王海龍
摘 要:通過對新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線神池南特大橋框架墩橫梁支架的設(shè)計、計算的詳細(xì)講述,著重介紹設(shè)計計算過程,給今后類似工程的設(shè)計、計算提供參考。
關(guān)鍵詞:框架墩;橫梁;支架;設(shè)計
1 工程概況
新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線工程,神池南特大橋全長3487.435m,中心里程DK176+498.668。本橋于DK175+902.3處跨越神池至岢嵐輸氣管道,管道直徑為0.55m,埋置于地下1.2m左右,與線路夾角為21.4°,輸氣管道協(xié)議要求管道兩側(cè)各8m范圍內(nèi)不許立橋墩;于DK175+980.8處跨越陜京輸氣管道,管道直徑為0.66m,埋置于地下1.2m左右,與線路夾角為24.9°,輸氣管道協(xié)議要求管道兩側(cè)各8m范圍內(nèi)不許立橋墩。根據(jù)協(xié)議要求,35~37#、39#、40#采用框架墩跨越方案。
框架墩軸線沿線路曲線法線方向布置,基礎(chǔ)按圖中與橫梁相交角度布置??蚣軝M梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),其余部分均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。35#墩橫梁長33.3m,36#、37#、39#、40#墩橫梁長30.0m,均采用實心矩形截面,橫梁寬3.2m,高3.0m,與墩柱相接的部分加厚至3.5m;墩柱橫向?qū)?.8m,直坡,墩柱頂縱向?qū)?m,坡率為26:1,采用矩形截面,設(shè)半徑R=10cm圓弧倒角。35~37#、39#、40#墩柱左右側(cè)高均為38.5m,其中框架墩上設(shè)1根橫撐,橫撐中心線距橫梁底17.5m,橫撐截面形式為200*180cm矩形。
為減小施工對輸氣管道的影響和框架墩的橫向跨度,承臺平行于管道中心線布置,35~37#墩承臺與準(zhǔn)朔聯(lián)絡(luò)線交角為70°,39#、40#墩承臺與與準(zhǔn)朔聯(lián)絡(luò)線交角為65°。樁基采用樁徑1.5m鉆孔灌注樁。
2 設(shè)計依據(jù)及各種參數(shù)
2.1 設(shè)計依據(jù)
準(zhǔn)聯(lián)施橋(特)(變)25-Ⅱ;
《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.1-2005);
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計規(guī)范》(GB1002.2-2005);
設(shè)計參數(shù):[σ]=140MPa E=2.1×105N/mm2 [τ]=80MPa
3 橫梁支架設(shè)計計算
框架墩橫撐設(shè)計截面尺寸為200*180cm,兩端與墩身相接處上、下各設(shè)置橫向1m、高0.5m斜面,在澆筑立柱時將斜面混凝土灌注完成??缇酁?5.7m。
3.1外力計算
①混凝土重量按2.65T/m3,合計P砼=653.8(T)
②模板重量按100kg/m2,P模=(3+3+3.2)*25.7*100=23.64(T)
③支架重按砼重的25%計,P支=P砼*25%=653.8*25%=163.45(T)
④人員及材料、設(shè)備按頂平面150kg/m2計, P人、機=3.2*25.7*150=12.33(T)
⑤砼沖擊力及搗固力按頂平面400kg/m2計,P沖搗=3.2*25.7*400=32.9(T)
外力合計ΣP=886.12(T),則q=ΣP/L=34.48(T/m)。
3.2 縱梁計算,計算簡圖如下:
ABC段為9m連續(xù)型鋼梁,DEF段為9m連續(xù)型鋼梁,CD段為7.7m簡支型鋼梁,則ABC、DEF按一次超靜定計算,CD段按簡支計算。
首先計算ABC桿及DEF桿,用邁達斯計算,如圖:
q=34.48(T0)
R1=R3=R4=R6=53.8(T),R2=R5=193.25(T);R3及R4分別為ABC桿和DEF桿對R2和R5產(chǎn)生的作用力。 Mmax=49.37(T-m)。M=-86.2(T-m)(發(fā)生在B點上)??v梁選用45工字鋼,查表W=1430cm3。則n=(根)。選用5根45工字鋼。
CD段對R3和R4作用計算,CD桿按簡支梁計。則;R”3=R”4=132.55(T),R3=R3+R”3=186.35(T);
R4=R4+R”4=186.35(T)。CD桿彎矩計算 Mmax=255(T-m)??v梁選
擇:45工字鋼,查表:w=1430cm3,A=102.45cm2,則n=
根,則選用14根45工字鋼.
3.3 橫梁計算
由簡圖可知,橫梁共6組,一側(cè)3組,兩側(cè)對稱。取三組橫梁中的一組進行受到上縱梁計算中R1(R6)作用,橫梁支點落在三條支架前中后三個支點上,則可得計算簡圖:下圖為在R1(R6)作用下。
計算:由縱梁計算知q1是由A(F)點作用力生成。
q 1= 17.93(T/m).
用邁達斯計算反力及彎矩,如圖:反力N1=N5=11.15(T), N2=N4=10.4(T), N3 =10.68(T)
彎矩計算如下(圖例)
則Mmax=0.2(T-m),Mmax=-0.81(T-m)。選用兩根Ⅰ28工字鋼,查表;W=508(cm3),
取三條中最大的彎矩計算應(yīng)力,則σ=M'2w=0.28(T/cm2)<[σ]=1.4(T/cm2);滿足要求:
3.4 支架計算
由如下計算簡圖進行計算:
由橫梁計算知,兩邊支架受力最大,分別為:
P1=P6=11.15(T),P2=P5=40.07(T),P3=P4=38.64(T)
求解該桁架:NA=P1=11.15(T); NBG = NEH =50(T)(壓);NDH = NCG =69.66(T)(壓);NGH =88(T)(拉)
由結(jié)構(gòu)特點知:n-n截面設(shè)有水平滑移槽,G和H設(shè)有滑移面,則BEGH行成獨立框架桁架。
則NBC=30(T)(壓),NCD=88(T)(壓)。
選擇材料型號,桿件中受力最大為88T,選用雙根36槽鋼,查表Ag=60.91cm2,i=14.0cm,
則σ==0.72(T/cm2)≤[σ]=1.4(T/cm2)。
結(jié)論:滿足要求。
3.5 穩(wěn)定計算:
CD桿兩端按鉸接計,則LCD=7.7m,u=1,則λ==55,查表?=0.86。[σ]·?=1.2(T/cm2)>σ=0.721(T/cm2),滿足要求。
DH(CG)桿穩(wěn)定計算:σ==0.57(T/cm2);取兩端鉸接,
則L=10.82m,u=1,則λ==77.3,查表?=0.731, [σ]·?=1.02(T/cm2)>
σ=0.57(T/cm2),滿足要求。
BG(EH) 桿穩(wěn)定計算:σ== 0.41(T/cm2);
取L=7.5m,兩端鉸接,μ=1,則λ=53,查表;?=0.87
[σ]·?=1.21(T/cm2)>σ=0.41(T/cm2),滿足要求。
GH桿采用D=25精軋螺紋鋼4根,每根設(shè)計抗拉30T,則4根為120T,大于88T;故設(shè)計為安全。
A及F點抗剪計算:按純剪計,τ==0.1 (T/cm2)<[τ]=0.8(T/cm2),滿足要求。
4 砂筒計算
砂筒采用D=30,t=0.8mm的焊管,砂筒填砂高度按h=15cm計,根據(jù)筒內(nèi)為液體原理計(偏安全),如下圖:
砂筒側(cè)壓力和砂頂面壓應(yīng)力相等,取壓力最大支點作為計算值,由上計算知,最大壓力為44.44T,則σ==0.05(T/cm2),
則N=sinθ·dθ·R·h·σ=sinθ·dθ×15.65×15×0.057=
15.65×15×0.05=13.2T則σN=t=1.40T/cm2=[σ]=1.4(T/cm2),滿足要求。
5 牛腿計算
由如下計算圖式
由上計算知NBG=50(T) NCG=69.66(T)
由于斜桿BG與斜桿CG在水平面可滑移,并受GH拉桿限制,對小牛腿只傳遞豎直力。
則豎直力分別為NBG=40.07(T),NCG=38.64(T),在G點產(chǎn)生的彎矩:M=38.64×0.9+40.07×0.3=46.78(T-m),剪力:Q= 40.07+38.64=78.71(T)
采用雙根高45cm,厚5cm鋼板做小牛腿,經(jīng)計算慣性矩、抗彎模量、靜面鉅(z軸以上部分)分別為:(單片)J=26666cm4; w=1333cm3;Smax =1000cm3 腹板厚t=5cmτ==0.29(T/cm2)
<[τ]=0.8(T/cm2),σ===1.75(T/cm2)<[σ] ×1.3=1.82(T/
cm2)。規(guī)范說明臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計值可提高30%;
6 結(jié)束語
本文通過新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線工程,神池南特大橋工程中的具體實例計算,并且在施工過程中取得了良好的效果,為以后的工程積累經(jīng)驗。