特大桥D4合同段钢栈桥设计计算书

特大桥 D4合同段钢栈桥设计计算书 特大桥 D4 合同段钢栈桥设计计算书 新造珠江特大桥 d4合同段钢栈桥设计计算书计算： 复核： 审核： 路桥华南工程有限公司新造珠江特大桥 d4 合同段钢栈桥设计计算书第一章：工程简介一工程概况新造珠江特大桥为广州新洲至化龙快速路上的控制性工程，全长 1980m。其中引桥长 1222m，斜拉主桥长 758m，珠江大桥桥跨组合为 6（ 341.3） m 241.3m（ 64+140+350+140+64)m（ 248m+40） 2（ 432.5） m。主线按双向六车道，设计行车速度为 80km/h；主桥桥宽 31 米，引桥标准桥宽 28.5米；本工程总工期 30 个月。主桥为主跨为 350m 的双塔斜拉桥。 22、23主墩以及 21辅助墩为水中基础，需搭设栈桥及平台进行施工。根据工程所处地区的地质环境条件，拟采用贝雷桁架在南、北两岸搭设钢栈桥。二结构设计 1、施工钢栈桥钢栈桥采用贝雷加型钢的组合结构形式，北岸钢栈桥采用 3+186+152m 跨径组合、南岸钢栈桥采用18+152m跨径组合。钢栈桥采用 6308mm 的钢管桩作为基础，钢管桩横桥向中心距为 400cm，在钢管桩上面设置双支 i32型钢作为承重梁，并设置牛腿与钢管 桩进行连接。贝雷为双排单层加强，两排贝雷之间采用 45花架连接。二次分配梁采用 i28a 型钢， i28a型钢间距为 100cm。 i28 二次分配梁上面设置 20a 型钢作为一次分配梁，中心距为 23cm，形成栈桥。二次分配梁 i28a与贝雷之间采用直径为 16mm的骑马螺栓进行连接固定。钢栈桥的两端设置 48 钢管作为防护栏。钢栈桥的布置图如下：钢栈桥断面图（单位： m） 2、钻孔施工平台钻孔平台采用贝雷桁架作为主承重结构， 20 型钢作为一次分配结构、i28 按照 1m间距分布作为二次分配结构， i32 型钢作为四周圈梁将荷载传递给钢管 桩基础。钢管桩采用直径 630mm、壁厚 8mm螺旋钢管，钢管桩中心距 6.4m。二次分配梁 i28a与贝雷之间采用直径为 16mm的骑马螺栓进行连接固定。钢栈桥的两端设置 48 钢管作为防护栏。钢栈桥的布置图如下： 3、主墩码头钻孔平台采用贝雷桁架作为主承重结构， 20 型钢作为一次分配结构、 i28 按照 1m 间距分布作为二次分配结构， i32型钢作为四周圈梁将荷载传递给钢管桩基础。钢管桩采用直径 630mm、壁厚 8mm 螺旋钢管，钢管桩中心距 4m。二次分配梁i28a与贝雷之间采用直径为 16mm 的骑马螺栓进行连接固定。钢栈桥的 两端设置 48 钢管作为防护栏。钢栈桥的布置图如下：第二章：结构设计计算各相关参数的确定一计算目的为了使钢栈桥、钻孔施工平台及主墩码头在新造珠江特大桥施工的整个过程中能够安全可靠地投入运用，需对钢栈桥的各结构进行强度、刚度及稳定性等方面的计算与验算。二参考资料 1、设计院及相关部门提供的该项目相关技术资料 2、公路桥涵施工技术规范（ jtj041-） 人民交通出版社 3、钢结构设计手册（第二版） 中国建筑工业出版社 4、公路桥涵钢结构及木结构设计规范（ jtj025 86） 5、结构力学 人民交通 出版社 6、路桥施工计算手册 人民交通出版社 7、实用土木工程手册 人民交通出版社 8、公路桥涵设计通用规范 （ jtg d60）三计算过程中采用的部分参数 a3 钢材的允许应力：【 】 170mpaa3 钢材的允许剪应力：【 】 85mpaa3钢材的弹性模量： e 2.1105mpa16mn钢材的允许应力：【 】210mpa16mn钢材的允许剪应力：【 】 120mpa16mn钢材的弹性模量：e 2.1105mpa 四设计技术参数及荷载的确定 1上述结构设计计算荷载为 50t 履带吊及砼罐车， 50t履 带吊自重约为 50t，其计算工况为最重荷载在栈桥上行驶时对栈桥的影响，考虑可能出现的履带吊停留在栈桥上吊装作业时的情况，吊重按 20t 考虑，则考虑 1.1 的冲击系数最后取 77t进行计算。 2结构自重按实际重量计入或由计算软件自动计入； 3流水压力因新造珠江特大桥施工图设计说明中未提供相关数据，出于安全考虑，施工区域流水设计流速 300cm/s。根据公路桥涵设计通用规范，则流水压力为： fw=kav2/2g 其中： k 为形状系数，圆形取 0.8； a 为阻水面积，取 1m 长度计算，则面积为0.82m2； 为水 的重力密度，取 10kn/m3； v 为设计 水流速， 1.4m/s； g 为重力加速度，取 9.81m/s2； 则：水流压力 fw=0.80.631032/29.81=2.212kn/m 即钢管桩在水中的自由段承受 2.212kn/m的水流压力。五结构计算工况的确定 1主桥施工栈桥工况一：钢栈桥搭设施工时， 50t履带吊悬吊振桩锤打桩。此时由于前面的钢管桩还在振打， 50t履带吊必需停留在悬臂跨上，此工况下主要考虑悬臂时对贝雷的受力大小及钢管桩的承载力。计算荷载为履带吊的自重、振桩锤重同时考虑一定的冲击系数，最后 荷载值取77t。最大荷载组合为：恒载 +活载 +水流压力工况二：钢栈桥搭设好后，正常投入使用时，各种施工车辆在上面行驶或停留。在整个施工过程中，最大荷载有砼运输车满载时为 30t 左右，考虑冲击系数取33t；履带吊自重 50t，吊重 20t，考虑冲击系数取 77t。最大荷载组合为：恒载 +活载 +水流压力 2、主墩钻孔施工平台：主墩钻孔施工平台结构搭设过程受力状态与使用过程受力状态基本一致，所以仅按照使用过程进行分析。最大荷载有砼运输车满载时为 30t左右，考虑冲击系数取 33t；履带吊自重 50t，吊重 20t，考虑冲击系数取 77t。 3、主墩码头：主墩钻孔施工平台结 构搭设过程受力状态与使用过程受力状态基本一致，所以仅按照使用过程进行分析。最大荷载有砼运输车满载时为 30t 左右，考虑冲击系数取 33t；履带吊自重 50t，吊重 20t，考虑冲击系数取 77t。经过初步分析：主桥钢栈桥、钻孔施工平台、码头均按照履带吊控制设计。第三章：结构的设计计算及验算一、主栈桥结构设计与验算 :1工况一在工况一里，主要考虑汽车吊的悬臂作用。单跨栈桥为 18m，综合考虑 50t履带吊的作业半径，履带吊的荷载布置为从悬臂端的桩顶开始，荷载分布为两中心距为 3.6m（边到边为 4.3m）的均布荷载，荷载宽度为 0.7m，长度为 5m。每条履带的均布荷载大小为 77025=77kn/m ，履带吊在栈桥上居中布置，履带悬臂一半。其示意图如下： 一次分配梁 20 的计算：根据荷载分布情况以及履带宽度，按最不利考虑，单条履带荷载考虑由 3条20a型钢承担，其大小为 773=25.67kn/m, 按 5 跨连续梁考虑，其计算结果如下：由上图计算结果可知， 20a 承受的最大组合应力为= -108.05mpa【 】 170mpa。由上图计算结果可知， 20 最大位移为 f=0.66mm【 f】 l/400=2.5mm。二次分配梁 i28的 计算：根据一次分配梁 20的计算结果得知，在悬吊振桩的情况下，一次分配梁对二次分配两产生的作用力最大为 29.32kn，则施加在二次分配梁上的作用力按单边最外侧 3 个 23cm等间距 29.32kn大小（实际要略小）的作用力计算，则二次分配梁的计算结果如下：由上图计算结果可知， i28 承受的最大组合应力为 =87.04mpa 【 】 170mpa。由上图计算结果可知， i28 最大位移为 f=2.4mm【 f】 l/200=5mm。整体计算：由于悬吊振桩锤施工时，履带吊为居中布置，栈桥的各结构都是等间距对称布置的，所以贝雷 计算时可将各重量简化为均布荷载进行计算。履带吊的履带长度为 5m，则贝雷悬臂部分按 2 片贝雷6m考虑，每片贝雷加花架按 300kg考虑，则施加在贝雷上的荷载为：贝雷： 3501/3=116.7kg/mi28: 43.46561=260.79kg/m20: 22.632251=565.8kg/m 则施加在贝雷上的结构自重按均布荷载为9.44kn/m，单侧双排加强贝雷的均布荷载为 2.36kn/m，施加的活载为单条履带 77kn/m，贝雷的计算结果如下： 由上图计算结果可知，双排加强贝雷承受的最大组合应力为=167. 43mpa【 】 210mpa。由上图可知，双排加强贝雷最大位移为 f=4.98mm【 f】 l/400=45mm。由上图可知，钢管桩最大反力为 570.63kn。钢栈桥的整体稳定性计算：由上图计算结果可知，钢栈桥第一阶失稳系数为 15.2。结论：综合上述结果可知，钢栈桥在工况一荷载作用下，有足够的刚度、强度、稳定性。结构安全可靠。2工况二在工况二中，计算荷载取履带吊的 55t。由于在工况一中计算荷载也为 55t，所以在工况二里不再进行一次分配梁和二次分配梁的单独计算，而直接进行贝雷及栈桥的整体稳定计算。整体计算 ：由工况一的计算可得知贝雷上的结构自重荷载为 11.8kn/m，单条履带活载为 77kn/m（荷载长度为 5m），贝雷弯矩计算时活载布置到跨中，剪力计算时布置到支点处，贝雷取一联 4 跨连续进行计算。计算结果如下：由上图可知，双排加强贝雷最大组合应力为 =195.08mpa 【 】 210mpa。由上图计算结果可知，双排加强贝雷最大变形挠度为 f=27.39mm 18000400=45mm 。由上图计算结果可知，钢管桩最大反力为 f=541.33kn 钢栈桥的整体稳定计算：由上图计算结果可知，钢栈桥第一阶失稳系数为 10.61。结论：综合上述结果可知，钢栈桥在工况二荷载作用下，有足够的刚度、强度、稳定性，结构安全可靠。二、主墩钻孔施工平台： 1、一次分配梁 20的计算： 该分配梁计算结果与主栈桥的一次分配梁计算结果一致。 2、二次分配梁 i28的计算： 该分配梁计算结果与主栈桥的一次分配梁计算结果一致。 3、整体计算：由上图可知，不加强贝雷最大组合应力为 =263.35mpa 1.3【 】 273mpa。由上图计算结果可知，不加强贝雷最大变形挠度为 f=14.44mm 10000400=25mm 。由上图计算结果可知，钢管桩最大反 力为 f=301.89kn 三、主墩码头计算： 1、一次分配梁 20的计算： 该分配梁计算结果与主栈桥的一次分配梁计算结果一致。 2、二次分配梁 i28的计算： 该分配梁计算结果与主栈桥的一次分配梁计算结果一致。 3、整体计算：由上图可知，双排加强贝雷最大组合应力为 =169.14mpa 【 】 273mpa。由上图计算结果可知，双排加强贝雷最大变形挠度为 f=17.49mm 15750400=39.375mm 。由上图计算结果可知，钢管桩最大反力为 f=311.73kn 第四章：钢管桩的入土深度计算一主桥钢栈桥根据 第三章中各工况的计算结果，钢管桩的单桩最大承载力为工况一 570.63kn，考虑其它不确定的影响因素， 6308mm 钢管桩的最大单桩承载力按 600kn进行计算。根据地质勘察报告中 22 墩附近孔位土质力学性能， qmc4 ：承载力取=100kpa ，摩阻力取 =40kpa ，层厚 6.2m,层顶标高 -1.5m；pz11 ：承载力取 =350kpa ，摩阻力取 =75kpa ，层厚 3m；pz12 ：承载力取 =550kpa ，摩阻力取 =130kpa ，层厚 13.2m；则单桩进入 pz11 土层深度为：l0=(6001.5-403.140.636.2)(3.140.6375)=2.759m 根据设计给出的勘察资料，河床标高为 -1.5m，桩顶标高为： +5.427m；桩底标高为：-10.459m；单桩桩长为： l=15.886m；综合考虑：钢管桩设计长度取18m，实际过程中可以适当调整，但施工过程必须保证单桩承载力不小于 60t。二、钻孔施工平台及主墩码头：比较钻孔施工平台及主墩码头钢管桩反力，钢管桩长度与主桥钢栈桥确定原则一致：钢管桩设计长度取 18m，实际过程中可以适当调