5.725m。 75#墩原地面标高 1001.35m，承台底标高 995.80m。基坑按坡比

26、 1：0.75 开挖，每边预留 1.6m 施工作业面。则每边基坑开挖尺寸比承台边 缘大 5.725m。 基坑防护方式：基坑防护方式采用桩径 1.0m， ，桩长 11m，间距 2.0m 钻孔桩形式对既有高速公路进行防护。采用桩径 0.5m，桩长 8m 的双向水 泥搅拌桩进行防渗，防渗范围到承台开挖线即可，双向水泥搅拌桩连续设 置。具体防护位置见下图。 跨呼大高速公路特大桥连续梁主墩承台防护平面布置（图二十五） 7.17.1 灌注桩支护锚固深度计算灌注桩支护锚固深度计算 第一层土（02.5m）土层重度，粘聚力，内摩 3 1 19.5/rkN m 1 3ckPa 擦角； 1 23 第二层土（2.5m

27、 以下）土层重度，粘聚力,内摩擦 3 2 21/rkN m 2 6ckPa 角； 2 30 第一层土主动土压力系数 22 1 1 23 tan (45)tan (45)0.438 22 a k 第一层土被动土压力系数 22 1 1 23 tan (45)tan (45)2.283 22 p k 第二层土主动土压力系数 22 2 2 30 tan (45)tan (45)0.333 22 a k 第二层土被动土压力系数 .0 22 2 2 30 tan (45)tan (45)3 22 p k 按朗金土压力理论，桩顶部压力为零的临界高度为 11 11 22 30.438 0.46 19.5 0.

28、438 a a ck zm rk 桩后基坑土层分层处 b 点主动土压力强度 b 点上（在第一层土中）： 1 1111 217.38 aab rhkckkPa 上 b 点下（在第二层土中）： 1 1222 29.31 aab rhkckkPa 下 桩后基坑底处 c 点主动土压力强度 1 122222 ()226.79 caa rhr h kckkPa 土压力零点距基坑底面距离 1 1222222 222 ()2() () (19.5 2.521 2.5) 0.3332 6 ( 30.333) 21 (30.333) 0.11 aap pa rhr h kckk x r kk m 桩后土压力分布示

29、意图如下图所示。 土压力强度分布示意图（图二十六） 桩后土压力 1 2 3 1 17.38 (2.50.46)17.73/ 2 1 9.31 2.5(26.799.31) 2.545.125/ 2 1 26.79 0.111.47k/ 2 a a a EkN m EkN m EN m 桩后土压力合力 123 17.7345.125 1.4764.33/a aaa EEEEkN m 合力作用点距地表的距离为 112233 122 2.5 (2.50.46)0.46 17.7321.85 (2.5) 64.3333 2.51 23.275 (2.5) 1.47 (3.50.11)3.35 23 a

30、aaaaa a a E hE hE h h E m 将和代入式aE a h 3 222222 66() 0 ()() a aa papa EHxhE tt r kkr kk 即 3 6.89212.1290tt 解得 ,则得3.26tm 桩最小长度 min 50.11 3.268.37lHxtm 取桩长 l0=11m 7.27.2 灌注桩支护配筋计算灌注桩支护配筋计算 1)采用桥博软件计算内力（模型如右图） 计算防护桩内力，如下： 文档描述: 桥梁博士基础调试 计算类别: 单排弹性基础计算 计算模型示意图（图二十七） - 输入数据: h=3.500 m, h1=2.500 m, h2 = 2.

31、500 m alfa = 0.720, m = 10000.000, n = 1.000, EI = 2594268.000 m*4 外力 P = 0.000 KN, H = 0.000 KN, M 外=0.000 KN-m 外荷载 q1 = 0.000, q2 = 17.380, q3 = 15.880, q4 = 34.210 KN/m 基底不嵌入岩石层 - 计算结果: 地面处桩柱弯矩: Mo=141.1 KN-m, 剪力 Ho=84.3 KN 桩柱顶弯矩: Ma = 0.0 KN-m 地面处桩柱变位: 水平位移 = 0.0005 m, 转角 = -0.0003 弧度 桩柱底弯矩: Mh

32、= -0.0 KN-m 桩柱顶水平位移: delta = 0.0022 m 坐标 位移 弯矩 剪力 土应力 0.00 0.0005 141.1 84.3 0.0 -0.17 0.0005 155.6 80.3 0.8 -0.35 0.0004 168.8 70.3 1.4 -0.52 0.0004 180.0 55.5 1.9 -0.70 0.0003 188.3 37.2 2.3 -0.88 0.0003 192.8 16.4 2.5 -1.05 0.0002 193.7 -5.6 2.5 -1.22 0.0002 190.9 -27.7 2.5 -1.40 0.0002 184.2 -49

33、.0 2.4 -1.58 0.0001 173.7 -68.7 2.1 -1.75 0.0001 160.1 -86.1 1.8 -1.92 0.0001 143.8 -101.3 1.5 -2.10 0.0000 125.8 -111.4 1.0 -2.27 0.0000 105.1 -117.9 0.5 地面以下各点桩身弯矩 -2.45 -0.000084.2 -119.9 -0.1 （图二十八） -2.63 -0.000063.4 -116.8 -0.7 -2.80 -0.000141.6 -105.3 -1.5 -2.97 -0.000126.7 -90.9 -2.1 -3.15 -0

34、.000112.9 -68.2 -2.9 -3.32 -0.00011.9 -40.3 -3.8 -3.50 -0.0001-0.0 -0.0 -4.8 - 计算成功完成 由于以上算出的最大弯矩为 193.7KNm，按每 2m 打一个桩，土压力为永 久荷载乘以 1.2，所以有设计弯矩 1.2 193.7 2464.88kN mM 总 2） 、对圆形截面的钢筋混凝土受弯构件的配筋计算： 确定基本参数： 初选 C30 混凝土，HRB335 钢筋，做直径为 100cm 的钢筋混凝土桩，保护 层厚度 30mm。fcd=13.8N/mm2，fsd=280N/mm2，取 1620，混凝土面积 A=785000m