栈桥计算书3A.doc

便桥受力分析附件： 便桥计算书1 概述 1.1 设计说明根据钱江通道及接线工程南接线03A合同段桥梁施工需要，特分别修建跨七工段直河、后横河便桥长约96m、48m，行车道宽4.5m+人行道宽0.8m，便桥结构形式为5排单层贝雷桁架，桁架间距0.9m，标准跨径为12m；桥面系为厚度为8mm钢板与间距为24cm的工12.6焊接而成的组合桥面板；横向分配梁为I22a，间距为1m；基础采用4207mm和3777mm钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用20号槽钢连接成整体；墩顶横梁采用2工28a。便桥布置结构形式如下图1。图1 栈桥一般构造图（单位：cm）1.2 设计依据1）公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）2）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85）3）公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ025-86）4）公路桥涵施工技术规范 （JTJ0412000）5）海港水文规范 （JTJ213-98）1.3 技术标准1）设计控制荷载：挂-120；50t履带吊+15t吊重（考虑1.3冲击系数），按85t吨计。2）设计使用寿命：24个月；3）设计行车速度10km/h。2 荷载布置 2.1 上部结构恒重（4.5米宽计算） （1）钢便桥面层：8mm厚钢板，单位面积重62.8kg/m2，则2.82kN/m。（2）I12.6单位重14.21kg/m，则2.98kN/m，间距0.24m 。（3）I22a单位重33.05 kg/m，则0.33kN/m，1.98KN/根，间距1.0m。 (4）纵向主梁：横向5排321型贝雷梁，5.5KN/m；(5）桩顶分配主梁：2I28a，单位重86.8 kg/m ,则0.87kN/m。2.2 车辆荷载 1）挂车-120荷载（轮着地宽度和长度为0.5m0.2m）图2 挂-120荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：kN；尺寸单位：m）主要指标单位履带-50车辆重力kN500履带数或车轴数个2各条履带压力或每个车轴重力kN56 kN/m履带着地长度或纵向轴距m4.5每个车轴的车轮组数目组-履带或车轮横向中距m2.5履带宽度或每对车轮着地宽和长m0.7图3、50T履带吊主要技术指标2）施工荷载及人群荷载：4kN/m23 上部结构内力计算 3.1 桥面系由于本项目便桥桥面系采用框架结构，面板加强肋采用间距为24cm的I12.6焊接成整体，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算，仅对面板主加强肋进行验算，其荷载分析如下： 1）自重均布荷载：0.29kN/m，本计算中可忽略不计。2）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用。3）轮压：最大轴重为300kN，每轴4组车轮，则单组车轮荷载为75kN，车轮着地宽度和长度为0.5m0.2m，单组车轮作用在2根I12.6上，则单根I12.6受到的荷载为：q1=1/275kN /0.2m=187.5kN/m。面板主加强肋下的横向分配梁I22间距为1m，则单边车轮布置在跨中时弯距最大计算模型如下：图4 受力模型图5 计算结果(Qmax=18.9kN，Mmax=6.12kN.m)履带荷载属均布荷载，85t分布作用在4.5m长的区域，对桥面工字钢的作用比轮式荷载小，不予计算。选用I12.6,查钢结构计算手册得各相关力学参数如下：Wx=49cm3,A=14.33cm2,Ix/Sx=8.68(Ix=245cm4，Sx=28.2cm3)，b=0.45cm。=M/Wx=6.12kNm /49cm3103=125MPa1.3=1.3145188.5 MPa=QS/Ib=18.9*10/14.33/0.45=29.3Mpa1.3=1.385110.5 Mpamax=9.710-6m1.3=1.3145188.5 MPa=QS/Ib=27.7 2*10/18.9/0.75=20MPa1.3=1.385110.5 MPa。根据上述计算结果知,采用I22结构做分配梁，其强度将满足施工要求。3.3 贝雷梁内力计算 3.3.1挂车荷载分析：1）自重均布荷载：q1 =0.3kN/m+1.98 kN /m5.5kN/m=7.78kN/m；2）施工及人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；3）本项目栈桥最大设计跨径为12m，选择12米跨径进行分析，考虑挂车在栈桥上的行驶路径，单跨贝雷梁受力最不利的情况为挂车一端行驶到跨中和跨端位置，据此，利用SAP2000建立受力模型如下：工况一、图9受力模型图10 弯矩图(Mmax=1953.44kN.m)图11 剪力图(Qmax=627.88kN)图12 节点反力图(Nmax=926.88kN)3.3.2 履带吊施工阶段荷载单跨贝雷梁受力最不利的情况为50T履带吊车行驶到跨中位置和跨端作业，50T履带吊车作业荷载85t10/4.5m=188.9 kN/m。据此，利用清华大学结构求解器建立受力模型如下：工况二图17、受力模型图18 弯矩图(Mmax=2212.04kN.m)图19 剪力图(Qmax=471.71kN)图20、节点反力图(Nmax=471.705kN)工况三图21、受力模型 图22 弯矩图(Mmax=1368.39kN.m)图23 剪力图(Qmax=737.35kN)图24、节点反力图(Nmax=737.346kN)经过上述分析知，贝雷梁最大弯矩Mmax2=2212.04kN.m，最大剪力Qmax2=737.35kN。纵向主梁选用5排单层贝雷架，则贝雷梁容许弯矩M=788.25=3941kN.m，容许剪力Q=245.251226kN。Mmax=2122.04kN.mM= 3941kN.m Qmax=737.35kNQ 1226kN，满足强度要求。 3.4 承重梁内力分析 承重梁一作为便桥结构的主要承重结构，是便桥结构稳定安全的生命线，采用的型材为2I28a。根据第3.3节对贝雷梁的计算分析，得到最大节点反力为737.346kN，主纵梁为5单层贝雷，则单排贝雷对承重梁一的作用力为737.346/5147.47 kN。下面对最不利情况下，承重梁一的内力情况进行建模分析。图25 计算模型图26 弯矩图(Qmax66.47kN)，图27 剪力图（Mmax=216.54kN.m)根据上述建立有限元模型进行分析可知，取最大荷载Mmax=66.47KNm，Qmax=216.54kN进行桩顶承重梁的截面设计。Wx= Mmax/= 94.28Nm /145 Mpa=458cm3A= Qmax/=216.54kN/85 Mpa=25.4cm2选用2I28a,查钢结构计算手册得各相关力学参数如下：W=2508cm3=1016cm3,A=255.4=110.8cm2,I/S=24.6(I=7110cm4，S=292.7cm3)，b=0.8521.7cm，下面对其强度进行验算：=M/W=66.47kNm /1016cm3103=65.4MPa1.3=QS/Ib=216.54*10/24.6/1.7=51.8MPa 1.3满足强度要求。4 钢管桩承载力 本便桥结构基础采用单排3根钢管桩桩基础，桩顶最大承载力为挂车行驶到桩顶时，最大荷载为约349.1kN。考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料。施工中，理论设计值作为钢管桩施工的参考，施工选用振动锤进行施打钢管桩，实际入土深度结合现场实际地质情况确定。4.1 钢管桩理论入土深度计算：根据港口工程桩基规范（JTJ254-98）第4.2.4条：式中：Qd单桩垂直极限承载力设计值（kN）；单桩垂直承载力分项系数，取1.45；U桩身截面周长（m），本处为377mm*6mm钢管桩取1.184m，420mm*7mm钢管桩取1.319；单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa）；桩身穿过第i层土的长度（m）；单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；A 桩身截面面积；地质情况统计如下：岩土编号土层名称地基土容许承载力（kPa）桩周土极限摩力（kPa）顶面（m）底面高程（m）层厚（m）1粉土3055（取40）1.31-3.394.72粉砂3555（取45）-3.39-13.6910.33淤泥质粉质黏土1525（取20）-13.69-16.592.9根据上述验算可知单桩最大承受荷载约349.1kN。现假设桩底打入粉砂LXm,带入上述计算公式中（因端部摩阻力很小，计算时不予考虑），则有：（单排3根桩）349.1kN1/1.451.319（404.7+45LX）求解得：LX4.4m。由计算可知，钢管桩打入粉砂层4.4米。桩底标高为-7.79m，桩顶标高为+7.171m,则单根桩总长为15m。（单排4根桩）261.8kN1/1.451.184（404.7+45LX1）求解得：LX13m。（单根桩长度计算长度为13.6m）4.2 钢管桩稳定性计算水深3m，按1m冲刷深度考虑，则可假定钢管桩悬臂固结点在-8.8m处，桩顶标高取+7.201m，钢管悬臂长度为16m，根据压杆原理，满足稳定要求。4.3 钢管桩强度分析：根据上述计算结果，现对钢管桩基础进行建模分析：（此处按单排3根420mm*7mm钢管计算） 图28、计算模型 图29、轴向力结果（418.74kN） 图30、变形图（fmax=0.0032m） 图31剪力图（Qmax=210.35kN） 图32弯矩图（Mmax=94.7kN.m）4207mm钢管桩Wx