东湖隧道栈桥计算书(midas).doc

DHTDK0+300交通疏解钢栈桥施工计算书东湖通道工程一标段2012.12.17一、工程概况东湖通道工程起于二环线水东段主线高架桥（红庙立交），止于鲁磨路与东湖东路交叉口，主要包括红庙立交和东湖隧道两部分。根据设计，东湖隧道将从九女墩北侧下筲箕湖。根据相关资料显示和现场踏勘情况，在DHTDK0+300处存在一条现状湖边道路与隧道主体结构呈十字交叉。该现状路位于筲箕湖与九女墩的交界处，上连华侨城居民区，下接沿湖路，是华侨城居民进出居住小区的必经道路。该交叉段的隧道主体结构为暗埋式，需下穿该现状路，该现状路处于挖方施工范围，隧道结构施工将不可避免破坏现状路，造成该道路无法正常通行。经与华侨城方沟通，拟在交叉段新修一座钢栈桥，以供小区车辆和行人通行，施工车辆从桥下施工便道通行。二、栈桥简介栈桥起点桩号K0+000,止点桩号K0+323.410,全长约324米，钢栈桥设计桥面宽度为9m（0.228m宽护栏+1.022m宽人行道+6.5m宽机动车道+1.022m宽人行道+0.228m宽护栏）。栈桥采用钢管桩+分配梁+贝雷梁（H588型钢）+桥面板相结合的形式，跨湖中隧道主体结构区域采用39m跨双层贝雷梁，其他区域均采用12m标准跨径。栈桥每5孔或6孔栈桥为一联，并在每两联的交接处设置制动墩（为双排桩，其余位置为单排桩）。栈桥基础采用D52910mm钢管，桩顶安放236a横向分配梁传递荷载，纵向布置贝雷梁，每组贝雷片在各标准竖杆断面及下弦平面内设置支撑架；组与组之间设置竖向和水平支撑架，将整个贝雷片连成一体，增强栈桥稳定性。贝雷梁与型钢之间连接采用直径20的“U”型螺栓，贝雷片与钢管桩之间通过设置纵、横分配梁传递荷载。贝雷架上部均布I25b（I28b）横向分配梁，间距705（500），横向分配梁上设置12（I14）纵向分配梁，间距30cm；桥面板采用10mm厚花纹钢板，花纹钢板与纵向分配梁焊接成框架结构。三、计算依据1、东湖通道工程标段隧道部分岩土工程勘报告（2012）；2、东湖通道指导性施工组织设计；3、公路桥涵施工技术规范（JTG T F50-2011）；4、装配式公路钢桥多用途使用手册（黄绍金等编著） 人民交通出版社5、城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）6、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；四、设计说明1、主要技术参数（1）、Q235钢材：弹性模量：E=2.1105 MPa轴向容许应力=140MPa弯曲容许应力w=145MPa（临时结构允许不超过170 MPa）剪切容许应力：=85MPa（2）、16Mn钢：轴向容许应力=210MPa弯曲容许应力w=200MPa剪切容许应力：=120MPa2、栈桥设计荷载栈桥设计按照城市桥梁设计荷载标准的要求，满足城-B级汽车荷载通行的要求，同时也满足栈桥施工时机械设备的要求。（1）、永久荷载 结构自重由程序自动给出，考虑1.2的安全系数。（2）、基本可变荷载基本可变荷载主要考虑汽车荷载和履带吊车荷载，考虑1.4的安全系数。、汽车荷载：城市B级车辆荷载，城级标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300KN，前后轴距为4.8m，行车限界横向宽度为3.0m，具体布置如下图1、图2所示。车辆限速20km/h，不计冲击作用。图2 城-B级车辆荷载横桥向布置图1城-B级标准车辆纵、平面布置、50t履带吊机：自重50t，接触面积为24650760mm2。50t履带吊机限于墩顶起吊作业，正向最大吊重为50t，侧向最大吊重为10t。50t履带吊机的相关参数和负荷特性表见表1和表2所示。表1 50t履带吊机相关参数表型号总重量最大吊重履带尺寸履带中心间距空载地基压力最大吊重地基压力QUY50A50t10t4.660.76m3.54m7.059t/m28.47t/m250t履带吊机负荷特性表 表2（单位：t） 主臂长工作幅度13.016.019.022.025.028.031.034.037.040.043.046.049.052.03.750.00(4.5m)36.554.044.8544.80(5.5m)26.555.031.0030.9030.8530.856.023.5523.5023.4023.4023.3023.307.018.9818.8518.8018.7518.6518.6018.558.015.7515.6515.6015.5515.5015.4515.3515.3015.209.013.4513.3513.3013.2513.1513.1013.0512.9512.9012.8512.7510.011.7011.6011.5511.5011.4011.3511.2511.2011.1511.0511.0010.9010.8512.09.209.159.069.088.908.858.808.708.658.558.508.408.358.2514.08.95(12.3m)7.457.407.357.257.207.107.056.956.906.806.756.656.6016.06.90(14.9m)6.206.156.056.005.905.855.755.705.605.555.455.3518.05.50(17.5m)5.205.155.055.004.984.854.754.704.604.554.45m20.04.504.454.354.304.204.154.053.953.903.803.7522.03.853.803.703.653.553.503.403.353.253.1524.03.70(22.7m)3.353.253.203.103.082.952.852.802.7026.03.10(25.3m)2.852.802.702.652.552.462.352.2528.02.55(27.9m)2.452.352.302.202.102.001.9030.02.152.102.001.901.801.701.6032.02.10(30.5m)1.801.701.601.501.401.3034.01.70(33.0m)1.501.351.251.151.05（3）其他可变作用栏杆荷载：按人行道栏杆设计，作用于栏杆立柱顶上的水平推力标准值为：0.75kN/m；作用于栏杆扶手上的竖向力标准值为：1.0kN/m。行人荷载：按照下列公式计算通过计算，标准12跨度的行人荷载取值为4KN/，39m跨度的贝雷梁栈桥的行人荷载取值为5KN/。3、荷载组合根据栈桥的功能性要求和现场施工时的实际情况，考虑以下几种荷载组合，具体组合见表3（其中39m跨栈桥只按照组合1进行验算）表3 荷载组合表组合名称组合内容组合11.2结构自重+1.4（城市B级荷载+其他可变作用）组合21.2结构自重+1.4（50t履带吊车空载）组合31.2结构自重+1.4（50t履带吊机墩顶作业，最大吊重10t）五、复核计算本栈桥的结构形式一共有三种，分别为跨湖中隧道主体结构区域采用的39m跨双层双排贝雷梁结构；标准12m跨度的单层双排贝雷梁结构；岸边处作为施工平台的12m跨度的双根H588型钢结构，具体计算时按照以下三种结构形式进行验算。5.1、 标准12m跨度的贝雷梁栈桥1、设计截面形式如下： 2、建立计算模型3、贝雷梁最大变形计算表4 贝雷梁最大变形表组合名称组合内容贝雷梁最大变形（mm）组合11.2结构自重+1.4（城市B级荷载+其他可变作用）10.2组合21.2结构自重+1.4（50t履带吊车空载）9.7组合31.2结构自重+1.4（50t履带吊机墩顶作业，最大吊重10t）7.7贝雷梁弹性竖向最大变形为10.2mm，即为12000/10.2=1/1176，挠度满足要求。4、贝雷梁强度计算表5 杆件性能表杆件名称材料断面型式断面面积(cm2)理论容许承载能力(KN)弦杆16Mn210212.74560竖杆16MnI89.52210斜杆16MnI89.52171.5弦杆最大轴力图(单位：kN)竖杆最大轴力图(单位：kN)斜杆最大轴力图(单位：kN)经计算得到主桁各杆件的最大轴力如下表所示：表6 杆件最大轴力表(kN)组合名称弦杆斜杆竖杆组合1最大轴力280.782.8147.9组合2最大轴力268.263.780.5组合3最大轴力200.9988146.4由以上计算可知，贝雷梁的各个杆件的内力都能符合设计要求。5、12.6工字钢计算12.6分配梁组合应力图（单位：MPa）12.6分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，12.6工字钢的应力如下表表7 12.6工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合1108.3167.4组合218.5104.3组合323.485.9由以上计算可知，12.6工字钢的最大组合应力为167.4 MPa，剪切应力为108.3 MPa，超过规范允许地要求。（可采用14工字钢代替或者调整间距为200）。6、25b分配梁计算25b分配梁组合应力图（单位：MPa）25b分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，25b工字钢的应力如下表表8 25b工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合143.7118.3组合212.782.7组合315.8126.8由以上计算可知，25b工字钢能满足设计要求。7、36a分配梁计算36a分配梁组合应力图（单位：MPa）36a分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，36a工字钢的应力如下表表9 36a工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合131.740.3组合216.324.7组合330.340.5由以上计算可知，36a工字钢能满足设计要求。8、钢管桩计算钢管桩最大承载力图（单位：KN）由以上计算可知，钢管桩的最大轴力为414.3KN(1)、强度验算钢管立柱最大轴力为：N=414.3KN考虑现场施工因素，偏心e=50mm钢管立柱设计采用为52910mm钢管A=16304.9mm2W=2076335mm3、稳定性验算回转半径：i=183.52mm长细比: 查表得轴心受压稳定系数：=0.835 、刚度验算=54，5=1505.2、 标准39m跨度的贝雷梁栈桥1、设计截面形式如下： 2、建立计算模型3、贝雷梁最大变形计算表10 贝雷梁最大变形表组合名称组合内容贝雷梁最大变形（mm）组合11.2结构自重+1.4（城市B级荷载+其他可变作用）48.7贝雷梁弹性竖向最大变形为48.7mm，即为39000/48.7=1/801，挠度满足要求。4、贝雷梁强度计算表11 杆件性能表杆件名称材料断面型式断面面积(cm2)理论容许承载能力(KN)弦杆16Mn210212.74560竖杆16MnI89.52210斜杆16MnI89.52171.5弦杆最大轴力图(单位：kN)竖杆最大轴力图(单位：kN)斜杆最大轴力图(单位：kN)经计算得到主桁各杆件的最大轴力如下表所示：表12 杆件最大轴力表(kN)组合名称弦杆斜杆竖杆组合1最大轴力325.945.4110.4由以上计算可知，贝雷梁的各个杆件的内力都能符合设计要求。5、12.6工字钢计算12.6分配梁组合应力图（单位：MPa）12.6分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，12.6工字钢的应力如下表表13 12.6工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合1129.4182.7由以上计算可知，12.6工字钢的最大组合应力为182.7 MPa，最大剪切应力为129.4 MPa，不符合相应规范要求，为保证结构安全，可将12.6工字钢更改为14工字钢，或者将其间距调整为200。6、25b分配梁计算25b分配梁组合应力图（单位：MPa）25b分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，25b工字钢的应力如下表表14 25b工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合126.166.3由以上计算可知，25b工字钢能满足设计要求。7、36a分配梁计算36a分配梁组合应力图（单位：MPa）36a分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，36a工字钢的应力如下表表15 36a工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合124.131.3由以上计算可知，36a工字钢能满足设计要求。8、钢管桩计算钢管桩最大承载力图（单位：KN）由以上计算可知，钢管桩的最大轴力为317.5KN(1)、强度验算钢管立柱最大轴力为：N317.5414.3KN，因此不需要进行验算，详细计算过程详见12m标准跨贝雷梁的钢管桩计算。、稳定性验算详细计算过程详见12m标准跨贝雷梁的钢管桩计算。、刚度验算=54，5=1505.3、 标准12m跨度的H588型钢栈桥1、设计截面形式如下：2、建立计算模型3、H588型钢最大变形计算表16 H588型钢最大变形表组合名称组合内容H型钢最大变形（mm）组合11.2结构自重+1.4（城市B级荷载+其他可变作用）7.76组合21.2结构自重+1.4（50t履带吊车空载）7.47组合31.2结构自重+1.4（50t履带吊机墩顶作业，最大吊重10t）5.84H588型钢弹性竖向最大变形为7.76mm，即为12000/7.76=1/1546，挠度满足要求。4、H588型钢强度计算H588型钢分配梁组合应力图（单位：MPa）H588分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，H588型钢的应力如下表表17 H588型钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合118.549.7组合213.746.1组合323.737.7由以上计算可知，H588型钢的最大组合应力为49.7 MPa，最大剪切应力为23.7 MPa，其设计符合要求。5、14工字钢计算14分配梁组合应力图（单位：MPa）14分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，14工字钢的应力如下表表18 14工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合197.4160.6组合219.4135.9组合319.6152.9由以上计算可知，14工字钢的最大组合应力为160.6MPa，按照临时结构不超过170 MPa的要求，也能满足施工要求。为保证结构安全，可将其间距调整为200。6、28b分配梁计算28b分配梁组合应力图（单位：MPa）28b分配梁剪应力图（单位：MPa）由计算可得，28b工字钢的应力如下表表19 28b工字钢应力表组合名称剪切应力（MPa）组合应力（MPa）组合133.5144.8组合28.2123.0组合311.6161.5由以上计算可知，25b工字钢的最大组合应力为161.5MPa，按照临时结构不超过170 MPa的要求，其设计符合要求。7、36a分配梁计算36a分配梁组合应力图（单位：MPa）由计算可得，36a工字钢的应力如下表表20 36a工字钢应力表组合名称组合应力（MPa）组合116.8组合217.2组合330.9由以上计