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申请/专利权人：中交天津港湾工程研究院有限公司;中交第一航务工程局有限公司;天津港湾工程质量检测中心有限公司

摘要：本发明公开了一种三段式预制桥墩的吊装设计方法，属于桥墩吊装设计领域，包括如下步骤：S100、确定结构形式：确定预制桥墩为三段式结构分别独立预制的上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台；S200、确定上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的荷载及系数；S300、吊点及吊装组件设计；S400、吊装组件参数设计；S500、有限元模型分析；本发明针对分段构件的吊点预埋件进行设计，并给出吊点的合理位置，组成完整的吊装系统。吊装构件的吊杆、吊耳、锚垫板在吊装设计荷载作用下的应力值均小于对应材料的设计强度，能够满足吊装施工的要求；混凝土结构在底部锚垫板处的抗冲切承载力满足吊装施工的荷载要求。

主权项：1.一种三段式预制桥墩的吊装设计方法，其特征在于：包括如下步骤：S100、确定结构形式：确定预制桥墩为三段式结构分别独立预制的上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台；其中，在中节预制墩身的空腔内顶部两侧对称设有吊装块体，每个吊装块体上设置有两个吊点，四个吊点成矩形分布在同一水平面上；S200、确定荷载及系数：S201、根据项目实际工况，设计荷载主要为桥墩各节段的结构自重，具体数值如下：①下节预制墩台：节段自重取为24000kN；②中节预制墩身：节段自重取5500kN；③上节预制墩帽：节段自重取12500kN；S202、确定设计系数：根据《公路桥涵设计通用规范》、《水运工程混凝土结构设计规范》相关设计规范，确定计算系数取值如下：结构重要性系数：设计安全等级为一级，取1.0；结构自重荷载分项系数：取1.3；结构吊装动力系数：考虑吊装时的综合工况，取1.2；S300、吊点及吊装组件设计：S301、吊点设计：在上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台上均布置有四个吊点，四个吊点成矩形分布在上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台上，在每个吊点位置所述上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台上预制有贯通的孔洞，所述预制孔洞内壁预埋有钢套管；上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台分别独立设计吊装组件；S302、所述吊装组件包括上锚垫板和下锚垫板，吊杆以及锁紧螺母，其中吊杆穿装在钢套管内，对应吊杆所述上锚垫板和下锚垫板的上设通孔，在上锚垫板和下锚垫板的外侧所述吊杆上螺装有锁紧螺母；所述上锚垫板的上表面焊接两个平行设置的耳板，所述耳板上水平设有吊装孔；在吊装孔的外圆周耳板上焊接有加强环板；所述耳板与上锚垫板之间焊接有加强肋板；针对上述上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的吊装组件的吊杆受力的计算、耳板孔净截面处抗拉强度、耳板端部截面劈开强度、耳板抗剪强度计算；S400、吊装组件参数设计：S401、通过吊杆的受力计算分别确定上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的吊装组件的上、下锚垫板、吊杆设计参数，具体如下：吊杆受力计算：设置4个吊点，根据四点起吊三点平衡原理，吊点按3点同时受力进行计算，吊杆采用40CrNiMoA合金钢，采用如下公式分别计算上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台吊装组件的设计参数，依上、下锚垫板的厚度确定吊杆设计参数；具体如下：吊杆轴心受拉荷载计算： 式中：G为预制桥墩分段构件的自重，单位kN， N d为单个吊点最大受拉荷载设计值，单位为N； 为结构重要性系数，取值1.0； 为结构自重荷载分项系数；取值为1.3； 为结构吊装动力系数，取值为1.2；吊杆的总截面面积计算： 式中：为吊杆的总截面面积计算值，单位mm²； 为吊杆的抗拉强度设计值，单位MPa； 为上锚垫板和下锚垫板的弯曲变形折减系数； n为单个吊点吊杆个数； t为预埋锚垫板厚度，单位厚度mm； d为吊杆直径，单位mm； A为吊杆的总截面面积实际值，单位mm²；经过计算吊杆的总截面面积实际值A应不小于吊杆的总截面面积计算值，吊杆直径d及锚垫板厚度t的取值为合理取值；按照下面公式分别计算上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的耳板孔净截面处抗拉强度计算， 式中：为耳板孔净截面处受拉应力，单位为MPa； N为吊耳轴向拉力设计值，单位为N，每个吊点的拉力由两个吊耳承受，考虑1.05倍的不平衡系数，； t为耳板厚度，单位为mm； b 1为耳板两侧边缘与销孔边缘计算距离，单位为mm，b1=min（2t+16，b-d03）； f为钢板抗拉强度设计值，单位为MPa； d 0为销轴孔径，单位为mm； b为耳板两侧边缘与销轴孔边缘净距，单位为mm；经计算，耳板孔净截面处受拉应力应小于钢板抗拉强度设计值f，则满足设计要求；按照下面公式分别计算上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的耳板端部截面劈开强度：耳板端部截面劈开强度的计算： 式中：为耳板端部截面受拉应力，单位为MPa； N为吊耳轴向拉力设计值，单位为N，每个吊点的拉力由两个吊耳承受，考虑1.05倍的不平衡系数，； t为耳板厚度，单位为mm； a为顺受力方向，销轴孔距耳板边缘距离，单位为mm； d 0为销轴孔径，单位为mm； f为钢板抗拉强度设计值，单位为MPa；经计算，耳板端部截面受拉应力应小于钢板抗拉强度设计值f，则耳板满足设计要求；按照下面公式分别计算上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的耳板抗剪强度： 式中：τ为耳板端部剪切应力，单位为MPa； N为吊耳轴向拉力设计值，单位为N，每个吊点的拉力由两个吊耳承受，考虑1.05倍的不平衡系数，； a为顺受力方向，销轴孔距耳板边缘距离，单位为mm； t为耳板厚度，单位为mm； d 0为销轴孔径，单位为mm； Z为耳板端部抗剪截面宽度，单位为mm； 为钢板抗剪强度设计值，单位为MPa；经计算，耳板端部剪切应力τ应小于钢板抗剪强度设计值，则满足设计要求；上节预制墩帽的吊装组件的上、下锚垫板、吊杆设计参数：所述上锚垫板厚80mm，材质为Q355，下锚垫板的厚度为80mm，材质为Q355；吊杆长为6.98m，材质为40CrNiMoA合金钢，中部直径为64mm，两端车丝加工M64螺纹；中节预制墩身的吊装组件的上、下锚垫板、吊杆设计参数：所述上锚垫板的厚度为50mm，材质为Q355；所述下锚垫板的厚度为50mm，材质为Q355；所述吊杆长为2.35m，材质为40CrNiMoA合金钢，中部直径为45mm，两端车丝加工M45螺纹；下节预制墩台的吊装组件的上、下锚垫板、吊杆设计参数：所述上锚垫板的厚度为120mm，材质为Q355；所述下锚垫板的厚度为120mm，材质为Q355；所述吊杆长为5.15m，材质为40CrNiMoA合金钢，中部直径为85mm，两端车丝加工M85螺纹；S402、通过耳板的受力计算确定耳板的厚度和两侧加强环形板厚度；上节预制墩帽的吊装组件的耳板和加强环形板的参数：耳板厚度为70mm，加强环形板厚度为20mm，材质均为Q420；中节预制墩身的吊装组件的耳板和加强环形板的参数：耳板厚度为40mm，加强环形板厚度为15mm，材质均为Q420；下节预制墩台的吊装组件的耳板和加强环形板设计参数：耳板厚度为80mm，加强环形板厚度为30mm，材质均为Q420；S500、有限元模型分析：有限元模型建立，利用midasFEA有限元分析软件建立分段构件整体模型，混凝土结构采用实体单元模拟，材料弹塑性，混凝土内钢筋采用植入式钢筋单元模拟，按弹性假定，底面锚垫板采用板单元模拟；混凝土总应变裂缝模型采用脆性张拉本构模型，受压混凝土按线性考虑，上、下锚垫板底面采用竖向约束模拟钢吊杆，分别对上节预制墩帽，中节预制墩身以及下节预制墩台的吊装组件进行验证。

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