彩钢房抗风验算

彩钢房抗

风验算

计算书

兰州交通大学

土木工程学院岩土与地下工程系

一、验算内容及验算依据

受中铁21局兰新指挥部的委托，对兰新铁路第二双线（新疆段）风区的彩钢房的抗风性能进行了验算。主要从彩钢房主要受力构件的强度、稳定性及基础的倾覆性进行了验算，并提出相应的抗风加固措施。

验算依据为：《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）及《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）。

二、风荷载大小的确定

根据现场调研及相关工区提供的资料，彩钢房的高度为3.0m，其平面布置见图1。根据结构的受力性质，取其中一个单元（见图2）进行分析。

图1 平面布置

图2 计算单元

根据《兰新铁路新疆有限公司文件》（新铁安质2010 33号）提供的风级凤速换算表（见表1）及《铁路桥涵设计基本规范》中的4.4.1条确定风荷载的大小。

表1 风级风速换算表

《铁路桥涵设计基本规范》中的4.4.1条规定，作用于结构物上的风荷载强

度可按下式计算：

W=K1K2K3W0 （1）

式中 W—风荷载强度（Pa）；

（Pa），W0=W0—基本风压值

12

ν，系按平坦空旷地面，离地面20m高，1.6

频率1/100的10min平均最大风速ν（m/s）计算确定；一般情况W0可按《铁路桥涵设计基本规范》中附录D“全国基本风压分布图”，并通过实地调查核实后采用；

对桥墩可参照《铁路桥涵设计基本规范》中表4.4.1-1，K1—风载体形系数，

其它构件为1.3；

K2—风压高度变化系数，可参照《铁路桥涵设计基本规范》中表4.4.1-2，

风压随离地面或常水位的高度而异，除特殊高墩个别计算外，为简化计算，桥梁工程中全桥均取轨顶高度处的风压值；

地理条件系数，可参照《铁路桥涵设计基本规范》中表4.4.1-3。 K3—地形、

针对本工程场地实际特点，取k1=1.3， k2=1.0 ，k3=1.3。取风级10下的风速为28.4m/s，风级12下的风速为36.9m/s，风级15下的风速为50.8m/s。计算得罐体每延米的荷载强度分别为：风级10为2.94kN/m，风级12为4.96kN/m，风级15为9.44kN/m，计算过程见表2。

表2 风级与风荷载强度大小

三、不同工况下立柱强度、稳定性及整体倾覆检算

为了考虑彩钢房主体构件的内力，检算过程采用有限元数值计算方法。立柱采用工字钢，型号为HW 125x125x6.5/9，立柱间横撑采用槽钢，型号为C 126x53x5.5/9。有限元模型见图1。

图1 整体有限元模型

3.1 风级10结构性能抗风验算

风级10时的风荷载和结构自重荷载组合进行立柱的强度、稳定及基础倾覆验算。

（1）立柱的强度及稳定性验算

在10级风荷载和结构自重作用下，构件的应力见图2。

图2 风荷载10+结构自重时构件应力图（单位：kpa）

从图2可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力数值为49MPa。横撑最大压应力为23.7 Mpa。《铁路桥梁钢结构设计规范》中3.2.1条的规定，Q235

钢的弯曲基本容许应力为140 MPa。在主力+风力组合下，容许应力提高系数为1.2倍，所以提高后的弯曲容许应力为140*1.2=168 MPa。从分析结果上看，立柱及横撑最大应力数值均小于168 MPa，故在风级10+结构自重状态下，立柱及横撑的强度满足规范要求。

从稳定角度看，立柱的截面积为3.03×10-3m2, 惯性矩为8.47×10-6m4, 立柱自由段长度为1.5m, 长细比为28，容许应力折减系数为0.9，所以考虑稳定影响后的结构受压容许应力为0.9x168=151MPa。横撑的截面积为1.57×10-3m2, 惯性矩为3.88×10-6m4, 立柱自由段长度为5.75m, 长细比为115，容许应力折减系数为0.48，所以考虑稳定影响后的结构受压容许应力为0.48x168=67MPa。从图2分析结果看，立柱及横撑的稳定性均满足规范要求。 （2） 整体倾覆验算

根据风荷载和基础重力作用下受力分析、计算，整体稳定性满足要求。 3.2 风级12结构性能抗风验算

风级12时的风荷载和结构自重荷载组合进行立柱的强度、稳定及基础倾覆验算。

（1）立柱的强度及稳定性验算

在12级风荷载和结构自重作用下，构件的应力见图3。

图3 风荷载12+结构自重时构件应力图（单位：kpa）

从图3可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力数值为80MPa。横撑最大压应力为40 Mpa。从分析结果上看，立柱及横撑最大应力数值均小于168

MPa，故在风级12+结构自重状态下，立柱及横撑的强度满足规范要求。 从稳定角度看，立柱及横撑的稳定性也均满足规范要求。 （2） 整体倾覆验算

根据风荷载和基础重力作用下受力分析、计算，整体稳定性满足要求。 3.3 风级15结构性能抗风验算

风级15时的风荷载和结构自重荷载组合进行立柱的强度、稳定及基础倾覆验算。

（1）立柱的强度及稳定性验算

在15级风荷载和结构自重作用下，构件的应力见图4。

图4 风荷载15+结构自重时构件应力图（单位：kpa）

从图4可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力数值为148MPa。横撑最大压应力为76 Mpa。从分析结果上看，立柱及横撑最大应力数值均小于168 MPa，故在风级15+结构自重状态下，立柱及横撑的强度基本满足规范要求。

从稳定角度看，立柱及横撑的稳定性也基本满足规范要求。 （2） 整体倾覆验算

根据风荷载和基础重力作用下受力分析、计算，整体稳定性满足要求。

四、结论

从计算结果可以看到：在10级、12级和15级风载作用下，结构主体受力构件的强度、稳定性及整体倾覆性满足规范相关要求，因此构件的受力性能是安全的。

2010年3月