臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告

1、 鋼箱梁頂推臨時(shí)墩 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元直接計(jì)算書 第 30 頁 1、說明臨時(shí)墩總高40m，支承結(jié)構(gòu)采用8根1420×14mm鋼管樁，材質(zhì)為Q345B，聯(lián)結(jié)系采用630×10mm鋼管，材質(zhì)為Q235B，管底設(shè)置50（PSB830）精軋螺紋鋼錨桿。圖1 臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)圖岸上臨時(shí)墩支承結(jié)構(gòu)采用8根1020×10mm鋼管樁，結(jié)構(gòu)型式與水中臨時(shí)墩相同，聯(lián)結(jié)系采用377×8mm鋼管，材質(zhì)均為Q235B。臨時(shí)墩基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，尺寸為10m×8m×1.5m承臺(tái)，臨時(shí)墩鋼筋砼基礎(chǔ)埋深為2m。圖2 岸上臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)圖2、臨時(shí)墩強(qiáng)度校核2.1、有限元模型根據(jù)圖紙對

2、臨時(shí)墩建模，模型如圖3：圖3 臨時(shí)墩模型圖2.2、坐標(biāo)系計(jì)算中有限元模型的坐標(biāo)系統(tǒng)取右手坐標(biāo)系統(tǒng)，且：X方向?yàn)榕R時(shí)墩的橫向；Y方向?yàn)榕R時(shí)墩的順向；Z方向?yàn)榕R時(shí)墩的垂向，以向上為正方向。2.3、單元與網(wǎng)格模型中主要采用梁(beam)單元：模擬各種桁架等。2.4、材料參數(shù)如下鋼材：楊氏模量2.1×1011 Pa；Poisson比0.3； 密度 7850 kg/m3。2.5、計(jì)算工況1、空載船舶橫橋向撞擊，臨時(shí)墩承受荷載有：臨時(shí)墩自重，大風(fēng)風(fēng)載，最高通航水位水流力，船舶橫橋向撞擊；2、滿載未頂推船舶橫橋向撞擊，臨時(shí)墩承受荷載有：臨時(shí)墩支承力，臨時(shí)墩自重，大風(fēng)風(fēng)載，最高通航水位水流力，船舶橫

3、橋向撞擊；3、滿載頂推船舶橫橋向撞擊，臨時(shí)墩承受荷載有：臨時(shí)墩支承力，頂推力，臨時(shí)墩自重，平均風(fēng)速風(fēng)載，最高通航水位水流力，船舶橫橋向撞擊；2.6、計(jì)算載荷1、臨時(shí)墩支承力：根據(jù)鋼梁計(jì)算結(jié)果，臨時(shí)墩最大支承力為N=710.5-（-874.72）=1585.22t。作用位置：平均加載于鋼管樁頂，則單根鋼管樁受力為1585.22/8=198t。圖4 支撐力示意圖2、臨時(shí)墩自重：臨時(shí)墩自重225t/個(gè)，分配梁12t/根，則有臨時(shí)墩單根鋼管自重加分配梁自重得:225/8+12=40t。圖5 臨時(shí)墩自重示意圖3、臨時(shí)墩頂推力計(jì)算：頂推暫按外力計(jì)算，鋼鋼摩擦系數(shù)取0.1，則有單個(gè)臨時(shí)墩最大頂推力為1585

4、×0.1=158.5，作用位置：平均加載于鋼梁底。頂推力施加于臨時(shí)墩鋼管樁頂部，產(chǎn)生水平力和彎矩，F(xiàn)頂推力=158.5t，M頂推力 =158.5×5=792.5t.m，通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂，共有8個(gè)樁頂。圖6 臨時(shí)墩頂推力示意圖4、風(fēng)載荷貴港平均風(fēng)壓為300Pa，歷年極大風(fēng)速為28.6m/s根據(jù)荷載規(guī)范，貴港風(fēng)壓平均為0.3KN/m2，河床標(biāo)高為+20.7m，水面標(biāo)高為47.55m，梁底標(biāo)高約為60.7m，則有受風(fēng)載臨時(shí)墩高度為13.2m，高度系數(shù)取1.14。（1）臨時(shí)墩平均風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算則有臨時(shí)墩單根鋼管承受風(fēng)力為： PW1=szw0A =1×1.14&

5、#215;0.3×13.2×1.42=6.5 kN=0.7t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)墩水面以上高度的2/3處。圖7 臨時(shí)墩平均風(fēng)速載荷示意圖（2）臨時(shí)墩極大風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算極大風(fēng)速為V=28m/s，空氣密度取1.25KN/m3，PW2=szw0A =1×1.14×0.49×13.2×1.42=10.62 kN=1.1t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)墩水面以上高度的2/3處。圖8 臨時(shí)墩極大風(fēng)速載荷示意圖（3）鋼梁及導(dǎo)梁平均風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算5#臨時(shí)墩上承受鋼梁受風(fēng)長度為85+85/2=127.5m，高度為梁高3.1m，風(fēng)壓高度為17m，風(fēng)壓高度系數(shù)取

6、1.2。 導(dǎo)梁風(fēng)載鋼導(dǎo)梁55m，為4榀型鋼桁架式結(jié)構(gòu)，擋風(fēng)系數(shù)暫定為=0.3m，型鋼焊接而成的導(dǎo)梁風(fēng)荷體型系數(shù)s=1.3，單榀桁架的體型系數(shù)st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片間距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的體型系數(shù)：導(dǎo)梁風(fēng)力為：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×300 =384Pa，F(xiàn)W3= PW2A=0.384×55×3.1=65.47KN=6.5t鋼梁風(fēng)荷載，單個(gè)臨時(shí)墩受(30+85/2)m長鋼梁的風(fēng)載為FW3=szw0A=1×1.2×0.300×72.5×

7、;3.1=80.9KN=8.1t合計(jì)鋼梁受風(fēng)力為(6.5+8.1)=14.6t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)（+60.7+3.1/2）=+62.25m處。對臨時(shí)墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，滿載時(shí)，鋼梁風(fēng)荷載通過分配梁將風(fēng)載傳至臨時(shí)墩墩頂，產(chǎn)生風(fēng)載水平力和彎矩，F(xiàn)箱風(fēng)=14.6t，M箱風(fēng)=14.6×（41.55-35）=95.63t.m，通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂，共有8個(gè)樁頂。圖9 臨時(shí)墩鋼箱梁平均風(fēng)速載荷示意圖（4）鋼梁及導(dǎo)梁極大風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算5#臨時(shí)墩上承受鋼梁受風(fēng)長度為85+85/2=127.5m，高度為梁高3.1m，風(fēng)壓高度為17m左右，風(fēng)壓高度系數(shù)取1.2。鋼導(dǎo)梁風(fēng)載鋼導(dǎo)梁55m，為4榀型

8、鋼桁架式結(jié)構(gòu)，擋風(fēng)系數(shù)暫定為=0.3m，型鋼焊接而成的導(dǎo)梁風(fēng)荷體型系數(shù)s=1.3，單榀桁架的體型系數(shù)st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片間距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的體型系數(shù)：導(dǎo)梁風(fēng)力為：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×490 =627.2Pa，F(xiàn)W3= PW2A=0.6272×55×3.1=106.9KN=10.7t鋼梁風(fēng)荷載，單個(gè)臨時(shí)墩受(30+85/2)m長鋼梁的風(fēng)載為FW3=szw0A=1×1.2×0.511×72.5×3.1=137.8KN=13.

9、8t合計(jì)鋼梁受風(fēng)力為(10.7+13.8)=24.5t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)（+60.7+3.1/2）=+62.25m處。對臨時(shí)墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，滿載時(shí)，鋼梁風(fēng)荷載通過分配梁將風(fēng)載傳至臨時(shí)墩墩頂，產(chǎn)生風(fēng)載水平力和彎矩，F(xiàn)箱風(fēng)=24.5t，M箱風(fēng)=24.5×（41.55-35）=160.47t.m，通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂，共有8個(gè)樁頂。圖10 臨時(shí)墩鋼箱梁極大風(fēng)速載荷示意圖5、臨時(shí)墩水流力最大洪水時(shí)的水流力計(jì)算：同濟(jì)大橋橋址流速取3m/s；橋址最高水位47.55m（19972011年），常水位30.23m，最大水深按24.5m計(jì)算。查公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（1989）公路橋涵設(shè)計(jì)通用

10、規(guī)范（JTJ02189）（2.3.10）公式： (kN)式中：水的容重，=10 kN/m3    V設(shè)計(jì)流速，V=3m/s    A橋墩阻水面積，一般算至一般沖刷線處g重力加速度9.81(m/s2)K橋墩形狀系數(shù)，對圓形鋼管樁取0.8。水面最大水流力為:則有單根鋼管樁水流力P=ph/2=5.2×24.5/2/10=6.4t，流水壓力作用點(diǎn)位于水位線以下1/3水深處。圖11 臨時(shí)墩水流力示意圖6、船舶撞擊力船舶撞擊力，根據(jù)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)，橫橋向撞擊力為140t。臨時(shí)墩船舶橫橋向撞擊力140t，由臨時(shí)墩整體承受，最不利作用位置為最

11、高通航水位以上2m處，即+49.55m。圖12 臨時(shí)墩船舶橫向撞擊載荷示意圖2.7、邊界條件依據(jù)實(shí)際情況對臨時(shí)墩底部約束。圖13 臨時(shí)墩約束示意圖3、岸上臨時(shí)墩強(qiáng)度校核3.1、有限元模型根據(jù)圖紙對岸上臨時(shí)墩建模，模型如圖14：圖14 岸上臨時(shí)墩模型圖3.2、坐標(biāo)系計(jì)算中有限元模型的坐標(biāo)系統(tǒng)取右手坐標(biāo)系統(tǒng)，且：X方向?yàn)榘渡吓R時(shí)墩的橫向；Y方向?yàn)榘渡吓R時(shí)墩的順向；Z方向?yàn)榘渡吓R時(shí)墩的垂向，以向上為正方向。3.3、單元與網(wǎng)格模型中主要采用梁(beam)單元：模擬各種桁架等。3.4、材料參數(shù)如下鋼材：楊氏模量2.1×1011 Pa；Poisson比0.3； 密度 7850 kg/m3。3.5

12、、計(jì)算工況1、滿載未頂推，臨時(shí)墩承受荷載有：臨時(shí)墩支承力，臨時(shí)墩自重，大風(fēng)風(fēng)載；2、滿載頂推，臨時(shí)墩承受荷載有：臨時(shí)墩支承力，頂推力，臨時(shí)墩自重，平均風(fēng)速風(fēng)載；3.6、計(jì)算載荷1、臨時(shí)墩支承力：根據(jù)鋼梁計(jì)算結(jié)果，臨時(shí)墩最大支承力為N=212-（-463.12）=675 t。作用位置：平均加載于鋼管樁頂，則單根鋼管樁受力為675/8=85t。圖15 岸上臨時(shí)墩支撐力示意圖2、臨時(shí)墩自重：臨時(shí)墩自重42t，分配梁7t/根，則有臨時(shí)墩單根鋼管自重加分配梁自重得:42/8+7=12.25t。圖16 岸上臨時(shí)墩自重示意圖3、臨時(shí)墩頂推力計(jì)算：臨時(shí)墩頂推力計(jì)算：頂推暫按外力計(jì)算，鋼鋼摩擦系數(shù)取0.1，則有

13、單個(gè)臨時(shí)墩最大頂推力為675×0.1=67.5t，作用位置：平均加載于鋼梁底。頂推力施加于臨時(shí)墩鋼管樁頂部，產(chǎn)生水平力和彎矩，F(xiàn)頂推力=67.5t，M頂推力 =67.5×5=337.5t.m，通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂，共有8個(gè)樁頂。圖17 岸上臨時(shí)墩頂推力示意圖4、風(fēng)載荷貴港平均風(fēng)壓為300Pa，歷年極大風(fēng)速為28.6m/s根據(jù)荷載規(guī)范，貴港風(fēng)力平均為300Pa，梁底標(biāo)高約為60.7m，則有受風(fēng)載臨時(shí)墩高度為11.8m，高度系數(shù)取1.14。（1）臨時(shí)墩平均風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算則有臨時(shí)墩單根鋼管承受風(fēng)力為： PW1=szw0A =1×1.14×0.3

14、5;11.8×1.02=4.1 kN=0.41t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)墩水面以上高度的2/3處。圖18 岸上臨時(shí)墩平均風(fēng)速載荷示意圖（2）臨時(shí)墩極大風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算極大風(fēng)速為V=28m/s，空氣密度取1.25kg/m3，PW2=szw0A =1×1.14×0.49×11.8×1.02=6.7 kN=0.67t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)墩水面以上高度的2/3處。圖19 岸上臨時(shí)墩極大風(fēng)速載荷示意圖（3）鋼梁及導(dǎo)梁平均風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算6#臨時(shí)墩上承受鋼梁受風(fēng)長度為55+28=83m，高度為梁高3.1m，風(fēng)壓高度為17m，風(fēng)壓高度系數(shù)取1.2。鋼導(dǎo)梁風(fēng)載鋼導(dǎo)

15、梁55m，為4榀型鋼桁架式結(jié)構(gòu)，擋風(fēng)系數(shù)暫定為=0.3m，型鋼焊接而成的導(dǎo)梁風(fēng)荷體型系數(shù)s=1.3，單榀桁架的體型系數(shù)st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片間距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的體型系數(shù)：導(dǎo)梁風(fēng)力為：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×300 =384Pa，F(xiàn)W3= PW2A=0.384×55×3.1=65.47KN=6.5t鋼梁風(fēng)荷載，單個(gè)臨時(shí)墩受28m長鋼梁的風(fēng)載為FW3=szw0A=1×1.2×0.300×28×3.1=31KN=3.1t合計(jì)鋼梁受風(fēng)

16、力為(6.5+3.1)=9.6t作用位置：風(fēng)載作用于臨時(shí)（+60.7+3.1/2）=+62.25m處。對岸上臨時(shí)墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，鋼梁風(fēng)荷載通過分配梁將風(fēng)載傳至臨時(shí)墩墩頂，產(chǎn)生風(fēng)載水平力和彎矩，F(xiàn)箱風(fēng)=9.6t，M箱風(fēng)=9.6×（41.55-35）=62.88t.m，通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂，共有8個(gè)樁頂。圖20 岸上臨時(shí)墩鋼箱梁平均風(fēng)速載荷示意圖（4）鋼梁及導(dǎo)梁極大風(fēng)速風(fēng)載計(jì)算5#臨時(shí)墩上承受鋼梁受風(fēng)長度為85+85/2=127.5m，高度為梁高3.1m，風(fēng)壓高度為17m左右，風(fēng)壓高度系數(shù)取1.2。鋼導(dǎo)梁風(fēng)載鋼導(dǎo)梁55m，為4榀型鋼桁架式結(jié)構(gòu)，擋風(fēng)系數(shù)暫定為=0.3m，型鋼焊接

17、而成的導(dǎo)梁風(fēng)荷體型系數(shù)s=1.3，單榀桁架的體型系數(shù)st=·s =0.3×1.3=0.39，桁片間距b=6.2m，高度h=3.1m,四榀桁架的體型系數(shù)：導(dǎo)梁風(fēng)力為：PW3= szw0=zw=1.066×1.2×511 =653.7Pa，F(xiàn)W3= PW2A=0.6537×55×3.1=111.4KN=11.1t鋼梁風(fēng)荷載，單個(gè)臨時(shí)墩受28m長鋼梁的風(fēng)載為FW3=szw0A=1×1.2×0.511×28×3.1=53KN=5.3t合計(jì)鋼梁受風(fēng)力為(11.1+5.3)=16.4t作用位置：風(fēng)載作用于臨

18、時(shí)（+60.7+3.1/2）=+62.25m處。對岸上臨時(shí)墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究，滿載時(shí)，鋼梁風(fēng)荷載通過分配梁將風(fēng)載傳至臨時(shí)墩墩頂，產(chǎn)生風(fēng)載水平力和彎矩，F(xiàn)箱風(fēng)=16.4t，M箱風(fēng)=16.4×（41.55-35）=106.6t.m，通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂，共有8個(gè)樁頂。圖21 岸上臨時(shí)墩鋼箱梁極大風(fēng)速載荷示意圖3.7、邊界條件依據(jù)實(shí)際情況對岸上臨時(shí)墩底部約束。圖22 岸上臨時(shí)墩約束示意圖4、許用應(yīng)力按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2003）許用應(yīng)力：鋼材Q235b取170MPa、Q345b取233MPa。5、計(jì)算結(jié)果經(jīng)計(jì)算得到各主要結(jié)構(gòu)的應(yīng)力如下表1至表6,各應(yīng)力、變形圖見附圖；表1 臨時(shí)墩梁單元

19、應(yīng)力結(jié)果工況鋼管樁許用梁單元合成應(yīng)力鋼管樁梁單元合成應(yīng)力連接系許用梁單元合成應(yīng)力連接系鋼管梁單元合成應(yīng)力z / MPaz / MPaz / MPaz / MPa一23345.917072.9二23390.217083.9三233140170122表2 臨時(shí)墩8個(gè)鋼管樁支承反力工況R1（t）R2（t）R3（t）R4（t）R5（t）R6（t）R7（t）R8（t）一-96.0217.7645.92147.96-95.6117.7645.92144.9二90.2230.61256.12384.6987.96227.55253.06379.59三352.04490.82512.24624.49-152.

20、04-23.06-13.78118.37表3 臨時(shí)墩變形結(jié)果工況橫向X（mm）縱向Y（mm）垂直Z（mm）一28.30.2-1.71二33.22.31-7.78三30.772.4-11.6表4 岸上臨時(shí)墩梁單元應(yīng)力結(jié)果工況鋼管樁許用梁單元合成應(yīng)力鋼管樁梁單元合成應(yīng)力連接系許用梁單元合成應(yīng)力連接系鋼管梁單元合成應(yīng)力z / MPaz / MPaz / MPaz / MPa一17047.817026.6二17098.5170115表5 岸上臨時(shí)墩8個(gè)鋼管樁支承反力工況R1（t）R2（t）R3（t）R4（t）R5（t）R6（t）R7（t）R8（t）一81.6393.1687.4597.7681.9493.4787.7698.06二120.41130.61123.47131.6348.3756.9451.6358.78表6 岸上臨時(shí)墩變形結(jié)果工況橫向X（mm）縱向Y（mm）垂直Z（mm）一5.680.70-1.92二3.3824.4-2.496、結(jié)論臨時(shí)墩結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度滿足要求。附錄：各工況變形及等效應(yīng)力云圖圖1工況一鋼管樁梁單元最大聯(lián)合應(yīng)力（Pa）圖2工況一鋼管樁梁單元最小聯(lián)合應(yīng)力（Pa）圖3工況二鋼管樁梁單元最大聯(lián)合應(yīng)力（Pa）圖4工況二