(40++40)m预应力混凝土连续梁临时支墩计算书

(40++40)m预应力混凝土连续梁

临时支墩计算书

目 录

一、项目概况........................................................................................................ 1 二、计算依据........................................................................................................ 1 三、计算荷载........................................................................................................ 2

3.1 梁体自重不均匀..................................................................................... 2 3.2 8#块混凝土浇筑不同步.......................................................................... 2 3.3 8#块浇筑时挂篮移动不同步及挂篮机具重量偏差.............................. 2 3.4 施工材料堆放不对称............................................................................. 3 3.5水平风荷载.............................................................................................. 3 3.6 竖向风荷载............................................................................................. 3 3.7 荷载组合................................................................................................. 3 四、临时支墩验算................................................................................................ 4

4.1 模型......................................................................................................... 4 4.2 计算结果................................................................................................. 4 4.3 临时支墩承载力验算............................................................................. 5 4.4 临时支墩间支撑的计算......................................................................... 7 五、临时支墩与承台固结验算............................................................................ 7

5.1 局部承压验算......................................................................................... 7 5.2 临时支墩与承台连接构造建议............................................................. 8 六、临时支墩与梁体固结验算............................................................................ 8

6.1 计算方法及模型..................................................................................... 8 6.2 荷载及边界条件..................................................................................... 9 6.3 工况一a计算结果 ............................................................................... 10 6.4 工况一b计算结果............................................................................... 13 6.5 工况二计算结果................................................................................... 17 6.6 结果分析............................................................................................... 20

6.6.1 箱梁整体受力............................................................................ 20 6.6.2 支墩处箱梁底板横向受力........................................................ 20

6.6.3 支墩顶处箱梁局部承压............................................................ 22

七、桥墩桩基计算.............................................................................................. 22

7.1 下部结构构造....................................................................................... 22 7.2 不考虑成渝线桥墩计算....................................................................... 23

7.2.1模型............................................................................................. 23 7.2.2 计算结果.................................................................................... 24 7.3 考虑成渝线桥墩计算........................................................................... 25

7.3.1模型............................................................................................. 25 7.3.2 计算结果.................................................................................... 25

八、结论及建议.................................................................................................. 27

8.1结论........................................................................................................ 27 8.2建议........................................................................................................ 27

一、项目概况

(40++40)m双线预应力混凝土连续梁，采用挂篮悬臂浇筑施工。该梁部为变截面箱梁，设有2个T构，每个T构设有1个0#块和7个悬浇节段，0#块梁高5.3米，合龙段以及边跨现浇段梁高为2.9米，梁体高度自悬臂根部至6#段端截面按二次抛物线变化。该段连续梁下部主墩为圆端形实体墩，墩身高度均为3米。桥梁合龙顺序为先边跨后中跨，最终完成体系转换调整成桥内力。桥梁合龙前，梁体固结于临时墩身上，待中跨合龙后拆除临时支墩。

临时支墩设于主墩两侧，支墩采用钢管混凝土截面，直径1m，钢管壁厚12mm，钢管内混凝土采用C40混凝土。每个0#块下设四根钢管混凝土支墩，纵向间距5m，横向间距5m。

300600300IV150Φ1m钢管，壁厚12mm垫 石IIΦ25预埋钢筋50075I25a横向连接Φ1m钢管，壁厚12mm519墩 身C40混凝土Φ25预埋钢筋与钢管焊接75150垫 块III175600IIIIIII175IVI25a横向连接承 台

图1 临时支墩示意图

本次计算包括临时支墩的强度、稳定验算及支墩与承台、0#块混凝土的连接计算、局部承压计算等内容。

二、计算依据

1、《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005

2、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005 3、《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》TB10002.4-2005

1

4、《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005

5、《铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬灌浇注施工技术指南》TZ324-2010 6、《铁路桥涵施工规范》TB10203-2002

7、《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28:90 8、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版) 9、《钢结构设计规范》GB50017-2003 10、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

三、计算荷载

桥梁对称悬臂浇筑到最大悬臂状态时，T构受施工荷载、风荷载等的影响，此时临时支墩受力最不利，故计算以最大悬臂状态为基本结构进行验算。计算荷载工况包括：

1）梁体自重不均匀 2）8#块混凝土浇筑不同步

3）8#块浇筑时挂篮移动不同步及挂篮、施工机具重量偏差 4）施工材料堆放不对称 5）水平风荷载 6）竖向风荷载

3.1 梁体自重不均匀

梁体混凝土容重取26.5kN/m3，考虑梁体自重不均匀，1’#～7’#超重5%，1#～7#自重减少5%，即1’#～7’#块容重取27.825 kN/m3，1#～7#块容重取25.185 kN/m3。

3.2 8#块混凝土浇筑不同步

边跨合龙段8#块混凝土重量为51.15t，本桥为先合龙边跨，后合龙中跨，所以加载时将边跨合龙段混凝土重量加在T构上，中跨合龙段不加载。

3.3 8#块浇筑时挂篮移动不同步及挂篮机具重量偏差

边跨合龙时边跨挂篮前进一节段，中跨挂篮不移动，挂篮及机具重量取

2

550kN。考虑挂篮、施工机具重量偏差，左侧挂篮机具重乘以1.2，右侧挂篮机具重乘以0.8。

3.4 施工材料堆放不对称

考虑梁体上堆放工具材料，左侧悬臂作用有10kN/m均布荷载，右侧悬臂空载。

3.5水平风荷载

根据《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005第4.4.1条，风荷载强度：

WK1K2K3W0

基本风压值W00.35kN/m2 风载体型系数K11.3 风压高度变化系数K21.0 地形地理条件系数K31.0

故WK1K2K3W01.31.01.00.350.455kN/m2 支点处梁体风荷载大小：0.4555.32.41kN/m 跨中处梁体风荷载大小：0.4552.91.32kN/m

计算T构风荷载效应时，分左右悬臂均加载和只加一侧分别计算，取最不利情况。

3.6 竖向风荷载

风荷载强度仍取W0.455kN/m2，竖向风荷载大小为：

0.45511.255.12kN/m

考虑不对称加载，即左侧风荷载向下，右侧风荷载向上。

3.7 荷载组合

按最不利情况，参考《钢管混凝土结构设计与施工规程》和《建筑结构荷载规范》，荷载组合为：

组合一：1.2×(1)+1.4×[(2)+(3)+(4)]+ 1.4×0.7×(5)

3

组合二：1.2×(1)+1.4×[(2)+(3)+(4)]+ 1.4×0.7×(6)

四、临时支墩验算

4.1 模型

采用MIDAS/CIVIL建立空间模型，用空间梁单元模拟主梁及临时支墩，将上述荷载分别施加在T构上，并按荷载组合计算支墩的受力情况。

图2 T构有限元模型图

4.2 计算结果

计算得到在组合一及组合二作用下四根临时支墩的内力如下表：

表1 临时支墩内力计算表

单 元 1 1 2 2 3 3 4 4 1 1 2 2 3 3 组 合 一 (最小) 组 合 一 (最大) 荷载 位 置 I J I J I J I J I J I J I J 轴向 kN 剪力-y kN 剪力-z kN 剪力 合成 kN 扭矩 弯矩-y 弯矩-z kN*m 弯矩 合成 kN*m kN*m kN*m -12005.2 -28.1 -173.6 175.9 0.9 -753.1 -88.4 758.3 -12139.8 -28.1 -173.6 175.9 0.9 -13182.0 -28.0 -145.4 148.1 0.9 -750.5 -885.1 -1630.6 -1765.2 18.1 18.1 18.1 18.1 176.0 177.0 1.1 203.8 204.6 1.1 228.4 100.1 249.4 155.2 319.0 391.1 99.8 184.5 33.3 320.7 33.4 392.6 -13047.4 -28.0 -145.4 148.1 0.9 -679.9 -88.0 685.6 176.0 177.0 1.1 -517.2 52.1 519.8 203.8 204.6 1.1 -5.3 52.1 591.6 58.0 160.4 57.7 95.7 -12028.7 -44.6 -203.9 208.7 -23.4 -831.9 -131.9 842.3 -12163.3 -44.6 -203.9 208.7 -23.4 149.6 -13205.5 -44.5 -175.8 181.3 -23.4 76.4 -790.7 -925.3 -13070.9 -44.5 -175.8 181.3 -23.4 -758.8 -131.6 770.1 -24.9 145.6 147.7 -23.3 239.8 -77.1 251.9 -24.9 145.6 147.7 -23.3 -596.4 -60.8 599.5 4

4 4 1 1 2 2 3 3 4 4 组 合 二 I J I J I J I J I J -1670.8 -24.8 173.3 175.1 -23.3 311.9 -77.1 321.3 -1805.4 -24.8 173.3 175.1 -23.3 -668.5 -60.8 671.3 -12453.9 -1.8 -12588.5 -1.8 -13605.6 -1.7 -13740.2 -1.7 -243.0 -377.6 -1199.9 -1334.5 1.8 1.8 1.8 1.8 -173.4 173.4 1.1 -771.5 -21.9 771.8 -173.4 173.4 1.1 -176.1 176.1 1.1 176.1 176.1 1.1 173.4 173.4 1.1 130.2 -12.4 130.7 137.2 -12.7 137.8 300.2 293.4 -9.7 300.4 -9.7 293.5 -176.1 176.1 1.1 -778.5 -21.6 778.8 176.1 176.1 1.1 -615.3 -18.8 615.6 173.4 173.4 1.1 -608.4 -18.9 608.7

4.3 临时支墩承载力验算

（1）轴力最大工况

根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28:90，对钢管混凝土单肢柱的承载力进行验算。由表1可知，4根临时支墩均未出现受拉，2#临时支墩在组合二作用下受力最不利，故对其进行验算，其设计内力如下：

Nd13740.2kN Md778.8kNm

轴心受压短柱的承载力N0fcAcfaAa（不考虑套箍效应）

19.1 19.14d2t2215d2d2t240.9762215422297.7kN1420.9762

偏心距e0Md0.057m Nd钢管内半径re1/20.0120.488m

e0e0.1160.8，k10.62500.927 rere柱的计算长度lekH0.9275.24.82m

le4.824，考虑长细比影响的折减系数： d5

110.115le40.6 de00.1161.55，考虑偏心影响的折减系数： ree1e11.850re0.823

故钢管混凝土单肢柱的承载力为：

Nu1eN00.60.82322297.7142.5kN Nd13740.2kNNu，满足规范要求。 （2）弯矩最大、轴力最小工况

弯矩最大、轴力最小工况设计内力如下：

Nd615.6kN Md377.6kNm

轴心受压短柱的承载力N0fcAcfaAa（不考虑套箍效应）

19.1 19.14d2t2215d2d2t240.9762215422297.7kN1420.9762

偏心距e0Md0.613m Nd钢管内半径re1/20.0120.488m

e01.2570.8，k0.5 re柱的计算长度lekH0.55.22.6m

le2.64，考虑长细比影响的折减系数： d6

11

e01.2571.55，考虑偏心影响的折减系数： ree1e11.850re0.301

故钢管混凝土单肢柱的承载力为：

Nu1eN010.30122297.76711.6kN

Nd615.6kNNu，满足规范要求。

4.4 临时支墩间支撑的计算

根据《钢结构设计规范》，两柱间支撑力按下式计算：

Fb2Nd0.4(0.6)366.4kN 602临时支墩间支撑杆件截面为I25a，则：

Fb320.210375.5MPa215MPa，满足规范要求。 3A4.85110五、临时支墩与承台固结验算

5.1 局部承压验算

设计只采用3025钢筋与钢管焊接，没有设置局部承压构造，临时支墩对承台的局部压力应力集中现象不能扩散。这样混凝土局部应力大小为：

KNk210969.510327.9MPa10.8MPa，超过了局部承压容许应2Ac/41力，不满足《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》的要求。（其中Nk为轴力标准值最大值，C40混凝土局部承压容许应力为10.8MPa，局部承压安全系数按规范取K=2.0。）

7

5.2 临时支墩与承台连接构造建议

因为承台与桥墩均已浇筑完毕，故临时支墩与承台的固结构造可采用如下方式：

先将桥墩两边垫块凿除（凿除范围为每个临时支墩下取3米长，凿除时注意保护桥墩及桥墩钢筋），在承台上浇筑一垫块（3m长×2m宽×1.5m高），垫块通过植筋与承台浇筑成整体。垫块里布置局部承压钢筋网片，垫块里预埋钢筋与临时支墩浇筑成整体，临时支墩钢管下设一圈钢板（设锚筋）来扩散钢管传递下来的轴力。

假设垫块中设纵横10@120mm钢筋网片（HRB335），设置10层，间距s=80mm，则

t878.5100020.0157

1000280he1/0.7851.13

Ac(fc2.0thefs)0.785(1.132720.01571.13335)33281.2kN

KNk210969.521939.0kNAc(fc2.0thefs)，满足。

六、临时支墩与梁体固结验算

6.1 计算方法及模型

本桥上部结构为混凝土箱梁，临时支墩支撑处并不处于支点实体段，而是距支点2.5m处。由于支墩的支撑反力作用，箱梁底板受到横向弯曲，与箱梁纵向受力耦合，属于三向受力区域。为了模拟箱梁的真实受力状况，需建立精确的三维实体模型，对箱梁进行详细的受力及变形分析，基于分析结果来评估临时支墩与梁体固结构造的安全、可靠性。

采用大型有限元软件ANSYS建立空间实体模型，用SOLID45单元模拟混凝土，用SHELL63壳单元模拟临时支墩的钢管，模型共分67030个单元，43794个节点。梁体模型只建出0#块和1#块，共18m长，有限元模型见下图。

8

图3 有限元模型图

6.2 荷载及边界条件

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，采用容许应力法对梁体进行验算，故计算时荷载均采用标准值，考虑的荷载工况包括：

组合一a：(1)+(2)+(3)+(4)+(5)（横向风力作用于全跨） 组合一b：(1)+(2)+(3)+(4)+(5)（横向风力作用于半跨） 组合二：(1)+(2)+(3)+(4)+(6)

由于梁体模型只建出1#块，故首先通过整体模型（4.1节）计算得到上述各荷载组合下的梁单元内力边界，再反加在整体模型两端，这样可与整体模型等效。根据圣维南原理，这样做只对1#块端部小范围内的应力稍有影响，对0#块应力及变形的影响可忽略。

位移边界条件为：四个临时支墩底部与承台顶固结，可认为是固端约束。

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6.3 工况一a计算结果

图4 X向正应力（kPa）

图5 Y向正应力（kPa）

10

图6 Z向正应力（kPa）

图7 YZ向剪应力（kPa）

11

图8 XZ向剪应力（kPa）

图9 第一主应力（主拉应力，kPa）

12

图10 第三主应力（主压应力，kPa）

6.4 工况一b计算结果

图11 X向正应力（kPa）

13

图12 Y向正应力（kPa）

图13 Z向正应力（kPa）

14

图14 YZ向剪应力（kPa）

图15 XZ向剪应力（kPa）

15

图16 第一主应力（主拉应力，kPa）

图17 第三主应力（主压应力，kPa）

16

6.5 工况二计算结果

图18 X向正应力（kPa）

图19 Y向正应力（kPa）

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图20 Z向正应力（kPa）

图21 YZ向剪应力（kPa）

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图22 XZ向剪应力（kPa）

图23 第一主应力（主拉应力，kPa）

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图24 第三主应力（主压应力，kPa）

6.6 结果分析

6.6.1 箱梁整体受力

除临时支墩与梁体的接触点外，箱梁整体受力基本满足规范要求。 6.6.2 支墩处箱梁底板横向受力

临时支墩顶处，箱梁底板横向（Y方面）出现拉应力，拉应力最大值为2.96MPa，截面横向应力如下图所示。

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图25 支墩处箱梁截面横向应力分布（kPa）

从上图可以看出，箱梁底板受到横向弯曲，取单宽（1m）分析，从应力分布情况可以计算出近似等效弯矩为：

2.9610.83/12M103315.7kNm

y0.4I根据施工图，底板配筋为上下缘对称配16@100mm，根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005，钢筋的弹性模量与混凝土的变形模量之比n=8，则

n(h0x)1xa'由sAsbxcs'As'及s'nc，解得 、s2xxx131.5mm

13bxnAs'(xa')2y385.3mm

12bxnAs'(xa')2zh0xy688.8mm

受拉钢筋拉应力sM227.9MPa230MPa(按主附考虑)，可。 Asz21

x混凝土边缘压应力cs6.2MPa18.5MPa

nh0x受压钢筋压应力s'sxa'25.1MPa230MPa h0x可见受拉钢筋应力较大，接近容许应力，为确保安全，建议将支墩顶附近2m范围内箱梁底板的横向配筋改为20@100mm，则其受力可满足要求。 6.6.3 支墩顶处箱梁局部承压

由上述计算可知，支墩顶处箱梁底板局部竖向正应力及主压应力较大，且分布很不均匀。为满足局部受压承载力，建议此处补充局部承压钢筋构造。另外，临时支撴钢管顶端应设置钢垫板来扩散钢管应力集中，钢管与钢垫板间应设置有效的加劲肋。

假设此处箱梁底板设纵横10@120mm钢筋网片（HRB335），其中最底下一层钢筋网片需加密（参考10@80mm），设置10层，间距s=80mm，则

t878.5100020.0157 2100080he8/0.7851.01

Ac(fc2.0thefs)0.785(1.013720.02091.01335)37675.4kN

KNk210969.521939.0kNAc(fc2.0thefs)，满足。

七、桥墩桩基计算

7.1 下部结构构造

大桥桥墩承台与成渝线共用，1#墩承台尺寸为26.5m×9.5m×3.0m，2#墩承台尺寸为19.3m×9.3m×3.0m。悬臂阶段两桥墩受力情况基本相同，故取最不利的2#墩进行桩基承载力计算。2#墩承台尺寸见下图。

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支墩垫块 图26 2#墩承台桩基示意图

7.2 不考虑成渝线桥墩计算

7.2.1模型

采用大型有限元软件ANSYS建立空间实体模型，用SOLID45单元模拟承台及垫块，用BEAM44梁单元模拟桩基。桩顶与承台底相应面积节点自由度耦合约束，桩侧及桩底土与桩的弹性约束作用通过建立COMBIN14弹簧单元进行模拟。《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005及桥梁地质条件，桩身处于泥岩层中，桩底竖向地基系数C0=2443750kPa/m，桩侧水平地基系数的比例系数m=25000 kPa/m2（3-W4与3-W3中），3-W2中认为桩侧无变形。支墩荷载按均布荷载施加于支墩垫块顶面，程序自动考虑桥墩、承台、桩基的自重荷载。有限元模型见下图。

23

图27 2#墩及基础有限元模型图

7.2.2 计算结果

根据计算得到桩在最不利作用下（组合二标准值作用）各桩的受力最大值（包括桩自重），列于下表。

左侧右侧

图28 基桩编号示意图

表2 各桩受力计算结果

编号 1 2 3 4 5 6 7 Fmax（kN） 8154 8359 7680 5949 4105 5826 5536 编号 8 9 10 11 12 13 14 Fmax（kN） 4635 3179 3272 3153 2739 1861 658 根据施工图，有P8651kN

Fmax8359kNP，满足规范规定。

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7.3 考虑成渝线桥墩计算

7.3.1模型

采用大型有限元软件ANSYS建立空间实体模型，用SOLID45单元模拟承台及垫块，用BEAM44梁单元模拟桩基。桩顶与承台底相应面积节点自由度耦合约束，桩侧及桩底土与桩的弹性约束作用通过建立COMBIN14弹簧单元进行模拟。《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005及桥梁地质条件，桩身处于泥岩层中，桩底竖向地基系数C0=2443750kPa/m，桩侧水平地基系数的比例系数m=25000 kPa/m2（3-W4与3-W3中），3-W2中认为桩侧无变形。支墩荷载按均布荷载施加于支墩垫块顶面，程序自动考虑桥墩、承台、桩基的自重荷载。有限元模型见下图。

图29 2#墩及基础有限元模型图

7.3.2 计算结果

根据计算得到桩在最不利作用下（组合二标准值作用）各桩的受力最大值（包括桩自重），列于下表。

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左侧右侧

图30 基桩编号示意图

表3 各桩受力计算结果

编号 1 2 3 4 5 6 7 Fmax（kN） 8117 83 7734 6074 4330 5827 5577 编号 8 9 10 11 12 13 14 Fmax（kN） 4735 3341 3256 3185 2823 1983 806

根据施工图，有P8651kN

Fmax83kNP，满足规范规定。

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八、结论及建议

8.1结论

1、临时支墩验算

大桥悬臂浇筑临时支墩采用钢管混凝土柱，纵向间距5m，横向间距5m，其受力满足规范要求，柱间支撑受力也满足规范要求。

2、临时支墩与承台固结验算

临时支墩与承台的固结构造应加强，具体建议见5.2节。 3、临时支墩与梁体固结验算

临时支墩与梁体的固结构造应加强，此处相应箱梁底板横向配筋也应加强，具体建议见6.6.2及6.6.3节。

4、桥墩桩基验算

不考虑成渝线桥墩重量影响，2号桩受力最大（8359kN），小于容许承载力（8651kN），满足规范要求。

考虑成渝线桥墩重量影响，2号桩受力最大（83kN），小于容许承载力（8651kN），满足规范要求。

8.2建议

1、成渝线桥墩增大了桩基的受力。因此，建议不施工成渝线桥墩。 2、依据设计院意见，须将桥墩桩基单桩受力控制在7000kN以下，可采取以下2种方法降低桩基受力：

方法一：调整临时支墩纵向间距

调整临时支墩纵向间距至7m，受力最大的2号桩受力大小为6171kN。弊端：临时支墩与梁体变截面处相交，受力状态复杂。

方法二：施工过程中严格控制不均衡荷载大小

保持现有临时支墩间距，施工过程中采取严格措施，控制不均衡荷载大小。据此，可对计算荷载做如下调整：

（1）浇筑8#块时挂篮移动不同步及挂篮机具重量偏差

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边跨合龙时边跨挂篮前进一节段，中跨挂篮不移动，挂篮及机具重量取550kN。考虑挂篮、施工机具重量偏差，左侧挂篮机具重乘以1.2，右侧挂篮机具重乘以1.0（此值原为乘0.8）。 （2） 施工材料堆放不对称

考虑梁体上堆放工具材料，左侧悬臂作用有5kN/m（此值原为10）均布荷载，右侧悬臂空载。 （3） 竖向风荷载的施加

左侧风荷载向下与右侧风荷载向上不同时考虑。（原为同时考虑） 修改计算荷载值后，桩的受力情况满足设计院要求（见表4）。

表4 各桩受力计算结果

编号 1 2 3 4 5 6 7 Fmax（kN） 6103 6659 5521 4909 4294 5581 5011 编号 8 9 10 11 12 13 14 Fmax（kN） 4422 3816 5055 4494 3920 3329 2727

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