钢桥平台方案.doc

福永高速莆田段工程A1标段钢便桥及平台方案编 制审 核复 核四川路桥建设股份有限公司莆永高速莆田段工程A1标项目部2010年5月28日钢便桥及平台方案设计计算一、工程简介由我司承建的福永高速公路莆田段路基土建A1合同段工程因施工需要必须在K9+555K9+585、K9+658K9+700共架设二座长度分别为30M、42M的钢便桥，在西园2#桥7#、10#、11#三个墩设钢平台。根据现场地形地貌并结合荷载使用要求，经过详细测设，我部架设的钢便桥规模为桥面净宽6米、钢平台规模为9*25m。钢便桥结构特点如下：1、桥台结构为：钢管双排桩（6根）立柱，工字钢纵、横梁。2、墩部结构为：钢管单排桩（4根）立柱，工字钢横梁。3、上部结构为：贝雷片纵梁4、桥面结构为：倒扑槽钢（【32cm）5、防护结构为：小钢管护栏钢平台结构特点如下：1、基础、下部结构为：钢管单排桩（3根）立柱，工字钢横梁。2、上部结构为：工字梁3、平台面结构为：倒扑槽钢（【32cm）4、防护结构为：小钢管护栏二、设计标准及参考资料 1、主要技术标准 、计算行车速度：10km/h、设计荷载：汽车I级、桥跨布置：10.5m跨连续贝雷桥、桥面布置：桥净宽6m 2、主要参考资料 、交通部公路桥涵施工技术规范JTJ0412000、人民交通出版社路桥施工计算手册、交通部交通战备办公室装配式公路钢桥使用手册、钢管桩的设计与施工、公路桥涵钢结构木结构设计规范三、设计文字说明1、基础设计 钢便桥所在河域常水位3.50米，高水位4.50米；河床标高最深约2.25米，淤泥层底标高最深约-4.0米。建成后的钢便桥桥面标高6.5米。钢便桥两端设置两个桥台、其余设置桥墩。、桥台基础设计：采用3706mm钢管桩，每台采用2排共6根钢管桩（堤岸处桥台直接开挖后浇筑钢筋砼台帽）；钢管桩需穿过淤泥层，进入粘土层1.0m以上或达到砾石层。、桥墩基础设计：采用3706mm钢管桩，每墩采用1排共4根钢管桩（其它采用2排共6根钢管桩）；钢管桩需穿过淤泥层，进入粘土层1.0m以上或达到砾石层。 、吊车及桩基平台在桥墩位布设，9m25m，采用3706mm钢管桩（3排，每排8根），排距4.5m，横距3m及4.5m，并用10号槽钢与栈桥桥墩钢管桩连接成整体。2、下部结构设计 考虑到桥梁使用期较长，雨水季节时河流较急，为加强桥墩及平台的整体性，每墩的每排钢管间及两排钢管间露出常水位段均采用10cm槽钢水平向和剪刀向牢固焊接成整体。 钢便桥桥墩钢管桩横向间距2.0m，排距3.0m。桩顶布置25cm工字钢横梁，使钢管立柱形成一座牢固的排架结构。 桩基平台钢管桩横向间距为3m+4.5m+3m+3m+3m+4.5m+3m，排距4.5m。桩顶布置25cm工字钢横梁，横梁上再布设25cm工字钢纵梁，使平台形成一座牢固的排架结构。 施打钢管立柱技术要求：钢管桩需穿过淤泥层，进入粘土层1.0m以上或达到砾石层。钢管桩中轴线斜率1L。3、上部结构设计纵梁跨径10.5m，根据行车荷载要求，6m宽桥纵梁布置单层6片国产贝雷片（规格为150cm300cm），横向布置形式为：5120cm。贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用120型定型支撑片联结以保证其整体稳定性，贝雷片与工字钢横梁间用U型铁件联结以防滑动。4、桥面结构设计 桥面采用倒扑槽钢（【32cm）。 5、防护结构设计 桥面采用小钢管（直径3cm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1.2米，栏杆纵向每隔1.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度方向设置两道横杆。四、钢便桥各部位受力验算 钢便桥计算跨径跨径10.5M。自下而上分别为：3706mm钢管桩(桩基平台采用3706mm钢管桩)、25a型工字钢横梁、“321”军用贝雷梁、倒扑槽钢（【32cm）。 单片贝雷：I=250497.2cm4，E=2105Mpa，W=3578.5cm3 M=788.2 knm, Q=245.2 kn （一）荷载布置 1、上部结构恒载（按6m宽计）（1）桥面板：取1.20kn/m（2）“321”军用贝雷梁：每片贝雷重287kg（含支撑架、销子等）： 287610/3/10005.74kn/m 2、活载（1）汽-I级（2）大型吊车：车重60t（3）人群：不计 考虑钢便桥实际情况，同方向车辆间距大于10.5m，即一跨内同方向半幅桥内最多只布置一辆车。考虑错车,错车车辆按大型吊车空车在跨中考虑（前轴力60kn，后轴力270kn，轴距4+1.4m）。 （二）上部结构内力计算 1、贝雷梁内力计算 1）汽-I级车 (1)在跨中,按简支计算，受力图如下: 对一端取矩，由M0，得: RA（1404.55+1405.95)/10.5+（609.95+704.55+705.95)/10.5+（1208.05+1206.65+303.65）/10.5 266.86+178.43=445.3 kn M中266.865.25-（140+70）0.7-604.7972.0 knm 查建筑结构计算手册 f1pal2（3-42）/（24EI） =（140+70）10004.5510.52（3-44.552/10.52）/（242.010116250497.210-8）=0.3cmf2pa2b2/（3EIl） =6010000.5529.952/（32.010116250497.210-810.5）0.002cm f f1+ f23mm (2)在墩顶，按简支计算，受力图如下: 对一端取矩，由M0，得: RA（1409.8+1202.8+1201.4)/10.5+（609.95+704.55+705.95)/10.5+1409.8/10.5178.67+126.86+130.67=436.2 kn M中（178.67+126.86）5.25-1404.55-700.7-604.7 636.0 knm 查建筑结构计算手册 f1pa2b2/（3EIl）=14010000.729.82/（32.010116250497.210-810.5）=0.007cmf2pa2b2/（3EIl） =12010007.722.82/（32.010116250497.210-810.5）0.000cm f3pa2b2/（3EIl） =12010009.121.42/（32.010116250497.210-810.5）0.000cm f4pa2b2/（3EIl） =6010000.5529.952/（32.010116250497.210-810.5）0.000cm f5pal2（3-42）/（24EI） =7010004.5510.52（3-44.552/10.52）/（242.010116250497.210-8）=0.1cm f f1+ f2+ f3+ f4+ f5+ f61mm （2）汽车起重机 同向每跨只布置一辆，按简支计算。车重60t,前轴重力60kn，后轴重力2270kn，错车吊车后轴力270kn；受力图如下： (1)在跨中,按简支计算，受力图如下：对一端取矩，由M0，得： R（2704.55+2705.95+609.95）/10.5+（704.55+705.95+609.95）/10.5453.7 kn RA600+200=800kn M中453.75.25-（270+70）0.7-2604.71579.9knm 查建筑结构计算手册 f1pal2（3-42）/（24EI） =（270+70）10004.5510.52（3-44.552/10.52）/（242.010116250497.210-8）=0.5cm f2pa2b2/（3EIl） =26010000.5529.952/（32.010116250497.210-810.5）0.004cm f f1+ f25mm (2)在墩顶，按简支计算，受力图如下: 对一端取矩，由M0，得: RA（2709.8+605.8)/10.5+（609.95+704.55+705.95)/10.5+2709.8/10.5285.1+126.86+224=635.9kn M中（285.1+126.86）5.25-2704.55-600.55-700.7-604.7570.3 knm 查建筑结构计算手册 f1pa2b2/（3EIl）=27010000.729.82/（32.010116250497.210-810.5）=0.003cmf2pa2b2/（3EIl） =6010004.725.82/（32.010116250497.210-810.5）0.05cm f3pa2b2/（3EIl） =6010000.5529.952/（32.010116250497.210-810.5）0.002cm f4pal2（3-42）/（24EI） =7010004.5510.52（3-44.552/10.52）/（242.010116250497.210-8）=0.1cm f f1+ f2+ f3+ f42mm（3）恒载 q1.20+5.746.94kn/m 按5等跨连续梁计算，查建筑结构计算手册（第二版）: 支点： Mmax4=-0.105ql2-0.1056.9410.52-80.3 knm R max4（0.606+0.526）ql82.5kn 跨中： Mmax4=0.078ql259.7knm （简支时：Mmax4=ql2/895.6knm） fmax40.644ql4/（100EI） 0.2cm （4）恒载+汽-I级荷载组合 汽车荷载计入冲击系数1.15: Mmax95.6+1.15972.0 1224.9 knmM=6788.2=4729.2knm Rmax82.5+1.15445.3 594.6knQ=6245.2=1471.2kn fmax0.2+1.150.3 0.55cmL/250=8.4cm 安全。 （5）恒载+汽车起重机组合 荷载计入冲击系数及偏载系数。 Mmax95.6+1.151579.9 1912.5knmM=4729.2knmRmax82.5+1.15800 1002.5 knQ=1471.2kn fmax0.2+1.150.5 0.8cmL/250=8.4cm 安全。综上所述:钢桥抗弯能力、抗剪能力、挠度均满足使用要求。 2.桥面板（倒扑槽钢【32cm）验算 由于贝雷纵梁排距为51.2m，汽车后轮距为1.8m，车轮后轴轮距为1.8m，每对车轮的着地面积为0.60.2（宽长）；最不利状态为后轮轴重的一轮承重在贝雷纵梁上的同时，另一轮承重在1.2m跨径中间，且由1根【32cm倒扑槽钢承担。采用大型吊车满载荷载进行验算，净跨径为1.0m。E=2.0105Mpa，Iy=304.77cm4,Wy=136.2 cm3 P=P/2=270/2=135KN ,q=135/0.6=225kn/m 查建筑结构计算手册（第二版）:Mmax=0.094ql2 0.0942251.02 21.15knm = Mmax/ Wmin =21.151000/（136.210-6） 155.3Mpa1.3=188.5Mpa f0.885ql4/（100EI）=3.3mmL/250=4mm 安全。（三）下部结构内力计算 1.工字钢横梁计算 横梁采用2根25a工字钢焊接组成。受力模式分析：钢管立柱单排间距为32.0米，按2.0m三跨等截面连续梁验算。E=2.0105Mpa，Ix=5017cm4，Wx=401.4 cm3，Sx=230.7 cm3，t8.0mm 考虑到汽车在桥面行走的不均衡性，最外侧两排不考虑传递荷载，只考虑中间4排贝雷纵梁传递汽车荷载。P=800/4=200KN查建筑结构静力计算手册（第二版）表3-2:Mmax=0.213pl=-0.2132002.0=-85.2knm= Mmax/ Wx=85.21000/（2401.410-6）106.1Mpa=145MpaQ=（-0.575-1.133）P=341.6KNQ Sx/（Ixt）3151000230.710-6/（2501710-80.008）98.2Mpa1.3=110.5 Mpa安全。fpl3/（48EI）20010002.03/（48210112501710-8）=1.7mm L/250=8mm3.钢管立柱受力验算 1)单根钢管桩承载力钢管桩穿过淤泥（Qal+m）层及砾质粘性土（Q32el）层，承载于全风化二长花岗岩（m52）上，桩顶标高为6.5-0.088-1.5-0.25=4.662m，最深河床标高为2.0m，最深桩底标高为-13.0m；极限侧阻力标准值查两阶段施工图附册工程地质勘察报告插表4得：淤泥（Qal+m）层极限侧阻力标准值为12kPa；桩底砾质粘性土（Q32el）层的极限侧阻力标准值为35kPa；全风化二长花岗岩（m52）极限承载力为320KPa。单根钢管桩承载力计算公式钢管桩采用开口桩，根据钢管桩的设计与施工说明：直径小于80CM的钢管桩桩底土芯均为完全闭塞，可按闭口桩承载力设计。闭口桩承载力公式为：Qp=UqsL+qRA式中U桩的周长； qs桩侧砂层的极限侧阻力标准值； L桩穿越地层的厚度；L=2-（-13）=15m （淤泥层6m，砾质粘性土层9m） qR桩底砂层的极限承载力； A桩底面积。 Qp=3.140.37126+3.140.37359+3203.140.372/4 =460.6kN 2）钢管桩验算 （1）、承载力检算 由纵梁（工25a）验算可知： 中间两根钢管桩最大受力 N=341.6kN承载力Qp=460.6kN 安全。 （2）钢管桩稳定性检算 钢管桩壁厚为6mm，自由高度4.662-2.0=2.662m。 设钢管桩为一端固定，一端自由的压杆 钢管桩截面惯性半径 i(D2+d2 )/4(37.02+35.82 )/412.87cm 截面面积:A=0.785(37.02-35.82)=68.58cm2 查路桥施工计算手册表12-5、附表2-2得：长细比=l0/r=L/i查钢结构设计手册表1.3-38得：=2.0 则=2266.2/12.87=41.37 查钢结构设计手册表3.4-1得： 纵向弯曲系数=0.870cr341.61000/（0.87068.5810-4） 57.3MPa140MPa满足要求 综上所述：墩位下部结构采用满足使用要求。 五、钢平台各部位受力验算 吊车及桩基平台在桥墩位布设，平面尺寸9m25m，采用3706mm钢管桩（4排，每排9根），横向间距为3m，排距3m，并用10号槽钢与栈桥桥墩钢管桩连接成整体。桩顶布置2工25cm横梁，横梁上再布设25cm工字钢纵梁（间距0.7m），使平台形成一座牢固的排架结构。 1.工字钢纵梁计算 纵梁（25a工字钢）间距0.7m，跨径3.0m。最不利受力模式：汽车起重机的后轴直接承受于2根工字纵梁的跨中（吊车起吊时，支腿直接承受于钢管立柱处），p=270/2=135kn。E=2.0105Mpa，Ix=5017cm4，Wx=401.4cm3，Sx=230.7cm3，t8.0mm 查建筑结构静力计算手册（第二版）表3-2:Mmax=0.274pl=0.2741353=111knm= Mmax/Wx=1111000/（2401.410-6）138.3Mpa1.3=188.5MpaQ=0.822P=111KNQ Sx/（Ixt）1111000230.710-6/（2501710-80.008）31.9Mpa=85Mpa安全。f2.438pl3/（100EI）2.43811110003.03/（100210112501710-8）=3.6mm L/250=12mm 2.工字钢横梁计算 横梁（2工25a）最大跨径3.5m。最不利受力模式：汽车起重机在最大跨径跨中,按简支计算，受力图如下（假设只由两排横梁（四根）承受）： 对一端取矩，由M0，得（简化成简支梁）： R（2702.45+2701.05）/3.5270 kn M中2701.75-2700.7283.5knm = Mmax/Wx =283.51000/（4401.410-6） 176.6Mpa1.3=188.5Mpa Q Sx/（Ixt） 2701000230.710-6/（4501710-80.008） 38.8Mpa=85Mpa 安全。 f1pal2（3-42）/（24EI） =27010001.053.52（3-41.052/3.52）/（242.010114 501710-8）=0.95mmL/250=12mm3.钢管立柱受力验算 1)单根钢管桩承载力钢管桩穿过淤泥（Qal+m）层及砾质粘性土（Q32el）层，承载于全风化二长花岗岩（m52）上，桩顶标高为6.5-0.088-1.5-0.25=4.662m，最深河床标高为2.0m，最深桩底标高为-13.0m；极限侧阻力标准值查两阶段施工图附册工程地质勘察报告插表4得：淤泥（Qal+m）层极限侧阻力标准值为12kPa；桩底砾质粘性土（Q32el）层的极限侧阻力标准值为35kPa；全风化二长花岗岩（m52）极限承载力为320KPa。单根钢管桩承载力计算公式钢管桩采用开口桩，根据钢管桩的设计与施工说明：直径小于80CM的钢管桩桩底土芯均为完全闭塞，可按闭口桩承载力设计。闭口桩承载力公式为：Qp=UqsL+qRA式中U桩的周长； qs桩侧砂层的极限侧阻力标准值； L桩穿越地层的厚度；L=2-（-13）=15m （淤泥层6m，砾质粘性土层9m） qR桩底砂层的极限承载力； A桩底面积。 Qp=3.140.37126+3.140.37359+3203.140.372/4 =460.6kN 2）钢管桩验算 （1）、承载力检算 为安全起见，假设只由两根钢管承受汽车起重机荷载。 由纵梁（工25a）验算可知： N=270/2=135kN承载力Qp=460.6kN 安全。 （2）钢管桩稳定性检算 钢管桩壁厚为6mm，自由高度4.662-2.0=2.662m。 设钢管桩为一端固定，一端自由的压杆 钢管桩截面惯性半径 i(D2+d2 )/4(37.02+35.82 )/412.87cm 截面面积:A=0.785(37.02-35.82)=68.58cm2 查路桥施工计算手册表12-5、附表2-2得：长细比=l0/r=L/i查钢结构设计手册表1.3-38得：=2.0 则=2266.2/12.87=41.37 查钢结构设计手册表3.4-1得： 纵向弯曲系数=0.870cr1351000/（0.87068.5810-4） 22.6M