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钢套箱设计计算书






序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 简单设计说明





页码 〈01〉 〈1〉

流水压力、静水压力计算 横桥向内支撑受力计算 套箱侧板外水平加强型钢验算 纵桥向内支撑受力计算 套箱模板横肋强度验算 套箱模板竖肋强度验算 套箱δ=8mm 面板验算 底承系统计算

M CO G. ON UL
1

〈2〉 〈3〉

〈3〉〈4〉 、 〈5〉 〈6〉 〈7〉 〈8〉 〈9〉 〈10〉〈11〉 、 〈12〉 〈13〉

浇筑第一层砼时封底砼验算



抗浮稳定验算



上承系统计算



φ32 精轧螺纹钢吊杆计算

WW

W.

ZH

********二桥 2#、3#主墩承台套箱施工 设 计 计 算 书 说 明

一、承台尺寸及其水位情况 承台顶标高: +2.0m, 承台底: -2.0m。 2#、 3#墩承台尺寸为 20.4×9.2×4.0m3,

二、套箱尺寸

为防止承台偏位, 施工承台平面尺寸比设计承台略有加大, 20.6×9.4m2, 为

加劲,套箱内用φ500mm 钢管作内支撑,主护筒上、下承系统用型钢作承重梁,

三、设计计算依据

1、中铁大桥勘测设计院《********二桥设计图》 ; 2、 《材料力学》 ; 3、中国建筑工业出版社《简明施工计算手册》 ; 4、人民交通出版社《路桥施工计算手册》 。 一、流水压力的计算(最大流速按 2m/s 计算)







共设 40 根φ32 精轧螺纹钢吊杆。

WW

W.
2

本套箱为有底套箱,侧板及底板用厚δ=8mm 钢板做面板,套箱侧板用槽钢[40b

ZH

UL

ON

G.

潮水位为+5.0m,施工期间安排在 4 月至 5 月底,抢在洪水来临之前完成。

CO

M

2#墩河床标高-6.39m,3#墩河床标高:-9.45m。潮水一天两涨两退,本设计最高

流水压力 P:

P=0.8Arv2/2g =0.8×1×1×22/(2×10) =0.16t/m2
二、静水压力的计算(设计水位按+5.0m 计算)
+5.0m

M CO G. ON UL ZH
3 2

1、各标高点处的水压力: h1= - 2.0m h2= - 0.75m h3= + 0.55m h4= +2. 25m h5= + 3.75m P1=7 t/m
2

+3.75m +2.25m +0.55m

P5 P4 P3 -0.75m P2 -2.0m

P2=5.75 t/m2 P3=4.45 t/m2 P4=2.75 t/m

W.

P1 -3.5m 水压力示意图

P5=1.25 t/m2

h=-2.0m

q1=1/2×5.75×1.25+2/3×1/2×(7-5.75)×1.25

(注:标高-2.0m 至-3.5m 段为封底砼,此段压力不算入-2.0m 位置)

h=-0.75m



=4.11 t/m

q2=1/2×5.75×1.25+1/3×1/2×(7-5.75)×1.25 +1/2×4.45×1.3+2/3×1/2×(5.75-4.45)×1.3 =7.31 t/m





2、相应标高处均带荷载 q 的计算(水平每延米荷载)

WW

h=+0.55m

q3=1/2×4.45×1.3+1/3×1/2×(5.75-4.45)×1.3+1/2 ×2.75×1.7+2/3×1/2×(4.45-2.75)×1.7 =6.48 t/m

h=+2.25m

q4=1/2×2.75×1.7+1/3×1/2×(4.45-2.75)×1.7+1/2 ×1.25×1.5+2/3×1/2×(2.75-1.25)×1.5

=1.83 t/m

(1)横桥向内支撑受力分析计算





=14.80 t RB=RD

3.7m

2m

=0.393×7.31×5.15



3.7m

RA=RE

WW
5.15m 5.15m 5.15m 5.15m h=-0.75m处内支撑平面图 q=7.31t/m A B C D 横桥向内支撑点受力图

=(0.607+0.536)×7.31×5.15 =43.03 t
E

RC=2×0.464×7.31×5.15=34.94 t
4

W.

3、取标高 h=0.75m 处均带荷载为验算荷载,即 qmax=q2=7.31 t/m。

ZH

UL

ON

×1/2×1.25×1.25

G.

h=+3.75m

q5=1/2×1.25×1.5+1/3×1/2×(2.75-1.25)×1.5+2/3

CO

M

=4.51 t/m

(2)φ500 钢管(δ=8mm)内支撑最大压力 Rmax=RB=RD=43.03 t a、受压验算

σ=N/A=43.03×104N/(3.14×492×8mm2) =34.80MPa <[σ]=140MPa b、压力极限值(按两端铰支算)

a、Mmax=MB 支=MD 支 =0.107×7.31×5.152 =20.75 tm b、选材

W=Mmax/[σ]

=20.75 ×104×103/(145N/mm2) =1431 cm3 (4)挠度验算 fmax fmax=fAB 中=0.632×7.31×104N/103mm×51504mm4÷(100× 2.1×105N/mm2×12641.7×104mm4) =12.24mm<[L0/400]=12.8mm 4、纵桥向内支撑应力验算
5







WW

W.

ZH

UL

ON

(3)套箱外侧板龙骨(型钢)选材

选 2[36b = 2×702.9 cm3

G.

=681.6t>>Rmax=42.86 t

CO

M

临界力 Pcr=π EI/L =π ×2.1×10 ×π/4×(250 -242 )/9400

2

2

2

5

4

4

2

(满足要求)

(1)支点受力(考虑流水压力)

q=7.31t/m+0.16t/m

RA=RD=0.4196×7.47×3.71 =11.63 t RB=RC =(0.5804+0.25)×7.47×3.71 =23.0 t
(2)φ500 钢管内支撑受压验算(略) (符合要求)

A

B

C

D

3.7m

2.0m
横桥向内支撑点受力图 (流水压力为0.16t/m)

3.7m

选材为 2[36b。 a、验算弯曲应力 Mmax=MAB 中=MCD 中 =0.0880×7.47×3.712 =9.05 tm σ=Mmax/W

=9.05×104×103mm/(2×702.9×103mm3) =64.4MPa<[σ]=145MPa b、挠度验算

f<5×7.47×104N/103mm×37104mm4/ (384×2.1×105N/mm2× 12651.7×104mm4) =6.9mm<[Lo/400]=9.3mm 符合要求

5、标高 h=+2.25m 处横桥向内支撑应力验算(考虑流水压力) (1)支点受力 RA=RC=0.375×4.67×4.66=8.16 t
6







WW

W.

ZH

UL

ON

G.

CO

(3) 为便于套箱侧板外纵横向水平加劲型钢的联接, 纵向型钢设计同横向,

M

RB=2×0.625×4.67×4.66 =27.2 t (2)Mmax=MB 支 =0.125×4.67×4.66 =12.68 tm
2

q=4.51t/m+0.16t/m=4.67t/m

A

B

C

4.7m

4.7m

横桥向内支撑点受力图 (流水压力为0.16t/m)

(3)验算套箱外侧水平加强槽钢 2[36b 强度 σ=Mmax/W

=90.2MPa<[σ]=145MPa (4)挠度验算 fmax=fAB 中

=0.521×4.67×104N/103mm×46604mm4 ÷(100×2.1×105N/mm2 × 12651.7×104mm4)

WW

W.
满足要求

=4.3mm < [Lo/400]=11.7mm

6、套箱模板横肋强度[10 验算(验算标高 h= -1.5m 处槽肋 [10 槽钢,横肋 按简支梁承受均布荷载计算,计算跨径 L 取 50cm,h= - 1.5m 处均布荷载 q1=1/2×6.5×0.5+1/3×1/2×0.25+1/2×6.0×0.5+2/3×1/2×0.5×0.5 =3.25 t/m 考虑流水压力 0.16t/m2,q2=0.08 t/m 此处最大均布荷载 q=q1+q2=3.33 t/m (1)RA=RB=1/2×3.33×0.5=0.833 t (2)Mmax=1/8qL2=1/8×3.33×0.52 =0.104 tm
7







ZH

UL
q=3.33t/m

ON

G.

符合要求

CO

=12.68×104N×103mm/(2×702.9×103mm3)

M

A

0 5m

B

(3)强度σ=Mmax/W =0.104×104N×103mm/(39.4×103mm3) =26.4 MPa <[σ]=145MPa (4)挠度 fmax=5qL4/384EI =5×3.33×104N/103mm×5004mm4/(384×2.1×105N/mm2 ×198.3×104mm4 =0.065mm << [Lo/400]=1.25mm (符合要求) 7、套箱模板竖肋强度验算(竖肋按集中荷载计算) (1)标高 h=-2.0m 与-0.75m 之间的竖向槽钢[10 P1=6.5×0.5×0.5=1.625 t P2=5×0.5×0.5=1.25 t a 、σ=Mmax /W =0.6125 t/m/39.4cm3 =155MPa (符合要求)

W.

ZH

UL

ON

G.
P0 P1 P2 A C D

WW

CO

M 网
B

b 、考虑流水压力 0.16t/m P1=1.665t RA=1.257 t+Po RB=1.698 t Mmax=0.6285 tm 选材 W=Mmax/[σ]

2

0.5m

0.5m

0.25m



P2=1.29 t

A 0.4125 0.6125 静水M图(单位:t.m)

B



A 0.4245 0.6285 静、动水M图(单位:t.m)

B

=0.6285×104N×103mm/(145N/mm2) =43.3 cm3 改选 [16=108.3cm3(上、下层竖向选[16,水平方向[16
8

8、δ=8mm 厚面板强度及挠度计算 q1 =3.33 t/m (1)强度验算 Mmax=0.0513×3.33×0.52
Ly=0.5m Lx=0.5m

=0.0427 tm W= 1/6×50×0.82 =5.33 cm3
Mx

=0.0427×104N×103mm/(5.33×103mm3) =80.1 MPa <[σ]=145MPa (2)挠度验算 f=0.00127×qL4/K

(满足要求)

=0.00127×3.3×104N/106mm×5004mm 4/(9.85×106N/mm) =0.27mm

其中刚度 K=Eh3/[12(1-u2)]

=2.1×105×83/[12×(1-u2)] =9.85×106 Nmm 三、底承系统 (一) 、说明 侧板、内撑材料总重 126.8t;底板、分配梁、底承槽钢总重 35t。考虑浮力 后,侧板内撑材料按 110t,2 项按 31t 考虑计算。侧板作用在底板均布荷载 q1=110/59.6=1.85t/m;2 项荷载作用于吊点槽钢均布荷载 q2=0.49t/m,计算中取 中间五等跨最不利受力单元为计算单元,长 12.1m,宽按 2.85m 计,厚度 1.5m,
9







WW

W.

ZH

UL

ON

G.

CO

σ=Mmax/W

M
My

封底砼均布荷载 q3=(12.1×2.85-3.14×1.252)×1.5×1.4/12.1=5.13 t/m qmax=q1+q2=5.62t/m (二)吊点槽钢受力计算
q=5.62t/m

1、支点最大受力 Rmax Rmax=RB =RE
横桥向内支撑点受力图 A 2.42m B 2.42m C 2.42m D 2.42m E 2.42m F

=(0.606+0.526)×5.62×2.42 =15.4 t 2、最大弯矩 Mmax (1)Mmax=MB 支=ME 支 = -0.105×5.62×2.422 =3.46 tm (2)强度验算 σ=Mmax/W

=3.46×104N×103mm/(932.2×2×103mm3)





=18.6MPa <[σ]=145MPa (3)挠度验算(略)

(三)分配梁 I16 工字钢受力计算 以顺桥向通长工字钢 I16 为计算宽度 0. 6m,均布荷载 q q=0.6×1.5×1.4 =1.26 t/m 1、强度验算 Mmax=MB 支=MC 支
10



WW
满足要求,可选 [28b 槽钢 2×365.6cm3]
q=1.26t/m A B C D 3.01m 2.7m 3.01m L 0.9L L 横桥向内支撑点受力图

W.

ZH

UL

ON

G.

CO

M

=0.0918×1.26×3.012 =1.048 tm σ=Mmax/W =1.048×104N×103mm/(140.9×103mm3) =74.4 MPa <[σ]=145 MPa (满足要求,下料冲击荷载及自重未考虑) 四、φ32 精轧螺纹吊杆 φ32 精轧螺纹吊杆长度 13m,从三(二)项计算得知吊杆最大受力为 15.4t

σ=F/A =15.4×104N/(3.14×162mm2) =191.6 MPa <[b] (二)伸长量 ΔL=PL/AE E=2.0×105MPa

ZH

UL

(符合要求) L=13m A=803.84mm2

其中 P=15.4t

ΔL=PL/AE=15.4×104N×13×103mm/(803.84mm2×2.0×105N/mm) =12.5mm 五、上承系统

(一)验算吊点槽钢[36b,受力分析如右图示, (取最不利受力[36 槽钢) 1、强度验算 Mmax=19.968tm
A B 1.45m 2.7m 1.45m 1.56m 12.8t 15.4t 15.4t 12.8t

σ=Mmax/W =19.968×104N×103mm/ (2×702.9×103mm3) =142MPa <[σ]=145MPa







WW

W.
1.56m -19.968t.m

ON
-19.968t.m

G.
A 2 36t m B

(满足要求)
11

CO

(一)强度 设计强度[σ]=750MPa

M

15.4t A C

15.4t D B 1.45m 1.56m 12.8t

1.56m

1.45m

2.7m 图1

2、挠度验算
12.8t

受力分解成图 1 和图 2。
E

(1)fC=fD

1.56m

A

B 1.45m 2.7m 图2 1.45m 1.56m

F

=15.4×104N×1450mm/ [(6×2.1×105N/mm2 ×12651.7×104mm4 × 5600mm × 2 × (3 × 1450 × 56002 - 4 × 14502 × 5600+2 ×

=10.8mm (2)fE=fF

=12.8×104N×15602 ×5600mm3/(3×2.1×105N/mm2 ×2×12651.7× 104mm4) =7.07 mm

(二)验算上承重梁[40a 槽钢

选择最不利受力位置验算,验算中按简支简化计算 RA=2/3.1×28.2=18.2t





WW
28.2t

RB=1.1/3.1×28.2=10t Mmax=18.2×1.1=20.02 tm (1)强度验算 σ=Mmax/W



W.

ZH

UL

ON

G.

CO

14502-14502×2700-14503)]mm3

M
B 2 0m

A 1 1m

=20.02×104N×103mm/(2×878.9×103mm3) =113.9MPa<[σ]=145MPa (2)挠度
12

(满足要求)

f=Pb/(qEIL)×√(a2+2ab)3/3 =28.2×104N×1100mm/(9×2.1×105N/mm2×17577.7×104×3100mm √(20002+2×2000×1100)3/3mm6 =4.23mm <[Lo/400]=7.75mm 六、抗浮稳定验算 套箱封底砼高 1.5m,套箱平面尺寸 20.60×9.40m2,直径φ250cm 主护筒 8 个,C25 砼与钢护筒之间的粘洁力按 150KPa 计算,最高水位+5.0,套箱底标高 -3.5m,套箱砼封完底,抽干水后为最不利验算应力状态。 1、浮力 (1)高水位+5 m 浮力为: (满足要求)

F 浮=(20.6×9.4-3.14×1.252×8)×(5+2)×1t =1081t (2)低水位:+1.5m 浮力

F 浮=(20.6×9.4-3.14×1.252×8)×(1.5+2)×1t =541t 2、向下的力

(1)F 砼=(20.6×9.4 - 3.14×1.252×8)×1.5×2.4 =556t (2)套箱自重 G188 t 3、粘结力 F 粘 F 粘=3.14×2.5×1.5×8m2×150KPa =1413 t 4、抗浮稳定
13







WW

W.

ZH

UL

ON

G.

CO

M

高水位:| F 浮-(F 砼+G)|=| 1081-(556+188)| =337t<F 粘=1413 t (满足要求) 同样低水位状态验算也满足要求 七、焊缝长度计算 1、压力按 7t/m2 计,选择水平方向 1m,竖向 0.5m 为计算单元,受的力 F=0.5m2×7t/m2 =3.5t 2、焊缝按剪应力验算[τ]=125MPa 3、A=F/[b] =3.5×104N/(125N/mm2) =280mm2

4、焊缝厚δ=6mm,长度 L=F/A=280/6=46.7mm 5、设计要求为:焊缝长 50mm,厚δ=6mm,每 100mm 一道。







WW
14

W.

ZH

UL

ON

G.

CO

M

********二桥 2#、3#主墩承台套箱施工 设 计 计 算 书 说 明







************* 集 团 2003 年 2 月

WW
15

W.

ZH

UL

ON

G.

CO

M


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