桥梁结构计算(高星)

施工中常见的计算项目及计算方法一、概述二、临时工程计算主要设计依据三、临时结构计算的主要原则四、各种构件验算的主要项目五、临时结构设计的一般过程六、临时结构检算的一般步骤七、计算实例1:某特大桥32m＋48m＋32m连续梁检算八、基坑开挖支护计算一、概述我们在桥梁施工中，在施工方案里会用到许多辅助设施，如支架、临时墩、基础、基坑支护结构、便桥等，为确保方案合理以及结构的安全，需要对组成设施的构件材料进行计算校核。1、基础施工大临结构主要包括钢板桩围堰、围护桩、水上施工平台、简易浮吊、钢套箱、沉井、双壁钢围堰、栈桥，以及用于基坑支护的钢板桩、钢轨桩、挖孔桩、土钉墙、地下连续墙等结构2、上部结构施工大临设施现浇梁膺架、连续梁悬臂施工挂篮、0#块施工托架、钢管满堂支架、缆索吊、塔架、制梁场布置、台座设计，利用万能杆件等拼装的可拆装的架桥机、龙门吊等。3、对连续梁施工来说，临时结构包括以下种类0#块施工满堂支架、托架；挂篮；边跨现浇段满堂支架（或贝雷支架、托架）；0#块临时固结设施；合拢段临时锁定设施等。4、临时工程中常用的材料有各种型材（角钢、槽钢、工字钢等）、钢管柱、脚手架、贝雷梁、方木、竹胶板、钢板桩等等。二、临时工程计算主要设计依据1、设计资料及图纸2、行业规范如公路、铁路桥梁设计、施工方面的相关规范及建筑结构设计、施工方面的一些规范（如：钢结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑地基基础设计规范》）等。3、各类设计手册。如：五金手册、钢结构设计手册、钢筋混凝土结构设计手册、建筑施工计算手册、路桥施工计算手册、桥涵施工手册、实用土木工程手册等。4、教科书（如《工程力学》、《结构设计原理》、《材料力学》、《基础工程》等）、类似工程施工实例。三、临时结构计算的主要原则1、一般原则：适用、安全、经济2、追求的原则：结构简单、受力明确、施工便捷3、结构计算如果计算采用手算，为避免繁琐的计算，要采取避繁就简的原则：（1）非等截面的梁部荷载偏安全按最大截面取值；（2）构件按最不利的受力状态进行验算；（3）构件的受力模式采用均布荷载或集中荷载或组合方式；（4）对于型钢等梁式受力构件，要简化成简支梁或连续梁等易于计算的模型。四、各种构件验算的主要项目1、型钢类材料主要做为支架体系中的纵横梁，需要验算其受力状况下的强度、刚度（变形）以及抗剪情况；2、贝雷梁主要应用于便桥、跨度较大的支架结构中，同型钢类一样需要验算强度、刚度（一般作为整体来考虑，即不需要计算其每根杆件的内力）；3、方木主要做为支架顶部的分配梁，其受力型式也为梁式，需要验算强度、刚度、抗剪能力；4、脚手杆一般采取φ48×3.5截面，主要验算其承载力及稳定性；5、扩大基础一般要验算基底的承载力（确定基础底面积，基础埋深及换填厚度）；6、钢管柱类要验算抗压承载力及稳定性（受力，长细比）；7、竹胶板等各种板材主要用于模板制作，主要验算抗弯拉强度、刚度（变形）情况；8、砂筒一般应用于有卸落要求的支架中或用于先简支后连续梁的临时支座，主要是根据承受荷载计算砂筒的内径和壁厚；9、钢管桩、木桩、混凝土桩主要计算确定在设计荷载下桩的入土深度和桩径（混凝土桩还需要进行配筋计算）五、临时结构设计的一般过程1、掌握设计目的在进行临时结构设计之前，首先必须搞清楚设计它的目的，也就是设计的意图是什么。你得明白究竟这个临时结构作用是什么，能不能通过设计达到这个目的。如设计支架，有的人心里说，我设计支架就为了现浇梁，目的很正确，但是我想再问，你的支架跨不跨越公路、铁路？有没有净空要求？有没有限界限制？如果不考虑这些，那所有的现浇梁支架岂不相同，完全可以做一个固定模式，也不用再设计了。再比如设计栈桥，目的是为了跨越沟渠，连接两岸交通，但是让栈桥通什么样的车？运些什么东西？需不需要上下行车道？单行道需不需要设会车台？洪水期间是否考虑正常使用？这些与设计相关的目的如果有一条没考虑到，就会影响整个大桥的施工总体方案，甚至会增加投入，延误工期。2、现场调查踏勘根据桥梁设计图，对现场需设临时结构的施工位置进行调查。主要内容包括。现场材料堆放、吊装是否方便，通往施工场地道路能否运输长大构件；如果跨越公路或铁路，要勘查道路两侧墩身到公路或铁路限界的距离、净空要求、交通流量、路肩或路中可否设置临时墩、挂篮施工是否需设防护棚架；对于制梁场需调查场地大小、地下水文地质情况、线路和梁场的相对位置及线路设计形式。3、结构选型结构选型即根据现场踏勘情况、现有材料设备情况及大临结构的适用范围确定临时设施的形式。如：基坑支护类型的选择；支架类型选择；挂篮类型的选择；临时固结设施选择等等。4、设计概图通过以上“结构选形”步骤，临时结构大体样式已心中有数，下一步就应该结合桥梁设计图及以往施工经验及实例定出结构的大致尺寸，并确定相应的材料规格、尺寸。5、计算、细化结构根据概图，进行计算，再根据计算，对没考虑到的部位补充设计或没通过计算的部位调整设计。如：构件截面的详细设计；节点详细设计（如焊缝高度及长度；螺栓规格型号及布置等等）6、正式出图、出计算单最后根据调整后的设计完善整个结构设计图，并按最终设计进行检算，并出相应设计图及计算单。六、临时结构检算的一般步骤1、计算荷载及其组合荷载一般包括：永久荷载和可变荷载。其中永久荷载包括：结构物自重、模板重量；构成支架的杆件自重等等。可变荷载包括：风荷载；支架上面的作业人员、材料、机具等重量；混凝土冲击及振动产生的荷载等等。2、计算构件的截面特性包括：截面的面积、惯性矩、截面抗弯模量、面积矩、回转半径（型钢可由相应的手册查得）、杆件的长细比3、根据支架构造图及其受力特点画出受力简图4、受力计算及分析利用结构力学及材料力学知识对以上受力简图进行受力分析，最后结合设计规范的有关条文规定判断结构构件是否安全5、手工计算常用的计算简图及计算公式（1）简支梁图式ABl2max/8Mql-+max/2Qql（2）连续梁图式2maxmax0.10.6MqlQql（3）需要掌握的检算公式44M=[]QS=[]Iy50.967()[]384100ffWqlqlwwEIEI抗弯强度计算公式：抗剪强度计算公式：挠度计算公式：（4）压杆的稳定计算=[]=NAliIA计算公式：为稳定系数，可根据长细比由有关表格查出为长度系数，与杆件两端的支承条件有关。杆件一端自由，一端固定可取2，如：钢管柱等垂直支撑；杆件两端铰支可取1，如：脚手架中的立杆，托架的支承杆件，桁架中的杆件等。i为回转半径，可按下列公式计算i=允许长细比+i、矩形截面惯性矩Ix,Iy.截面模量Wx，Wy的计算：33221121121616xyxyIbhIbhWbhWbhbhxxyy(5)几种截面有关参数的计算+ii、圆形截面惯性矩Ix,Iy,Wx,Wy的计算：D43164132xyxyIIDWWDxxyyDxxyyd44441()64()32xyxyIIDdDdWWD224xyDdii假设某钢管柱的计算长度为l0,计算其长细比λ：0liiii、圆管截面的惯性矩Ix，Iy,截面模量Wx,Wy，回转半径i的计算公式：七、计算实例1:某特大桥32m＋48m＋32m连续梁1、0#块施工临时结构检算（1）0#块托架概述某特大桥（32+48+32）m连续梁，有25＃～26＃两个0#块，0#块梁高3.50m，单个0#块总计混凝土方量95.53m2，248.36t。施工采用一次浇注成型。0#块支架分2部分，圆形墩两侧各为一部分，荷载通过底模及横梁传至三角架托架上。（2）设计依据《钢结构设计规范》；《铁路桥梁钢结构设计规范》；《混凝土结构设计规范》；《公路钢木设计规范》；《路桥施工计算手册》；《预埋件设计手册》；《实用建筑结构静力计算手册》；《钢结构》；《竹编胶合板》；设计院施工图。（3）荷载取值及材料特性Ⅰ、荷载取值临时施工结构检算用荷载值包括恒载及可变荷载。恒载主要为结构自重，可变荷载包括施工人员荷载、混凝土冲击荷载及振捣混凝土荷载等。在支架不同部位，荷载值不同。强度检算时采用荷载设计组合值，刚度检算时采用荷载标准组合值，稳定性检算时采用荷载设计组合值，地基强度检算时采用荷载标准组合值。详细荷载取值见下表。名称分项计算高度(m)荷载标准值kN/m2分项系数荷载设计值kN/m2箱梁恒载腹板3.5911.2109.2底板+顶板0.9524.71.229.64翼缘0.2~0.6511.71.214.04模板恒载底模11.21.2侧模41.24.8内模41.24.8活载施工人员11.41.4混凝土冲击21.42.8振捣荷载21.42.8Ⅱ、材料特性所用材料有竹胶板、木材和Q235钢材，材料特性见下表。名称分项压弯应力(MPa)弹性模量(MPa)计算截面b×h(cm)截面特性重量I(cm4)W(cm3)A(cm2)i(cm)kN/m竹胶板横向506100100×1.528.12537.5纵向707400槽钢Q235210206000[8101.025.3木材顺纹13900012×1533754501800.14钢管Q235210206000Φ60×2.03068451022836420.53.86Q235210206000Φ40×1.5336663366181.413.61.42Q235210206000Φ4.8×0.3512.195.084.891.580.04（4）模板检算底模为δ=15mm厚竹胶板，在腹板、底板、翼缘下横桥向设置中心距分别为0.15m、0.2m、0.2m的[8槽钢。模板宽度取1m，对应的截面参数为截面模量W=37.5cm3；惯性矩I=28.125cm4。可将模板简化为4跨连续梁进行计算，跨度分别为0.15m、0.2m、0.2m，见下图。Ⅰ、腹板处底模检算换算均布荷载q设计=(109.2+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)×1=122.2kN/mq标准=(91+1.0+4.0)×1=96.0kN/m正应力计算：22max0.1MMKqlql弯矩=0.1×122.2×0.152=0.275kNmmaxmax0.275100037.5MW=7.33MPa[σ]=50MPa强度满足剪应力计算：最大剪力Vmax=KVql=0.620×122.2×0.15=11.36kN最大剪应力max3311.362210.015Vbh=1.14MPa[τ]=2.8MPa剪应力满足要求44411max0.9670.96796.00.15=10100100100610000028.125wKqlqlEIEI最大挠度计算：=0.27mmL/400=0.375mm刚度满足要求Ⅱ、底板处底模检算取桥底板最大荷载处进行检算。q设计=(29.64+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)×1=42.64kN/mq标准=(24.7+1.0+4.0)×1=29.7kN/m2210.142.640.20.17kN.m10Mql最大弯矩0.1710004.55MPa50MPa37.5MW强度满足44110.9670.96729.70.20=10100100610000028.125qlEI0.210000.27mm0.5mm400400l挠度满足Ⅲ、翼缘处底模检算翼缘处模板上的荷载小于底板下模板上的荷载，但其下槽钢间距相同，均为200mm，所以强度和刚度满足要求。（5）槽钢检算在腹板、底板、翼缘下横桥向设置中心距分别为0.15m、0.2m、0.2m的Q235级[8槽钢，其下方木间距分别为0.3m、0.6m、0.6m。截面参数为：截面模量W=25.3cm3；惯性矩I=101.0cm4。Ⅰ、腹板处槽钢检算换算均布荷载q设计=(109.2+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)×0.15=18.33kN/mq标准=(91+1.0+4.0)×0.15=14.4kN/m正应力计算：22max0.1MMK