防護(hù)棚計(jì)算(共20頁)

1、PAGE 跨平齊鐵路(til)連續(xù)梁防護(hù)棚安全(nqun)計(jì)算書技術(shù)(jsh)負(fù)責(zé)人： 石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院二一一年二月二十七日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc289109245 1、方案設(shè)計(jì)說明(shumng) PAGEREF _Toc289109245 h 1 HYPERLINK l _Toc289109246 2、防護(hù)(fngh)棚橫梁計(jì)算 PAGEREF _Toc289109246 h 2 HYPERLINK l _Toc289109247 2.1 防護(hù)棚橫向(hn xin)布置 PAGEREF _Toc289109247 h 2 HYPE

2、RLINK l _Toc289109248 2.2 橫梁貝雷架計(jì)算 PAGEREF _Toc289109248 h 2 HYPERLINK l _Toc289109249 2.2.1 荷載計(jì)算 PAGEREF _Toc289109249 h 3 HYPERLINK l _Toc289109250 2.2.2 計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc289109250 h 3 HYPERLINK l _Toc289109251 3、防護(hù)棚頂面的縱梁工字鋼計(jì)算 PAGEREF _Toc289109251 h 6 HYPERLINK l _Toc289109252 3.1 防護(hù)棚縱梁布置 PAGEREF

3、_Toc289109252 h 6 HYPERLINK l _Toc289109253 4、立柱頂面的縱梁計(jì)算 PAGEREF _Toc289109253 h 9 HYPERLINK l _Toc289109254 5、立柱穩(wěn)定性計(jì)算 PAGEREF _Toc289109254 h 11 HYPERLINK l _Toc289109255 6、考慮風(fēng)荷載的立桿計(jì)算 PAGEREF _Toc289109255 h 12 HYPERLINK l _Toc289109256 7、基礎(chǔ)計(jì)算 PAGEREF _Toc289109256 h 14 HYPERLINK l _Toc289109257 8、木

4、板抗沖擊力計(jì)算 PAGEREF _Toc289109257 h 17 HYPERLINK l _Toc289109258 9、幾點(diǎn)計(jì)算說明 PAGEREF _Toc289109258 h 18 1、方案設(shè)計(jì)說明(shumng)防護(hù)(fngh)棚立柱基礎(chǔ)(jch)采用C30混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，基底應(yīng)力小于允許承載能力=110kPa，基底要求設(shè)置在凍土線以下0.6m深度，擴(kuò)大基礎(chǔ)高度為1.1m?；A(chǔ)頂預(yù)埋鋼板（50050020），鋼板底部焊五排U型20鋼筋，鋼筋錨入砼深度為50cm，鋼板埋入基礎(chǔ)砼內(nèi)1cm。因立柱較高，施工時(shí)需要采取有效措施控制預(yù)埋鋼板的水平狀態(tài)，確保立柱安裝的垂直度。立柱采用(d=3

5、20,t=7.5mm)的鋼管,長(zhǎng)度需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際基礎(chǔ)頂高精確確定。上下行線每側(cè)各12根,共24根,立柱縱向間距6m，橫向間距19.2m?？v向相鄰兩立柱間用L70X70X6角鋼做斜撐連接,立柱焊接在基礎(chǔ)頂面預(yù)埋鋼板上（50502cm），鋼管頂用50050020鋼板封頂，頂面鋼板標(biāo)高為151.634；要求精確立柱高度，確保頂部鋼板在同一水平面內(nèi)。立柱頂部架設(shè)雙20b槽鋼縱梁，按雙跨連續(xù)梁布置；在每處立柱頂板用4個(gè)M20螺栓與立柱頂板栓接；在縱梁上的鋼管立柱位置安裝雙片間距為30cm的單層貝雷梁，貝雷梁的每片貝雷片之間采用花格連接，在貝雷梁兩側(cè)用雙20槽鋼斜撐與縱梁焊接加固，防止貝雷梁側(cè)傾；貝雷梁

6、上架設(shè)縱向間距為1.2m的I16工字鋼17排，工字鋼通長(zhǎng)38.4m焊接，與貝雷梁采用U型螺栓卡連接；I16工字鋼上上鋪設(shè)5cm厚木板，寬度0.3米，木板上鋪設(shè)2mm厚鐵皮，并需要在上行線和下行線區(qū)域設(shè)置防護(hù)棚雙向橫向坡度1%，以利防護(hù)棚頂面排水。所有連接(linji)鋼板與立柱提前焊接，焊接質(zhì)量必須達(dá)到規(guī)范要求。所有預(yù)埋件要求位置準(zhǔn)確，預(yù)留孔洞采用橢圓形，以便安裝。2、防護(hù)(fngh)棚橫梁(hn lin)計(jì)算2.1 防護(hù)棚橫向布置防護(hù)棚橫向橫梁為雙片21m單層貝雷架，2m,徑橫梁上為縱向I16工字鋼，間距1.1m，工字鋼上鋪設(shè)5cm厚的木版，立柱采用(d=300,t=7.5mm)的鋼管,高為

7、8.7m.2.2 橫梁貝雷架計(jì)算橫梁為21m 雙片單層貝雷梁，可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，計(jì)算跨徑為19.4m。貝雷梁計(jì)算(j sun)參數(shù)見下表：2.2.1 荷載(hzi)計(jì)算木板、鐵皮及絕緣(juyun)重量7kN/m3, 橫梁間距為6m,木板厚度按0.06m計(jì)算（偏于安全考慮）一片橫梁所受均布荷載為q1=6*0.06*1*7/2=3.35kN/m；16號(hào)工字鋼間距1.2m，長(zhǎng)6m，則對(duì)一片貝雷架產(chǎn)生的均布荷載為q2=0.204*6/1.2/2=0.51KN/m,因此,一片貝雷架總均布荷載為q=3.9kN/m僅考慮小型機(jī)具、集中荷載掉落情況，數(shù)值按P=1.8kN考慮，沖擊系數(shù)按2考慮，則橫梁受預(yù)外的集

8、中荷載作用P=3.6kN。則貝雷架的荷載情況如下：2.2.2 計(jì)算結(jié)果彎矩圖 (kNm)軸力圖 (kNm)剪力圖(lt)(kN)支座(zh zu)反力弦桿最大軸力豎桿最大軸力斜桿(xi n)最大軸力從以上(yshng)計(jì)算結(jié)果可知：弦桿最大軸力N=165KN最大弦桿允許(ynx)軸力為N=563kN，滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求；豎桿最大軸力N=45.3KN最大弦桿允許軸力為N=212KN，滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。斜桿最大軸力N=32.4KN最大弦桿允許軸力為N=171kN，滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。剛度f=0.0203/19.4=1/956f=1/400，剛度滿足要求。3、防護(hù)棚頂面的縱梁工字鋼計(jì)算3.1 防護(hù)

9、棚縱梁布置2.2 防護(hù)棚縱梁計(jì)算模型偏于安全計(jì)，可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算縱梁，跨徑為6m，縱梁為I16號(hào)工字鋼，截面特性如下：名稱慣性矩Ix(cm4)慣性矩Iy(cm4)面積A(m2)形心Yc(cm)形心Xc(cm)截面高H(cm)I16113310026.161384.4162.2 防護(hù)(fngh)棚縱梁(zn lin)外載木板、鐵皮及絕緣(juyun)重量7kN/m3, 縱梁間距為1.2m,木板厚度按0.06m計(jì)算（偏于安全考慮），縱梁所受均布荷載為q1=1.2*0.06*1*7=0.5kN/m考慮小型機(jī)具、集中荷載掉落情況，數(shù)值按P=1.8kN考慮，沖擊系數(shù)按2考慮，則橫梁受預(yù)外的集中荷載作用P=

10、3.6kN。則縱梁所受荷載情況如下2.2 防護(hù)棚縱梁計(jì)算結(jié)果彎力矩(l j)圖（kNm）剪力圖(lt)(kN)從以上(yshng)計(jì)算結(jié)果可知：最大正應(yīng)力=30.3MPa=210MPa，滿足強(qiáng)度要求。剛度f=12.4/6000=1/488f=1/400，滿足剛度要求。4、立柱(l zh)頂面的縱梁(zn lin)計(jì)算立柱(l zh)頂面的縱梁為雙20槽鋼，其計(jì)算模型為雙跨連續(xù)梁，見下圖，其上為外荷載，但需要考慮立柱的下沉陷，取中間支座相對(duì)兩邊支座下沉3cm計(jì)算。雙20b槽鋼截面特性如下：慣性矩Ix(m4)慣性矩Iy(m4)面積A(m2)形心Yx(m)形心Yx(m)截面高H(m)3.83E-05

11、1.31E-050.00656550.10.0950.2計(jì)算結(jié)果如下：彎力矩(l j)圖（kNm）剪力圖(lt)（kNm）位移(wiy)圖支座反力從以上(yshng)計(jì)算結(jié)果可知：最大正應(yīng)力(yngl)=19.2MPa=210MPa，滿足(mnz)強(qiáng)度要求。5、立柱穩(wěn)定性計(jì)算立柱計(jì)算高度按8.7m考慮。立柱采用外徑300mm鋼管 壁厚7.5mm ，x軸方向計(jì)算長(zhǎng)度Lx=8.7m ，y軸方向計(jì)算長(zhǎng)度Ly=8.7m，x軸方向上截面慣性矩Ix=7.375E-5m4，y軸方向上截面慣性矩Iy=7.375E-5m4,截面面積A=0.0068919m2，材料許用應(yīng)力【】=215MPa，軸向力F=100KN

12、,壓桿穩(wěn)定系數(shù)=0.756，容許長(zhǎng)細(xì)比【】=150截面x軸方向的慣性半徑ix= EQ r(,f(Ix,A) = EQ r(,f(7.375E-5,0.0068919) =0.1034m截面y軸方向的慣性半徑iy= EQ r(,f(Iy,A) = EQ r(,f(7.375E-5,0.0068919) =0.1034m截面x軸方向的長(zhǎng)細(xì)比x= EQ f(Lx,is( ,x) = EQ f(8.7,0.1034) =84.1 【】=150剛度條件滿足要求！截面y軸方向的長(zhǎng)細(xì)比y= EQ f(Ly,is( ,y) = EQ f(8.7,0.1034) =84.1 【】=150剛度條件滿足要求！x y

13、 ，根據(jù)y查表得穩(wěn)定系數(shù)=0.756下面進(jìn)行穩(wěn)定檢算： EQ f(F,A) = EQ f(1001000,0.7560.006891910 s(6, ) =19.19MPa 【】=215MPa,故： 穩(wěn)定(wndng)條件滿足！6、考慮風(fēng)荷載(hzi)的立桿計(jì)算根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范，風(fēng)荷載計(jì)算(j sun)應(yīng)按下式進(jìn)行：其中為體形系數(shù)，對(duì)鋼管立柱取；對(duì)雙20b縱梁??；對(duì)防護(hù)棚頂面I18工字鋼縱梁，K1=1.3 為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取 為地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取 為基本風(fēng)壓值，根據(jù)“全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖”，取W0=350Pa800Pa，故根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的風(fēng)壓強(qiáng)度按下面規(guī)定取值

14、：有車時(shí)，取，無車時(shí)，取風(fēng)荷載作用的受風(fēng)面積為：鋼管立柱：A1=0.30*8.73=2.62m2;雙20b縱梁： A2=0.20*6=1.2Mm3計(jì)算時(shí)為進(jìn)行對(duì)比，按鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)風(fēng)壓強(qiáng)度和按哈爾濱基本風(fēng)壓值兩種情況分別按有車、無車兩種工況進(jìn)行了討論。由此得到作用在防護(hù)結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載集度見表1所示。表1 風(fēng)載集度表工況風(fēng)荷載集度（N/m）立柱縱梁棚頂縱梁(按22cm高計(jì)算)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)風(fēng)壓有車時(shí)336364400無車時(shí)192208254.8則一根(y n)立桿所受最不利(bl)風(fēng)載為：立桿迎風(fēng)(yng fng)荷載q=336=0.34kN/m雙20b槽鋼及防護(hù)棚頂面I18

15、工字鋼所受風(fēng)載對(duì)立柱的影響F=（364+400）*6/1000=4.6KN.立柱在風(fēng)載作用下的計(jì)算計(jì)算模型和計(jì)算結(jié)果如下：與軸向受壓進(jìn)行荷載組合：N/（A）+Mw/W=19.2+94.1=103.3MPa【】=215MPa.滿足立桿的穩(wěn)定性要求。7、基礎(chǔ)(jch)計(jì)算鋼管(gnggun)下端(xi dun)頭加焊0.5 m0.5 m厚20 mm鋼板，并用四塊厚20 mm，長(zhǎng)20 mm10mm直角三角形鋼板用鋼筋錨固于C20擴(kuò)大混凝土基礎(chǔ)上，見下圖。鋼管立柱最大軸壓力為R=100 kN。 鋼管底部基礎(chǔ)示意圖（m）不考慮風(fēng)載的基底壓力：max=N/A =(100)/(1.6*1.2) =52.1k

16、Pa=110kPa.以上計(jì)算說明，立桿在軸向壓力及風(fēng)載共同作用下，將產(chǎn)生210Kpa的最大基底壓力，超過基低承載能力。為此，需要設(shè)置纜風(fēng)繩來抵消立柱所受的彎矩效應(yīng)。設(shè)纜風(fēng)繩規(guī)格為(637+1) 24.0，有效斷面積A=210.87mm2，破斷力F=293.95kN,其布置方案如下圖所示：纜風(fēng)索布置(bzh)方案（m）則立柱(l zh)與纜風(fēng)所受內(nèi)力為：彎矩圖（kNm）軸力圖(lt)（kN)變形(bin xng)曲線因此(ync)，加纜風(fēng)繩后的基底最大應(yīng)力為：max=N/A+MYmax/Ix=(100+1.6*1.2*0.5*25+1*1*0.6*25)/(1.6*1.2)+3.3*0.6/0.

17、2304=81kPa=110kPa.滿足基底承能力要求。8、木板抗沖擊力計(jì)算按180kg的重物墜落于防護(hù)棚的頂板上，沖擊系數(shù)按2考慮；防護(hù)棚為頂板厚度為5cm的木板，寬按0.3m考慮，橫梁間距為1.20米.為安全計(jì)算，可將頂板按簡(jiǎn)支梁考慮。則頂板受到墜物的最大應(yīng)力如下圖所示例。最大正應(yīng)力(yngl)=8.6MPa= 10MPa。只要(zhyo)選擇許用應(yīng)力10MPa的木板(m bn)，即可滿足180kg重物墜落于防護(hù)棚上的強(qiáng)度要求。9、幾點(diǎn)計(jì)算說明1、本計(jì)算系按理想的簡(jiǎn)支支座約束進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際構(gòu)造中，立柱與基礎(chǔ)，立柱與鋼板，縱梁與立柱頂板、縱梁與貝雷梁之間的連接需要有足夠的構(gòu)造措施，確保它們之間約束接近計(jì)算模型中要求的約束條件，防止縱、橫梁掉落。2、布置必要的斜撐加強(qiáng)立柱之間的縱向聯(lián)結(jié)，