钢吊箱计算书.docx

钢吊箱计算书.docx

《钢吊箱计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢吊箱计算书.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

钢吊箱计算书

XXX大桥主墩承台钢吊箱计算书

编制人：

审核人：

批准人：

XXX总包项目部

XXXX年XX月

钢吊箱设计计算书

（主墩钢吊箱）

第一章计算依据

1、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）

2、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）

3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

4、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

5、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）

6、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205－2001）

7、《建筑钢结构焊接技术规程》（JTJ81－2002）

8、《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010）

9、《XXX快速通道XXX至崖门段工程一标段A1施工段小冈大桥主墩钢吊箱施工图设计》

10、《XXX快速通道XXX至崖门段工程一标段A1施工段小冈大桥副墩钢吊箱施工图设计》

第二章结构形式

钢吊箱由底板、侧壁、内支撑、底托梁及钢吊杆等组成，底板为钢筋混凝土结构，其余均为钢结构。

第三章计算参数

第一节计算任务

结构安全：

按下列极限状态承载力公式进行验算：

γ0Sud=γ0（γG1SG1k+γQ1SQ1k）≤Su

刚度要求：

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011），外露结构模板，挠度要求为模板构件跨度的1/250，面板变形为1.5mm，钢棱变形为L/500。

第二节设计条件

1、承台顶标高：

+2.5m

2、承台底标高：

-1.0m

3、设计高水位：

+2.94m

4、设计低水位：

-1.92m

5、水流速度1.32m/s

6、波高：

0.5m（考虑船行波）

7、波浪周期：

3.5s

8、泥面标高：

-10.6m（取最低泥面）

9、护筒规格：

2300mm×12mm（壁厚暂按下限选取）

10、混凝土干容重：

24kN/m3

11、混凝土浮容重：

14kN/m3

12、钢筋混凝土容重：

26kN/m3

13、钢材容重：

78.5kN/m3

14、C50砂浆握裹力：

150kN/m2

15、首层承台浇筑厚度：

1.5m

16、二层承台浇筑厚度：

2.0m

第三节设计荷载

11、钢吊箱自重

底板计算自重取70m3，钢吊箱钢结构计算重量取65t，自重

计。

22、抽水后混凝土底板浮托力

（1）抽水时按高水位+2.94m考虑，作用于底板浮托力约为42kpa；

（2）浇筑1.5m承台时按低水位-1.92m考虑，吊箱底板上无浮托力作用；

33、承台浇筑压力

（1）承台浇筑时竖向压力

浇筑首层1.5m时：

浇筑二层2.0m时：

（2）首层1.5m承台一次性浇筑时壁体所受侧压力

取小值

（3）二层2.0m承台一次性浇筑时壁体所受侧压力

取小值

44、流速1.32m/s下水流压力

55、波高h=0.5m，周期T=3.5s

（1）高水位+3.04m时波浪压力

吊箱壁体在波浪作用面上的波浪压力为倒梯形分布

吊箱在水面处受到波浪压力为：

吊箱在吊箱底部受到波浪压力为：

（2）水位下降至吊箱底板下表面标高处时波浪对底板吸附力

第四节荷载组合

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001），钢吊箱等级为二级，取结构重要性系数γ0=1.0。

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）表4.1.6，自重荷载考虑作用效应分项系数按对结构的承载能力有利时取γG1=1.0，不利对应取值γG2=1.1；水浮力、侧向水压力、流水压力、波浪力等荷载的作用效应系数选取γQi=1.4。

第五节计算工况

工况一：

钢吊箱起吊下放时吊箱及附属结构计算；

工况二：

钢吊箱内抽水后高水位时吊箱结构受力计算；

工况三：

钢吊箱低水位浇筑首层承台1.5m时吊箱结构受力计算；

工况四：

钢吊箱首层承台浇筑完毕拆除内支撑后高水位时吊箱结构受力计算；

工况五：

钢吊箱低水位浇筑二层2.0m承台时吊箱结构受力计算；

第六节各类材料设计指标

C30：

fcd=13.8Mpa，ftd=1.39Mpa。

钢筋（HRB400）：

fsd=330Mpa。

钢绞线：

σk=1860Mpa

钢材的强度设计值（N/mm2）

钢材

抗拉、抗压和抗弯f

抗剪fv

端面承压（刨平顶紧）fce

牌号

厚度或直径（mm）

Q235钢

≤16

215

125

325

>16～40

205

120

>40～60

200

115

>60～100

190

110

Q345钢

≤16

310

180

400

>16～40

295

170

>40～60

265

155

>60～100

250

145

钢绞线

1488

psb930精扎螺纹钢

770

表1

上承重梁和扁担梁（箱型梁）截面特征如下（不考虑局部加强）：

b=500mm,h=600mm,t=20mm,tw=12mm,h0=560mm。

I=2b×t×（h/2-t/2）2=2033232000mm4，W=I/（h/2）=6777440mm3，

A=2b×t+2h0×tw=33440mm2，i=

=246.58mm。

第四章设计计算

第一节工况一：

钢吊箱起吊下放时吊箱及附属结构计算

61、计算内容

钢吊箱于水流缓慢时，缓慢均匀下放过程中，内外水压基本一致，钢侧壁及内撑受到内外水压力一致，且由于起吊下放过程中整个钢吊箱由6束钢绞线悬吊，允许适当的摇摆，因此工况一荷载只考虑钢吊箱自重，不考虑流水压力、波浪力等。

工况一计算内容有：

钢筋混凝土底板强度校核、钢绞线吊绳强度校核、上承重梁强度校核、扁担梁强度校核、精扎螺纹钢强度校核。

72、钢筋混凝土底板强度校核

钢吊箱下放吊点布置如下图：

图1

由于纵横向均布置暗梁，吊点位置均位于纵暗梁上。

从图上可看出横向吊点间距比纵向吊点间距大。

横向暗梁有3组，纵向暗梁有5组，暗梁配筋均一致，底板面板纵横向配筋一致，底板厚度均为500mm。

由于纵向每排4吊点均通过扁担梁均摊，从上图和分析中可得知只要横向受力满足要求，纵向也同样满足要求。

将钢吊箱自重荷载γGG=1.4×2470=3458KN沿横向均布，钢筋混凝土底板受力校核不考虑开孔部分和钢侧壁支撑处宽度，即底板计算宽度为75+150+75-45-45=210cm。

受力模型如下：

图2

弯矩计算结果：

图3

剪力计算结果：

图4

钢筋混凝土底板采用C30砼，HRB400钢筋，厚度为600mm。

底板为矩形双向对称配筋，受拉区有210/15+1=15φ12，4×4=16φ25。

As=15×113.1+16×490.9=9550.9mm2，fsd=330Mpa，as=a,s=44.5mm，h0=h-as=600-44.5=555.5mm，则

Mu=fsdAs（h0-a,s）

=330×9550.9×（555.5-44.5）

=1610568267

=1610.6KNm>Mmax=1539KNm，满足要求。

，满足要求。

83、钢绞线强度校核

一束钢绞线为19根φ15.24mm抗拉强度标准值1860Mpa高强低回缩钢绞线，公称截面积为140mm2，单数钢绞线强度设计荷载为

。

钢吊箱自重G=2470KN，起吊下放过程可视为动荷载，荷载作用效应系数取γG1=1.4，单个钢套箱共6根钢绞线吊绳。

γ0Sud=γ0（γG1SG1k+γQ1SQ1k）=1.0×1.4×2470=3458KN≤Su=6×3958=23748KN，满足要求。

94、上承重梁强度校核

每根上承重梁支撑点为3根钢护筒共6个支点，保守起见，受力模型以支承钢护筒各自的中心点作为支撑点，铰接。

上承重梁上有3台千斤顶传递荷载，每台千斤顶传递荷载F=3458/6=576.3KN。

受力模型图如下：

图5

弯矩计算结果如下图：

图6

最大弯矩Mmax=485.7KNm，σ=Mmax/W=485.7×106/6777440=71.6MPa<[σ]=310Mpa，满足要求。

剪力图如下：

图7

最大剪力Vmax=387.9KN，τ=Vmax/A=387.8×103/33440=11.6MPa<[τ]=170MPa，满足要求。

105、扁担梁强度校核

受力模型如下：

图8

弯矩图如下：

图9

Mmax=341.3KNm<485.7KNm，满足要求。

剪力图如下：

图10

Vmax=290.9KN<387.9KN，满足要求。

116、精扎螺纹钢强度校核

单根psb930φ32mm精扎螺纹A=3.14×322/4=803.84mm2，钢抗拉设计值[N]=770×803.84=618956.8N=619KN。

所受荷载N=288.15KN<[N]=619KN，满足要求。

综上，工况一满足强度要求。

第二节工况二：

钢吊箱内抽水后高水位时吊箱结构受力计算

121、计算内容

钢吊箱钢护筒周边封堵抽水后，外部水头高，须考虑最高水位浮力、流水压力、波浪力等荷载。

工况二需要计算底板强度校核、钢护筒周边封堵砼强度校核、拉压杆强度校核、钢侧壁强度校核、钢吊箱内撑强度校核。

132、钢筋混凝土底板强度校核

高水位时，吊箱在吊箱底部受到波浪压力为：

，底板受到水浮托力约为42kpa，钢吊箱抽水后高水位底板受到浮力和波浪力合计

。

环钢护筒周边采用剪力板与底板固接，保守起见，取如下图两个最不利位置计算。

其中位置1为计算模型为简支，位置2为悬臂。

保守起见，不考虑底板自重有利荷载。

图11

位置1：

Mmax=γQ1pbl2/8=1.4×47.5×1.5×4.52/8=252.5KNm，

Qmax=γQ1pbl/2=1.4×47.5×1.5×4.5/2=224.4KN。

位置2：

Mmax=γQ1pbl2/2=1.4×47.5×1.5×2.42/2=287.28KNm，

Qmax=γQ1pbl=1.4×47.5×1.5×2.4=239.4KN。

对比两个位置，取Mmax=287.28KNm，Qmax=239.4KN。

钢筋混凝土底板采用C30砼，HRB400钢筋，厚度为600mm。

为简化为矩形双向对称配筋，受拉区有150/15+1=11φ12，8φ25。

As=11×113.1+8×490.9=5171.3mm2，fsd=330Mpa，as=a,s=44.5mm，h0=h-as=600-44.5=555.5mm，则

Mu=fsdAs（h0-a,s）

=330×5171.3×（555.5-44.5）

=872036319Nm

=872KNm>Mmax=287.28KNm，满足要求。

，满足要求。

143、钢护筒周边封堵砼强度校核

高水位时，吊箱在吊箱底部受到波浪压力为：

，底板受到水浮托力约为42kpa，钢吊箱抽水后高水位底板受到浮力和波浪力合计

。

单个护筒封堵砼底部面积S=3.14×（2.62-2.22）/4=1.50m2，受浮力和波浪力合计Q1=47.5×1.50=71.6KN。

荷载作用效应系数取γQ1=1.4，不考虑封堵砼自重有利荷载。

高水位抽水后，封堵砼受竖向荷载合计F=γQ1Q1=1.4×71.6=100.2KN。

γ0Sud=1.0×100.2KN=100.2KN<150×3.14×2.2×0.5=518.1KN，满足要求。

154、拉压杆强度校核

高水位时，吊箱在吊箱底部受到波浪压力为：

，底板受到水浮托力约为42kpa，钢吊箱抽水后高水位底板受到浮力和波浪力合计

。

钢筋混凝土底板面积S=145.3m2，受浮力和波浪力合计Q1=47.5×145.3=6901.75KN。

荷载作用效应系数取γQ1=1.4，钢吊箱自重G=2470KN，自重对承载能力有利，取作用效应系数γG=1.0。

高水位抽水后，钢吊箱受竖向荷载合计F=γQ1Q1-γGG=1.4×6901.75-1.0×2470=7192.45KN。

每根钢护筒上设置4根拉压杆，8根钢护筒共设置32根拉压杆，平均每根拉压杆受压力N=7192.45/32=224.8KN。

单根拉压杆计算长度为3m。

拉压杆采用背对背双拼[18b，背对背净距5cm。

弱轴为实轴。

双拼2[18b实轴截面特征I=1369.9×2=2739.8cm4，W=152.2×2=304.4cm3，A=29.29×2=58.58cm2，Q235钢。

压应力σN=224.8×1000/（58.58×100）=38.4MPa<[σ]=210MPa，满足要求。

稳定性验算，保守假设两端铰接。

Fcr=π2EI/l2=3.142×2.1×1011×2739.8×10-8/32N=6303KN>224.8KN，满足要求。

165、钢侧壁强度校核

A、面板强度校核

δ6mm厚面板，Q235钢，两横肋中对中最大间距0.5m（圆弧段），横肋I1翼板宽68mm，去计算跨径0.45m，两端固接。

侧向最大水压力42KPa，波浪力最大5.1KPa，流水压力最大0.5KPa，保守考虑面板承受最大荷载为42+5.1+0.6=47.6KPa。

活荷载，荷载作用效应系数1.4。

受力模型为两端固接，跨径0.3m，均布荷载1.4×47.6=66.64KN/m，最大弯矩Mmax=1.126KNm，Vmax=15.02KN。

宽1m厚δ6mm面板截面特征为I=bh3/12=1×0.0063/12=0.000000018m4，W=I/（h/2）=2I/h=bh2/6=0.000006m3，A=1×0.006=0.006m2。

σmax=Mmax/W=1.126×1000/0.000006=187666667Pa=187.7MPAa<[σ]=210MPa，满足要求。

τmax=Vmax/A=15.02×1000/0.006=2503333Pa=2.5MPa<[τ]=120MPa，满足要求。

B、竖向强度校核

竖肋[18b，间距0.5m，底节模板2.75m。

该节底部混凝土底板支承，顶部中间环向主梁支承。

保守起见，受力模型考虑跨径2.75m，两端铰接，受均布荷载66.64KN/m。

考虑1m宽范围，共有2根[18b，2[18b截面特征I=1369.9×2=2739.8cm4，W=152.2×2=304.4cm3，A=29.29×2=58.58cm2，Q235钢。

经计算，Mmax=63.52KNm，σmax=Mmax/W=63.52×1000/（304.4×10-6）Pa=208.7Mpa，满足要求。

顶节跨径及荷载均比底节小，顶节和底节模板竖肋设计一致，因此顶节也满足。

C、横向强度校核

面板+横向[10+竖向[18b+横向I25a形成格构式构件，如下图：

图12

该格构式Ix=381878579.1mm4，W=3122246.861mm3，保守考虑承受面板传递最大荷载66.64KPa。

经计算，Mmax=170.1KNm，σmax=Mmax/W=170.1×1000/（3122246.861×10-9）Pa=54.5Mpa，满足要求。

176、钢吊箱内撑强度校核

考虑钢吊箱外侧面板最大荷载66.64KPa，最高水位时，垂直流水面侧板最高水面荷载5.1KPa（波浪力）。

也就是荷载从最高水位处到底部由5.1KPa变化到66.64KPa，线性递减。

钢吊箱高度4.75m，最高水位+2.94，横桥向侧板计算宽度为18.1m，最高水位荷载为5.1×18.1=93.31KN，模板底处荷载为66.64×18.1=1206.2KN。

考虑受力模型如下：

图13

纵桥向3根φ630mmδ10mm螺旋管所受轴力为500KN，单根承受荷载500/3=166.7KN。

完全可以满足要求。

（注：

钢栈桥螺旋管承载力一般要求单桩500KN以上，同样采用该型号螺旋管，通过简单对比，可以得出结论。

）

同样可以计算出横桥向单根φ630mmδ10mm螺旋管满足受力要求。

综上，工况二满足要求。

第三节工况三：

钢吊箱低水位浇筑首层承台1.5m时吊箱结构受力计算

浇筑首层1.5m时：

，考虑荷载效应分项系数1.1，则γFF=1.1×39=42.9Kpa。

最低水位-1.92m。

最低水位时水形成荷载对钢吊箱作用为0。

由于42.9Kpa<66.64Kpa，根据工况二强度校核，浇筑首层承台1.5m时钢侧壁、内撑荷载小于工况二，故钢侧壁、内撑强度满足要求。

工况三计算内容有：

钢筋混凝土底板强度校核、剪力板强度校核、面板刚度校核、钢侧壁刚度校核。

钢筋混凝土底板强度校核

浇筑首层1.5m时：

，比工况二高水位套箱抽水后底板所受水浮力和波浪力合计压力小，因此满足要求，计算略。

剪力板强度校核

钢吊箱自重2470KN，考虑荷载分项系数

，承台面积S=121.1m2，首层1.5m高钢筋混凝土自重

，钢吊箱和首层钢筋混凝土自重合计：

。

单根钢护筒有16块剪力板，8根钢护筒共128块剪力板，平均单块剪力板所受竖向荷载6180.46/128=48.3KN。

剪力板厚20mm，长150mm，抗剪设计值fv=120Mpa，抗剪强度20×150×120=360KN>48.3KN，满足要求。

注：

剪力板与钢护筒焊接采用两侧开破口焊接，焊接位置抗剪强度大于原材抗剪强度。

面板刚度校核

首层钢筋混凝土浇筑1.5m，第二层浇筑2m，低水位浇筑第二层承台砼时面板所受荷载比第水文浇筑第一层砼时大，钢侧壁模板设计上下一致，因此，若低水位浇筑第二层2m高砼满足面板刚度要求，则浇筑首层时同样满足，计算详见工况五，此处计算约。

钢侧壁横向刚度校核

两根内撑管φ630mm钢管最大间距为4.5m，位于直面板位置，取跨径l=4.5m，两端简支。

直面板钢侧壁结构为：

面板+横向[10+竖向[18b+横向I25a形成格构式构件，如下图：

图14

取单位长度1的钢侧壁，截面特征值Ix=381878579.1mm4=3.819×10-4m4，高度h=2m的承台现浇砼对侧模板刚度计算时的侧压力36.4Kpa。

ƒmax=5ql4/（384EI）=5×36.4×1000×4.54/（384×2.1×1011×3.819×10-4）

=0.0024m

<4.5/250=0.018m，满足刚度要求。

综上，工况三满足要求。

第四节工况四：

钢吊箱首层承台浇筑完毕拆除内支撑后高水位时吊箱结构受力计算

浇筑完首层砼拆除内撑系统后，最高水位+2.94，首层砼顶面高程为+0.5m，首层承台砼顶面以上钢侧壁为悬臂结构，悬臂2.94-0.5=2.44m，受力模型为一段固接，悬臂2.44m杆件结构。

所受侧向力有水压力、流水压力、和波浪力，均为动荷载，荷载效应分项系数

。

最高水位+2.94m时，+0.5m位置水压力最大，最大水压力为10×2.44=24.4Kpa，水面顶面水压力为0，折线荷载。

考虑荷载效应分项系数1.4，最大水压力为

。

流水压力为0.5Kpa，均布荷载。

考虑荷载分项系数1.4，则流水压力为

。

最高水位时，水面顶面（高程+2.94m）的波浪力为

，吊箱在吊箱底部（高程-1.5m）受到波浪压力为：

，波浪对钢侧壁荷载呈倒三角形分布，则首层砼顶面（高程+0.5m）位置波浪力通过计算得

。

计算内容：

钢侧壁于首层承台砼顶面以上作为悬臂结构的承载力。

考虑单位宽度1m的受力模型如下图：

图15

弯矩计算结果如下图：

图16

剪力计算结果如下图：

图17

钢侧壁直面板竖肋为[18b，间距50cm，圆弧段竖肋为I25a，间距120.4cm。

[18b：

Wx=152.2cm3，A=29.29cm2。

I25a：

Wx=401.88cm3，A=49.5cm2。

单位长度1m宽度范围直面板有1/0.5=2根[18b，圆弧段有1/1.204=0.83根I25a。

则直面板单位长度内W’x=2×152.2=304.4cm3，A’=2×29.29=58.58cm2。

圆弧段单位长度内W’x=0.83×401.88=333.6cm3，A’=0.83×49.5=41.1cm2。

取W’xmin=304.4cm3，A’min=41.1cm2。

σ=Mmax/W’xmin=49.38×1000/304.4=162MPa<[σ]=210Mpa，满足要求。

τ=Vmax/A’xmin=54.73×1000/（41.1×10-4）=13316301Pa=13.3Mpa<[τ]=120MPa，满足要求。

注，为方便计算，钢侧壁承受侧向荷载均由竖肋单独承担，实际上，竖肋和面板、横肋及外侧加强型钢共同形成格构式结构，截面特征比竖肋单独计算大，故结果偏于保守，满足要求。

综上，工况四满足要求。

第五节工况五：

钢吊箱低水位浇筑二层2.0m承台时吊箱结构受力计算

浇筑第二层2.0m承台时，拆掉内撑钢结构，改为钢侧壁顶部采用φ25mm精扎螺纹钢对拉（间距2m，顶部设置2[18b对拉加强横向梁）。

由于低水位，不考虑水压力、流水压力及波浪力荷载对钢侧壁的影响。

浇筑承台第二层混凝土时可以将钢侧壁视为上下铰接杆件，由于底部止推块设置密集，顶部对拉杆间距2m+对拉加强横向梁，可不用考虑计算钢侧壁横向强度和刚度。

工况五计算内容有：

钢侧壁面板强度和刚度校核、钢侧壁竖向强度和刚度校核、对拉φ25mm精扎螺纹钢强度校核。

181、钢侧壁面板强度和刚度校核

钢侧壁面板最大跨度为圆弧段，间距0.5m，采用I10作横肋。

I10翼板宽68mm，两I10净距为0.5-0.068=0.432m，取计算跨径l=0.45m，两端固接。

取单位长度1的δ6mm面板，截面特征值为I=bh3/12=1×0.0063/12=1.8×10-8m4。

高度h=2m的承台现浇砼对侧模板刚度计算时的侧压力36.4Kpa。

强度校核：

浇筑第二层同时面板承受荷载小于工况二时面板承受荷载，故满足要求。

刚度校核：

面板最大挠度：

ƒmax=ql4/（384EI）=36.4×1000×0.454/（384×2.1×1011×1.8×10-8）

=0.001m

=1mm<1.5mm，满足刚度要求。

192、钢侧壁竖向强度和刚度校核

为方便计算，将荷载范围适当加大到拉杆位置。

受力模型如下图：

图18

其中a=2.9m，b=1.75m，q=36.4KN/m，l=4.65m。

考虑荷载效应分项系数1.1，则计算时取q’=1.1×36.4=40.04KN/m。

A、强度校核：

当

时，

取W’xmin=304.4cm3，A’min=41.1cm2，Imin=2×1369.9=2739.8cm4。

则σ=Mmax/W’xmin=50.12×1000/304.4=164.7Mpa<[σ]=210Mpa，满足要求。

τmax=Qmax/A’=24.1×1000/（41.1×10-4）=5863747Pa=5.86Mpa<[τ]=120Mpa，满足要求。

B、刚度校核：

满足要求。

203、对拉φ25mm精扎螺纹钢强度校核

经过简单计算即可得到满足要求，计算略。

综上，工况五满足要求。

第五章结论

综上得知，钢吊箱设计计算满足承载力强度和刚度要求。