福州市螺州大桥北汊主桥临时工程边墩钢吊箱计算书.doc

福州市螺州大桥北汊主桥临时工程福州市螺州大桥北汊主桥临时工程 Z10#墩钢吊箱设计墩钢吊箱设计 计计 算算 书书 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司中交武汉港湾工程设计研究院有限公司 二二 OO 九年十二月九年十二月 编 制： 校 核： 审 核： 目 录 1、设计条件、设计条件1 2、设计依据、设计依据1 3、钢吊箱基本尺寸及布置、钢吊箱基本尺寸及布置1 3.1 钢吊箱布置.1 3.2 钢吊箱基本尺寸.3 4、荷载计算、荷载计算3 4.1 风荷载.3 4.2 水流力.4 4.3 波浪力.4 4.4 吊箱上荷载作用方向.4 4.4 钢材及焊缝容许应力.5 5.钢吊箱工况分析及计算钢吊箱工况分析及计算.5 工况一：钢吊箱起吊.5 工况二：浇注封底混凝土.9 工况二：抽水工况.13 工况三：低水位浇筑第一层 1.5m 承台工况.17 1 1、设计条件、设计条件 1.吊箱顶标高：+5.8m 2.吊箱底标高：-1.868m 2.承台顶标高：+3.0m 3.承台底标高：+0m 4.设计高水位：+5.30m(10 年一遇) 5.设计低水位：+1.01m 6.最大风速：36.6m/s 起吊风速：13.6m/s 7.水流流速：1.04m/s 8.钢护筒直径：2m/1.4m 2、设计依据、设计依据 1） 设计委托书及项目部提供的相关文件 2） 港口工程荷载规范 （JTJ21598） 3） 建筑结构荷载规范 （2006 年版） 4） 海港水文规范 （JTJ21398） 5） 港口工程混凝土结构设计规范 （JTJ 26798） 6） 钢结构设计规范 （GBJ 50017-2003） 7)水利水电工程钢闸门设计规范 （DL/T 503995） 8)海港工程设计手册(中册) 9)建筑结构静力计算手册 3、钢吊箱基本尺寸及布置、钢吊箱基本尺寸及布置 3.1 钢吊箱布置 Z10#墩承台平面尺寸为 7m15.4m，四边是半径 1.25m 的倒圆角，承台高 3m。钢吊箱内壁尺寸由承台四周尺寸外扩 30mm 而得，尺寸为 2 7.06m15.46m，壁体高 7.3m。考虑与引桥墩处的钢吊箱周转使用，壁体分块 较多。吊箱平面布置及壁体分块示意图如下： 剖面图： 3 3.2 钢吊箱基本尺寸 壁体高度：7.300m 壁体厚度：0.408m 底板厚度：0.368m 壁体外周长：42.9m 壁体内周长：42.8m 吊箱内面积： 107.74 m2 封底砼总面积： 90.5 m2 钢护筒的总面积： 17.25 m2 钢护筒的总周长：35.8m 4、荷载计算、荷载计算 4.1 风荷载 0 WW zsgzk 式中 风荷载标准值(kPa)； k W 高度 z 处的阵风系数；取 1.78； gz 风荷载体型系数，迎风向取为 0.8，顺风向取为-0.7，背风向取为-0.5； s 风压高度变化系数；取 1.00； z 基本风压(kPa)。 0 W （1）最大风速 V=26.0m/s 时： 2 2 0 126.0 0.4225 16001600 WvkPa 迎风向：1.78 0.8 1 0.42250.60 k Wkpa 顺风向：1.780.71 0.42250.53 k Wkpa 背风向：1.780.51 0.42250.38 k Wkpa 4 （2）起吊风速 V=13.6m/s 时： 2 2 0 113.6 0.1156 16001600 WvkPa 迎风向：1.78 0.8 1 0.11560.16 k Wkpa 顺风向：1.780.71 0.11560.14 k Wkpa 背风向：1.780.51 0.11560.10 k Wkpa 4.2 水流力 AvCF ww 2 2 式中水流力标准值(kN)； w F 水流设计流速(m/s)；取 1.04m/s； v 水流阻力系数； w C 水的密度(t/m3)； 计算构件在与流向垂直平面上的投影面积(m2) A 查得0.73 w C 22 2 1 /1.5 11.040.81 22 www kN pFACv m 4.3 波浪力 按船行波 0.5m 波高考虑，经计算，波浪力比较小，统一按 5KPa 的均布荷载 考虑。 4.4 吊箱上荷载作用方向 波浪力、水流力、风荷载方向如下图： 5 4.4 钢材及焊缝容许应力 依照公路桥涵钢结构及木结构设计规范 ，临时工程 Q235-B 钢材的容许应力： 弯应力、综合应力 145 1.3188MPa 剪应力 85 1.3110MPa 5.钢吊箱工况分析及计算钢吊箱工况分析及计算 工况一：钢吊箱起吊 约束条件：所有起吊点铰接。 本工况条件如下： 类别参数备注 自重-1.2 风速V=13.6m/s 吊箱总重约 80t，实际建模时自重考虑 1.2 倍的放大系数。 模型总图如下： 6 吊索内力如下：（单位：KN） 挑梁应力如下：（单位：MPa） 7 吊杆应力图如下：（单位：MPa） 壁体梁系应力图如下：（单位：MPa） 壁体面板应力图如下：（单位：MPa） 8 底板梁系应力图如下：（单位：MPa） 底板面板应力图如下：（单位：MPa） 吊索最大拉力为 227.4KN。吊杆的最大拉力为 65.1KN 起吊时吊箱各构件最大应力如下表所示： 序号名 称型号应力(MPa)备 注 1挑 梁 HN400200 74.4(-78) 2吊杆 HW150150 40.3 3壁体梁系79.3（-93.7） 4壁体面板t=894.4 5底板梁系79.8（-134.7） 6底板面板t=835.7 9 工况二：浇注封底混凝土 约束条件：挑梁与钢护筒接触点处固结。封底混凝土厚度 1.5 m。 本工况条件如下： 类别参数备注 自重-1 水位+1.01m 流速V=1.04m/s 底板受封底混凝土自重：141.5=21kN/m2，底板考虑 3 kN/m2的波吸力 荷载简图： 模型总图如下： 10 整体变形：（单位：mm） 挑梁应力如下：（单位：MPa） 吊杆应力图如下：（单位：MPa） 11 壁体梁系应力图如下：（单位：MPa） 壁体面板应力图如下：（单位：MPa） 底板主梁应力图如下：（单位：MPa） 12 底板次梁应力图如下：（单位：MPa） 底板加强次梁应力图如下：（单位：MPa） 底板面板应力图如下：（单位：MPa） 13 挑梁在支撑牛腿处的支点反力：（单位：KN） 吊杆的最大拉力为 124.2KN，挑梁与壁体接触处最大剪力 272KN。 浇封底时吊箱各构件最大应力如下表所示： 序号名 称型号应力(MPa)备 注 1挑 梁 HN400200 92.2(-166.8) 2吊杆 HW150150 41.0 3壁体梁系33.4（-23.7） 4壁体面板t=853.2 5底板主梁 HN350175 46.3（-68.4） 6底板次梁 HN10050 35.6（-83.1） 7底板加强次梁 HN200100 89.7（-103.3） 6底板面板t=8177.4 底板面板最大应力出现在底板斜向加强次梁位置。 工况二：抽水工况 考虑自重、水流力、波浪力、水压力、浮托力。 约束条件：封底混凝土与钢护筒接触面上的所有点固结。 荷载简图： 14 整体模型如下： 整体变形：（单位：mm） 环向主梁应力图如下：（单位：MPa） 15 环向次梁应力图如下：（单位：MPa） 竖向次梁应力图如下：（单位：MPa） 16 壁体面板应力图如下：（单位：MPa） 挑梁应力图如下：（单位：MPa） 封底混凝土应力如下：（单位：MPa） 17 钢护筒支点反力如下：（单位：KN） 抽水工况下吊箱各构件最大应力如下表： 序号名 称型号应力(MPa)备 注 1环向主梁 HN400200 69.6（-42.4） 2环向次梁 HN10050 58.4（-50.3） 3竖向次梁 HN350175 47.9（-31.4） 4挑梁 HN400200 14.8（-46.8） 5壁 板t=837.1 6封底混凝土C253.27（-1.07）拉为正 封底混凝土最大拉应力出现在封底混凝土顶部与竖向次梁接触位置处，属 于不同材料变形不同产生的应力集中，封底混凝土底部最大拉应力不到 0.3MPa，可以满足要求。 工况三：低水位浇筑第一层 1.5m 承台工况 考虑自重、水流力、水压力、浮托力、承台 1.5m 混凝土压力。 约束条件：封底混凝土与钢护筒接触面上的所有点固结。 荷载简图： 18 整体模型如下： 整体变形：（单位：mm） 19 环向主梁应力图如下：（单位：MPa） 环向次梁应力图如下：（单位：MPa） 竖向次梁应力图如下：（单位：MPa） 20 壁体面板应力图如下：（单位：MPa） 挑梁应力图如下：（单位：MPa） 封底混凝土应力如下：（单位：MPa） 21 钢护筒