钢便桥的设计与计算(贝雷架).doc

邓金河便桥的设计与计算邓金河便桥的设计与计算 主题词 主题词 邓金河便桥 设计 计算 内容摘要 内容摘要 运用材料力学和结构力学方面的知识 对便桥 各部受力进行了力学分析和计算 通过这些计算 选定桥面系 各部构造的材料 型号和尺寸 选定主桁架的型式和跨度 为 钢桥的设计与受力分析提供了一些参考性的思路 青银高速公路齐河至夏津段一合同段起点里程 K0 000 K15 000 全长 15Km 为方便施工 在施工前先要修通 主线施工便道 在 K4 570 处跨越邓金河时需要修便桥一座 邓 金河常水位 17 80m 河岸地面高程 19 30m 常水位时水面宽度 10m 地基土为亚粘土 通过轻型动力触探试验 测得桥位处地 基容许承载力 110KPa 因为施工中常有重车通过 拟以 30t 汽 车作为其设计荷载 主梁型式采用贝雷钢梁 计算跨径 12m 钢 梁组合形式为双排单层 共需 16 片标准贝雷 下承式结构 两 组贝雷钢梁间净距 4m 同一组的两片贝雷之间在竖直方向和水 平方向以 L8 的角钢相连接形成整体 增加结构的稳定性 横梁 采用 I28a 的工字钢 每片标准贝雷的下弦杆上横放四根 I28a 工字钢 工字钢长度 6m 工字钢在水平方向伸出贝雷 50cm 伸 出部分以 L8 角钢与上弦杆连接 增加全桥的结构的稳定 共需 16 根 I28a 工字钢 工字钢间距为 100cm 和 40cm 交替布置 工 字钢上面放置 16 根纵梁 纵梁为 10 15 的方木 方木材质为 东北红松 厚度为 15cm 宽度为 10cm 纵梁间距 25cm 纵梁上 面满铺 15 10 的方木做为桥面板 桥面板厚为 10cm 材质为东 北红松 桥面板单根长 4m 共需 80 根桥面板 便桥各部分构造 设计与计算叙述如下 一 一 桥面板的设计与计算桥面板的设计与计算 公路钢桥标准设计桥面宽度 3 70m 公路施工车辆及施工机 械宽度一般不超过 2 5m 施工车辆与机械可以安全通过 故确定 桥面宽度为 3 70 桥面板初步选定用木桥面板 拟选用 15 10 的方木满铺 方木厚度为 10cm 方木之间以耙钉连接 方木材质 为优质红松 长度 4 0m 共需 80 根方木 汽车后轴重 240KN 双 桥 8 轮 单轮压力 30KN 小于木桥面板容许承载力 60KN 的要求 故可用方木做为桥面板 二 二 纵梁的设计与计算纵梁的设计与计算 纵梁用用 10 15 的方木 材质为东北红松 沿桥梁纵向放置 于 I28a 的工字钢上 方木厚度 15cm 宽度 10cm 当桥面上有车 辆行驶时 纵梁受力实际为多跨连续梁 但为简化计算 以简支 梁做为其受力模式进行计算 结果偏于安全 1 恒载 每根纵梁承担的桥面板线荷载 q1 hb 16 4 5 0 1 4 16 0 1225KN m 4 5KN m3 为东北红松的重度 纵梁自身线荷载 q2 hb 4 5 0 15 0 1 0 0675 KN m 合力的线荷载 q q1 q2 0 19 KN m M 静 max 0 125ql2 0 125 0 19 12 0 0237 KN m Q 静 max 0 5ql 0 5 0 19 1 0 095 KN m 2 活载 汽车在桥面上对纵梁的弹性分布 当桥面板厚度在 10cm 以下时 其分布宽度约为 1 22m 汽 30 后轴重 240KN 四组轮胎 每组轮 重 60 KN 在桥梁横断面内共有 16 根纵梁 其间距为 25cm 则作用 在每根纵梁上的活载为 P 60 103 25 122 12295 N 冲击系数 1 1 15 37 5 1 1 390 单根纵梁上汽车产生 的最大弯矩 M 0 25Pl 1 0 25 12295 1 1 390 4272 5N m 纵梁端部剪力 见轮胎偏载示意图 偏载系数 4 9 15 34 9 0 57 Q P 1 0 57 12295 1 390 9741N 纵梁截面应力 纵梁截面抗弯模量 W 1 6bh2 1 6 10 152 10 6 375 10 6m3 弯拉应力 w M W 4272 5 23 7 375 10 6 11 5MPa w 12 MPa 安全 剪应力 Q hd 9741 95 0 15 0 1 0 66MPa 1 9MPa 安全 w 为东北红松顺纹方向的容许弯拉应力 为东北红松顺纹方向的容许剪应力 故选用 10 15 的方木做为纵梁 纵梁间距 25cm 共需 16 根 纵梁 材质为东北红松 三 横梁的设计与计算三 横梁的设计与计算 取横梁计算跨径为 l 4 5m 汽车轮距 b 1 8m 横梁受力图 式如下 A 注 图中尺寸以cm计 线荷载计算 桥面板与纵梁 q1 rhb 4 5 0 25 1 1 125KN m 横梁 q2 0 434 KN m 故合力 q q1 q2 1 559 KN m 对 AC 段 MAC P l 2c b X c 4 5 1 8 a 显然当 x a 时 MAC有最大值 运用数学上一元二次抛物线的性质 可以得出当 a 1 8m 时 AC 段 MAC有最大值为 86400N m 此时 c 0 9m MBD P l 2a b l x 60 103 4 5 2 1 8 1 8 4 5 1 8 1 8 64800N m 计算横梁最大弯矩 近似取静载跨中与活载最大弯矩叠加 结果偏于安全 Mmax M 静 M活 1 1 2 0 125ql2 M活 1 0 5 0 125 1 559 103 4 52 86400 1 0 5 0 390 107194N m w M W 107194 508 15 10 6 210 9MPa w 297 MPa 安全 横梁挠度计算 f Pa 6EIl 2a c l2 4a2l 2a3 ca2 c3 10 9mm f l 10 9 4 5 103 1 413 f l 1 250 满足要求 f l 为容许挠跨比 四 主梁桁架的设计与计算四 主梁桁架的设计与计算 1 系数计算 汽车重心位置如图 M0 0 60 4 0 1 4 x 120 x 120 x 1 4 解得 x 1 64m 横向分配系数 k 1 2 e0 B0 e0 3 7 2 5 2 0 6 B0 4 2m k 1 2 0 6 4 2 0 643 冲击系数 1 1 15 37 5 l 1 15 37 5 12 1 303 2 线荷载计算 桥面 q1 rhb 4 5 0 1 4 1 8KN m 纵梁 q2 nrhb 16 4 5 0 1 0 15 1 08KN m 横梁 q3 6 4 434 10 3 3 3 47 KN m 钢桁架 q4 2700 10 3 4 3 3 6 KN m 合力 q 合 9 95 KN m 半桥 q q合 2 4 975 KN m Q 静 1 2 ql 1 2 4 975 12 29 85 KN Q 活 300 12 1 640 12 259 KN Q nk N 斜 2 1 43 171 5 490 5KN 满足要求 Q 双排单层贝雷架容许剪力值 主梁弯矩计算 M 静 0 125ql2 0 125 4 975 122 89 55KN m 将车的重心放在跨中计算 M 活 M 活 0 25Pl 0 25 300 12 900 KN m max 89 55 900 1 303 0 643 843 6 KN m 安全 M 1576 4 KN m 为双排单层贝雷架容许弯矩 由活载引起的跨中挠度 P PK 1 300 0 643 1 303 251KN f1 pl3 48EI 251 103 123 109 48 2 1 105 250497 2 104 17 2mm 由静载引起的跨中挠度 f2 5ql4 384EI 5 4 975 124 1012 384 2 1 105 250497 2 104 2 5mm f f1 f2 19 7mm f l 19 7 12 103 1 609 f l 1 250 满足施工要求 f l 为容许挠跨比 此处在计算钢梁的跨中挠度时 未计算由销 孔间隙引起的 非弹性挠度变形 此部分变形与钢梁的使用时间及加工制做的精 度有关 五 五 桥台的设计与计算桥台的设计与计算 桥台的平面尺寸初步选为长 5 4m 宽 1 0m 桥台高度 3 0m C15 素砼台身 基础为 50cm 厚的以 10 片石混凝土基础 根据构造要求和刚性角的要求 选定基础襟边宽度为 30cm 基底 抛填 50cm 厚的片石处理 支座最大剪力为 252 7KN 即支座反力最大值为 252 7 KN 基底最大应力 p 252 7 2 25 5 4 1 3 25 6 1 6 0 5 6 1 6 107 3KPa p 110 KPa 满足地基承载力的要求 此处 25KN m3 为混凝土的重度 p 110 KPa 为轻型动力触探测得桥位处地基容许承载力 六 六 结束语结束语 根据以上计算 主梁桁架选择加强的单排单层桁架更为合理 但由于施工队即有的是不加强的双排单层桁架 利用现有的桁架 可以节约资金 但必须保证使用安全 故选用双排