门洞受力计算书.pdf

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1、门洞受力计算书门洞受力计算1.编制依据(1)、公路桥涵施工技术规范(2)、公路工程质量检验评定标准(3)、路桥施工计算手册(4)、建筑施工计算手册(5)、公路施工手册下册(6)、建筑结构荷载规范(7)、建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范2.工程概况一、工程概况XX 互通 BK0+632.243 匝道桥位丁益阳至娄底高速公路 XX 互通，下穿 C 匝道和潭邵高速。桥梁起点桩号 BK0+632.243,终点桩号 BK0+732.243,全桥共分三 联分别为(2X 18)+(2 X 23+37+2X 23)+(2X 23+37+2X 23),为等宽预应力 碌现浇连续箱梁结构，桥宽 10.5m。拟设

2、计模板及支架形式模板拟采用 4m 册钢模板，支撑方式采用满堂式碗扣支架。碗扣支架采用WDJWDJ 式支架，架杆外径 4.8cm,4.8cm,壁厚 0.35cm,0.35cm,内径 4.1cm4.1cm。支架顺桥向纵向问 距0.9m0.9m，横隔板处纵向间距 0.6m0.6m，横桥向横向间距梁底为 0.9m,0.9m,翼缘板底为 0.9m0.9m，纵横水平杆竖向问距 1.2m1.2m。考虑支架的整体稳定性，在纵横向布置斜向 钢管剪力撑。3.门洞设计XX 互通 B 匝道桥第 10 跨潭邵高速旧路面上设置门洞。门洞平行丁旧路中心线。基础为两道长 12.00 米、宽 0.8 米、高 0.5 米 C30

3、 混凝土条形基础，条形 基础净宽为 4 米。基础上部每侧设 5 根门洞立柱、门洞立柱中心垂直距离为 4.8 米，（斜距为 5.04 米）门洞净高为 6 米。门柱钢管采用热轧无缝钢管，直径 300mm壁厚 8mm 门柱钢管底部与条形基顶部预埋钢板进行焊接，焊接方式为围焊，四周设 6 块 15 mn 15 mm 10 mm 加劲板。门柱钢管顶部对立柱钢管进 行封口，并沿门柱四周设加劲板与柱身焊接牢固。每排门柱上横桥设 1 道 I50b 号工字钢承重梁，承重梁与门柱底部及周围进 行焊接固定。承重梁上顺桥向在腹板处（按斜距0.63 米）垂直间距 0.6 米布设I50b,在翼板处（按斜距 0.95）垂直

4、间距 0.9 米，在底板处（按斜距 0.95 米）（垂直间距为 0.9 米）布设 I50b,工字钢底部与承重梁进行点焊连接，顶部每2 米用中 16 mm 钢筋将 I50b 工字钢连接为一个整体。连接完成后，垂直丁纵梁 在门洞范围内满布 10cm 10cm 方木，之后按原支架设计图搭设碗扣支架，搭设 支架时，要用纵横钢管与原支架进行连接牢固。门洞侧面图 1门洞王面图4.模量数据方木落叶松，根据路桥施工计算手册，容许弯曲应力为：b w=11MPa 弹性模量：E=9X 103 MPa,容许弯曲剪应力r=1.9MPa,自重为：5KN/n3。A3 钢抗压轴向容许应力：b=140 MPa、容许弯曲应力：b

5、=145MPa 容许剪应力：r=85MPa，弹性模量为 E=2.1X 105 MPa。支架容许最大长细比：入=150查路桥施工计算手册第796 页附表 3-31 可知：50b 工字钢截面面积：A=129.304cnt 截面抵抗矩 W=1940ch 截面惯性矩 I=48600cm4，回转半径为 I=19.4cm，自重为 1.015KN/m,钢材抗拉弯曲应力为 b=145MPa查路桥施工计算手册第781 页附表 3-8 可知，C30 混凝土轴心抗压强度 为17.5MPA 查资料可知：混凝土抗剪强度与抗压强度之比为算时比值取 0.077，经计算混凝土抗剪强度为：1.347MPa顶托重：0.045KN

6、/个。5.荷载组合、计算根据现浇箱梁的特点，通过分析，选取具有代表性及最不利荷载的不同断面、不同部位进行箱梁传递荷载作用下的门洞受力系统分析，取腹板、底板变 截面及翼缘板处进行门洞材料设计及验算。5.1 荷载组合0.065-0.089,计根据现浇箱梁的结构特点，在门洞施工中涉及以下荷载，取值由路桥施 工计算手册第 172 页附表 8-1 可查：1、qi：箱梁自重荷载，钢筋混凝土取值为：26KN/m2、q2：箱梁内模、底模、内模支撑及外模支撑荷载取值：0.8KN/m23、q3：施工人员、施工材料及设备荷载，按匀布荷载计算，计算模板及直接支承的小棱时均布荷载取：2.5KN/m24、q振捣荷载，对水

7、平模板取值为 2.0KN/m2,5、q5：倾倒混凝土产生的冲击荷载取值为：2.0KN/m26、q6：支架或底模方木荷载由路桥施工计算手册第176页附表8-4可知：梁底模及支架计算荷载组合为：(q1+q2+q3+q4+q5+q6)=(26KN/m+0.8KN/m2+2.5KM/n2+2.0KN/m2+2.0KN/m2+q6)由路桥施工计算手册第 175 页附表 8-5 可知包载荷载分项系数为：1.2、活荷载分项系数取值为：1.4。5.2 计算5.2.1 腹板处材料选型、强度、刚度验算作用在腹板位置处的荷载计算：腹板处梁体自重、施工荷载及门洞平台顶部支架作用在平台顶上部的荷载1)腹板处梁体自重及施

8、工荷载：q=1.2 X(26KN/mx 2.21+0.8KN/m2)+1.4 X(2.5KN/m2+2.0KN/nf+2.0KN/m2)=79.012 KN/m22)平台顶部支架作用的荷载：腹板部位支架纵向间距为 0.9cm,横向间距为 0.3 米。查图纸，得到原地面 离桥面顶高度最大为 12.74 米，减去门洞净高 6 米，梁厚 2 米，方木厚度 0.4 米，得立杆的高度为为 4.34 米，设 4 道中 48 mm3.5 mm 纵横连接杆，步矩为 1.0 米。立杆顶部横向设 10X 15cm 方木，纵向方木顶部按问距 30 cm 设 10 x 15cm 方木。作用在门洞平台纵梁上的荷载为：(

9、1)横向方木自重为：q=1.2 X 7KN/R3X 0.6 X 0.1 X 0.15/(0.3 X 0.9)=0.28KN/m2m(2)纵向方木自重为：q=1.2 X 7KN/R3X 1.8 X 0.1 X 0.15/(0.3 X 0.9)=0.84KN/2(3)4.893乂 10-4乂 78.5乂(5乂 4+1.2支架纵横杆、立杆及顶托重量：q=1.2 XX 2X4)+0.045KN/个X 4/(0.3 X 0.9)=5.85KN/m23)平台顶部方木自重由丁门洞纵向工字顶部满铺 100 mm 100 m 而木，纵向工字钢的斜距为 0.63 米，因此作用在纵向工字钢 1 米范围内的荷载为：q

10、=1.2 X 7KN/n3X(1/0.1+1)X 0.63 X 0.1 X 0.1/(0.6 X 1)=0.9702KN/n24)作用在腹板处纵向工字钢上均布荷载为：q=(79.012+0.28+0.84+5.85+0.9702)X 0.63=54.78 KN/m纵梁选型由以上设计可知，纵向工字钢两支点之间的距离为 6.2 米，垂直距离为 5.9 米，呈简支状态支撑在门柱横梁上，按一跨简支梁进行内力计算。(1)内力计算由简支梁计算公式可知，荷载作用下最大弯矩为：M=ql2/8=54.78 KN/mX6.22/8=263.22KN.m(2)选择型钢截面由截面抵抗矩公式可知：W=M/(r=263.

11、22x106N.mm-145N/mr1815.31cm3查路桥施工计算手册第 796 页附表 3-31 可知，50b 工字钢的截面抵抗 矩W=1940c 凯 选 1 根 50b 工字钢截面抵抗矩 W=1940c 和 1845.31cm3,故施工 时选 1根 50b 工字钢作为腹纵向承重梁，可满足受要求。腹板下 50b 工字钢纵向分梁强度、刚度验算(1)作用在腹板下 50b 工字钢纵向分梁的荷载为：q=(79.012+0.28+0.84+5.85+0.9702)X 0.63=54.78 KN/m(2)50b 工字钢自重:q=1.015 KN/m(3)合计荷载为：q=54.78KN/m+1.2x1

12、.015KN/m=55.998 KN/m按一跨简梁进行计算：弯矩：Mmax=qL2/8=55.998KN/m X 6.22/8=269.07KN.m 弯曲应力：b=Mmax/W=269.07KN.rm-1940 cm3=138.7Mpa b=145MPa 刚度：fmax=5ql4/384EI=5 X 55.998 X 6.24X 108/384 X 2.1 X 105x 48600=10.56mr 田=6200/400=15.5mm 剪应力：=55.998 X 6.2 士 2 士 0424F.014=29.25MPa 85 MPa利用 midas 核算了下，：=29MPa,与公式计算相同，剪应

13、力图如下图反力 Ra Rb:Ra=Rb=ql/2=55.998 X 6.2/2=173.59KN经计算腹板处纵梁采用 50b 工字钢跨径按 6.2 米，横向按斜距为 0.63 米布 设，工字钢在荷载作用下的强度、刚度、均满足受力要求。5.2.2 底板处材料选型、强度、刚度验算作用在底板位置处的荷载计算：底板处梁体自重、施工荷载及门洞平台顶部支架作用在平台顶上部的荷载1)底板处梁体自重及施工荷载：q=1.2 X(26KN/nx 0.58+0.8KN/m2)+1.4 X(2.5KN/m2+2.0KN/mf+2.0KN/m2)=28.156 KN/m22)平台顶部支架作用的荷载：底板部位支架纵向间距

14、为 0.9cm,横向间距为 0.6 米，立杆高度为 4.34 米,设 4道中 48 mm 3.5 mm 纵横连接杆，立杆顶部横向设 10X 15cm 方木，纵向方 木顶部按问距 30 cm 设 10X 15cm 方木。作用在门洞平台纵梁上的荷载为：(1)横向方木自重为：q=1.2 X 7KN/R3X 1.2 X 0.1 X 0.15/(0.6 X 0.9)=0.28KN/m22(2)纵向万木自重为：q=1.2 X 7KN/n3X 2.7 X 0.1 X 0.15/(0.6 X 0.9)=0.63KN/m(3)支架纵横杆、立杆及顶托重量：q=1.2 X4.893乂 10-4乂 78.5乂(5乂

15、4+1.5X 2X4)+0.045KN/个X 4/(0.6 X 0.9)=2.76KN/m23)平台顶部方木自重由丁门洞纵向工字顶部满铺 100 mm 100 m 而木，纵向工字钢的斜距为 0.95 米，因此作用在纵向工字钢 1 米范围内的荷载为：q=1.2 X 7KN/n3X(1/0.1+1)X 0.95 X 0.1 X 0.1/(0.6 X 1)=1.463KN/m24)作用在腹板处纵向工字钢上均布荷载为：q=(28.156+0.28+0.63+2.76+1.463)X 0.95=31.625KN/m纵梁选型由以上设计可知，纵向工字钢两支点之间的距离为撑在门柱横梁上，按一跨简支梁进行内力计

16、算。(1)内力计算由简支梁计算公式可知，荷载作用下最大弯矩为：M=ql2/8=31.625 KN/m X 6.22/8=151.96KN.m(2)选择型钢截面由截面抵抗矩公式可知：W=M/(T=151.96 x 106N.mm 士 145N/m 祚 1048cn3查路桥施工计算手册第 796 页附表 3-31 可知，50b 工字钢的截面抵抗 矩W=1940c 凯 选 1 根 50b 工字钢截面抵抗矩 W=1940c3 1048cm,故施工时选 1 根50b 工字钢作为腹纵向承重梁，可满足受要求。腹板下 50b 工字钢纵向分梁强度、刚度验算(1)作用在腹板下 400b 工字钢纵向分梁的荷载为：q

17、=(28.156+0.28+0.63+2.76+1.463)X 0.95=31.625KN/m(2)50b 工字钢自重:q=1.015 KN/m(3)合计荷载为：q=31.625KN/m+1.2X1.015KN/m=32.843KN/m按一跨简梁进行计算：弯矩：Mmax=ql2/8=32.843KN/m X 6.22/8=157.81KN.m6.2 米，呈简支状态支 弯曲应力：b=Mmax/W=157.81KN.rm-1940 cm3=81.35Mpa4 b=145MPa45 刚度：fmax=5ql/384EI=5X32.843X6.2X108/384X2.1X10 x48600=6.19mr

18、r f=6200/400=15.5mm剪应力：r=32.843 X6.2 士 20.424-0.014=17.152 85 MPa反力 Ra Rb:Ra=ql/2=32.843 X6.2 士 2=101.813KN经计算腹板处纵梁采用 50b 工字钢跨径按 6.2 米，横向按斜距为 0.95 布设，工字钢在荷载作用下的强度、刚度、均满足受力要求。5.2.3 翼板处材料选型、强度、刚度验算作用在翼板位置处的荷载计算：翼板处梁体自重、施工荷载及门洞平台顶部支架作用在平台顶上部的荷载1)翼板处梁体自重及施工荷载：q=1.2 X(26KN/m3X 0.5+0.4N/m2)+1.4 X(2.5KN/m2

19、+2.0KN/m2+2.0KN/mf)=25/m22)平台顶部支架作用的荷载：底板部位支架纵向间距为 0.9cm,横向间距为 0.6 米，立杆高度为 4.34 米,设 4道中 48 mnm 3.5 mm 纵横连接杆，立杆顶部横向设 10X 15cm 方木，纵向方 木顶部按问距 30 cm 设 10X 15cm 方木。作用在门洞平台纵梁上的荷载为：(1)横向方木自重为：q=1.2 X 7KN/m3X 1.2 X 0.1 X 0.15/(0.6 X 0.9)=0.28KN/m2(2)纵向方木自重为：q=1.2 X 7KN/n3X 2.7 X 0.1 X 0.15/(0.6 X 0.9)=0.63K

20、N/m2(3)支架纵横杆、立杆及顶托重量：q=1.2 X 4.893 X10-4乂 78.5乂(5乂 4+1.5乂2X 4)+0.045KN/个X 4/(0.6 X 0.9)=2.76KN/m23)平台顶部方木自重由丁门洞纵向工字顶部满铺 100 mm 100 m 而木，纵向工字钢的斜距为 0.95 米，因此作用在纵向工字钢 1 米范围内的荷载为：q=1.2 X 7KN/m3X(1/0.1+1)X 0.95 X 0.1 X 0.1/(0.6 X 1)=1.463KN/m24)作用在腹板处纵向工字钢上均布荷载为：q=(25+0.28+0.63+2.76+1.463)X 0.95=28.63KN/

21、m纵梁选型由以上设计可知，纵向工字钢两支点之间的距离为撑在门柱横梁上，按一跨简支梁进行内力计算。(1)内力计算由简支梁计算公式可知，荷载作用下最大弯矩为：M=ql2/8=28.63 KN/m X 6.22/8=137.57KN.m(2)选择型钢截面由截面抵抗矩公式可知：W=M/(T=137.57 x 106N.mm士145N/m祚948.76cm3查路桥施工计算手册第 796 页附表 3-31 可知，50b 工字钢的截面抵抗 矩W=1940c 凯 选 1 根 400b 工字钢截面抵抗矩 W=1940c 沐 948.76cm3,故施工 时选 1根 50b 工字钢作为腹纵向承重梁，可满足受要求。腹

22、板下 50b 工字钢纵向分梁强度、刚度验算(1)作用在腹板下 400b 工字钢纵向分梁的荷载为：q=(25+0.28+0.63+2.76+1.463)X 0.95=28.63KN/m(2)50b 工字钢自重:q=1.015 KN/m(3)合计荷载为：q=28.63KN/m+1.2X 1.015 KN/m KN/m=29.848KN/m按一跨简梁进行计算：弯矩：Mmax=ql2/8=29.848KN/m X 6.22/8=143.419KN.m6.2 米，呈简支状态支弯曲应力：b=Mmax/W=143.419KN.m 1940 cm3=73.93pa。=145MPa刚度：fmax=5ql4/38

23、4EI=5 X 29.848 X 6.24X 108/384 X 2.1 X 105x 48600=5.63mrr f=6200/400=15.5mm 剪应力：r=29.848 X6.2 士 20.424 士 0.014=15.59MPa翼缘板处作用在横梁上的集中荷载 q=101.813KNk 底板处作用在横梁上的集中荷载q=92.53KN。(2)本次计算利用 midas 建模，计算横梁的相关力学特征来验算。荷载组合为从纵梁传递下的集中荷载力和横梁自重，模型图如下口横梁弯应力分析图如下IB 陌ElElL-KHNLC-UXMuataih-uXMuataih-uXMsnolI_JPiL r jLS

24、U.L7心士嗥UnkbKlUnkbKlWW方督可看出横梁最大剪应力在节点 15 即左起第 15 根工字钢处，=23.281MPa85 MPa,符合要求荷载作用下横梁的弯矩图从图中可看出，Mmax=ql2/8=93KN.m,且为负弯矩。由截面抵抗矩公式可知：W=m/b=93X106N.mm145N/mm=641.38cm3查路桥施工计算手册第 796 页附表 3-31 可知，40b 工字钢的截面抵抗矩 W=1139cm 选 1 根 400b 工字钢截面抵抗矩 W=1139c 知 641.38cm3,故施工时选 1 根 40b 工字钢作为纵向承重梁，可满足受力要求。弯曲应力 b=Mmax/W=93

25、KNm/1139 cm=81.7 MPAV 145 MPA 满足设计要求。横梁在荷载作用下变形图如下Hi IT,骨EKRXOT.-DXOT.-DJ JMCE-KKIMCE-KKIW0M-1W0M-1Moce-iMoce-iDms.-wcce-Dms.-wcce-ITITJcE-JcE-5Ti 5Ti 从图中可看出，变形处最大为 fmax=0.746mm：f=2260/400=5.65mm,满足要求。反力作用图如下KGKG心EE 5CTEE 5CT曜RKVERKVE，号 flFTi CFTi CMMMME-KWMME-KWFll SKREtWaFll SKREtWaFSTIi J53eBETlW

26、3FSTIi J53eBETlW3T.-?FXl CFXl CMMWMEOMWMEOMF?F?I I!M!MCKE-r(KK!CKE-r(KK!STi LSTi LMBTFSMO.MO.辛ElLfElLf脚4Q:4Q:WMWMMJWi IliZaiKIMMJWi IliZaiKIMH-5-TA夜也师旦(4)、截面抵抗矩:W=(E4-d)/4 D=3.14X(304-28.44)/4 X 30=4172.562cm54(5)钢材弹性模量：E=2.1 X 105MPA(6)钢材容许应力b=140 MPA(7)受压构件容许长细比入=150门洞立柱与工字钢横梁按简支设计，故立柱只验算轴心受压和稳定性，

27、验算荷载取最大值，Ra=418.9KN(1)立柱材料选择由应力计算公式：A=R/b=593.9 X 103/140=4242.2mni,在材料选择时，取 安全系数为 2，因此选取材料面积为：4242.2mmx 2=8484.4mnn 施工时选巾 300mm 臂厚为 10 mm!冈管,钢管面积为:A=15(2x 3.14-1402x 3.14=9106mrr8484.4 mr2i 可满足设计要求.(2)门柱强度验算由横梁传递在单根门柱上的集中荷载为：593.9KN,直径 300mnW 厚 10mm 高度为 6 米的钢管自重为：q=1.2 X(0.3-0.28)X 3.14 X 6X 78.5=3

28、5.495KN,因此作用在单根门柱上的集中荷载为：q=593.9KN+35.495KN=629.395KN3由网力公式:RA/A=629.395 X 10/8484.4=74.18MPa 140 MPa,安全系数为K=140MPa/74.18MPa=1.89 经验算立柱强度满足要求。(3)门柱稳定性验算由长细比：入=L/i=600/19.4=30.93 629.395 KN 经验算立 杆稳定性满足要求。经 计 算 门 洞 立 杆 采 用 巾300mm臂 厚 为8mm钢 管，间 距2.26m+2.26m+2.26m+2.26 m 布设，顶部采用 I40b 工字钢呈四个等跨两端悬:臂连 续梁布置承

29、重横梁，纵分配梁采用 I50b 工字钢，在翼缘板处按斜距 0.95 米（垂 直距离0.9 米）布设，腹板处按斜距 0.63（垂直距离 0.6 米）布置，底板处按 斜距 0.95 米（垂直距离 0.93 米）布置，可满足净高 6 米，净宽 5.9 米（斜距 6.3 米）门洞支架受力要求。左起立柱开始，=466.3KN;=478.4KN;=593.9KN;=478.4KN;=466.3KN。可知，；=593.9KN。经计算门洞横向承重梁采用 40b 工字钢强度、刚度满足设计要求。(四)门洞立柱选型及强度、刚度验算由丁门洞净空受设计梁底标高及原路面标高限制，门洞立柱高度取由路桥施工计算手册可得门洞立柱钢管力学特性如下：6 米。(1)、钢管截面积:A=1/4 兀(D*1 2*-d2)=0.25 X 3.14 X(302-28.42)=73.351cm2(2)、截面惯性矩：I=攵(C4-d)/64=3.14 X(304-28.44)/64=7823.56 cm4(3)、回转半径：i=(D2+d2)0.5/4=(302+28.42)0.5/4=10.33cm