舞阳河特大桥施工钢便桥验算书

舞阳河特大桥施工钢便桥验算舞阳河特大桥施工钢便桥结构计算书一、编制说明本计算书适用于三穗至施秉高速公路第二合同段二分部的舞阳河特大桥施工钢便桥构件，对钢便桥结构进行受力验算。二、编制依据1. 舞阳河特大桥施工设计图2. 钢结构设计规范（GB 50017-2003）3. 建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）4. 公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)5. 路桥施工计算手册6. 建筑施工扣件式钢管支架安全技术规范（JGJ130-2011）7. 其他现行相关规范、规程8. 现场调查所取得的踏勘资料，类似工程施工经验。三、便桥设计概况设计说明本钢便桥横跨舞阳河，与三施高速舞阳河特大桥轴线走向基本平行，距离8#墩承台13.99m，桥梁全长跨河段长168m，两段设置与钢便桥同宽的混凝土路面引桥，桥跨布置形式为12m14跨，在8#墩处设置施工平台，平台长24m宽8m。技术标准桥面宽度6m；设计高程526.1m（无纵横坡）；设计荷载75t履带吊（负载10t）及9方混凝土罐车荷载40t；桥跨布置12m14跨；桥梁全长168m；四、荷载分析全桥荷载验算将考虑三个时期，即施工期、成桥营运期、拆除期；各个时期均由桥梁恒载+车辆活载组成荷载组合；建设期由三穗岸向施秉岸采用“钓鱼法”逐跨推进施工，根据施工期和成桥营运期进行分析，成桥期第1跨施工完毕，利用第1跨作为施工平台“钓鱼法”施工第2跨，此时第1跨将作为简支结构承受75t履带吊行走及作业的工况，后续施工期间逐跨延伸将形成连续桥跨，所以第1跨简支结构是施工期最薄弱环节；营运期该通道是舞阳河特大桥施秉岸引桥施工的关键通道，期间将有9方混凝土罐车40t、25t吊车、钢筋平板车、75t履带吊车的行走荷载；拆除期在舞阳河特大桥施工完毕后，钢便桥将进行拆除，拆除时同样考虑75t履带吊车行走及作业； 所以计算工况为：营运期间9方混凝土罐车行走工况：1台9m的混凝土运输车车辆荷载的立面及平面如下（参考车型：海诺集团生产HNJ5253GJB(9m)）： 荷载平面图（单位：cm）荷载立面图（单位：cm）P1=6T，P2=P3=17T，合计：40T12m跨径成桥或拆除期简支桥跨75t履带吊负载10t作业时工况计算；（单位：cm）4.1恒载先分部计算各部构件自重，受力计算时根据构件是否参与受力进行受力叠加计算。1）桥面板：桥面板材料为A3钢板，厚8mm、宽6m，铺设在I20b工字钢上，工字钢间距50cm，所以横桥向(顺I20b向)每延米自重：G板=0.5*1*0.008*7850*10/1000/1=0.314KN/m；2）分配梁：I20b工字钢作为行车道板桥面分配梁，间距50cm，横桥向布设，每延米自重：G分配梁=31.1*10/1000/1=0.311KN/m；3）贝雷片：栈桥采用8片3m1.5m单排单层加强型贝雷片作为承重梁，每两片贝雷片通过90cm的标准连接片连接成1组、测算每片重量300kg，每延米自重：G分配梁=300*10/1000/3=1KN/m；4）桩顶横梁：由3根I32工字钢组合而成，单根工字钢每延米自重：G桩顶横梁=57.7*10/1000/1=0.577KN/m；自重恒载汇总统计表序号结构物名称荷载集度（KN/m）备注桥面板0.314自重、横桥向I20b横分配梁0.311自重、横桥向贝雷片1.000自重桩顶横梁0.577自重4.2活载取最不利活载工况进行计算：1）履带吊：履带吊在跨中时，对贝雷片主梁强度最不利，履带吊行走或作业时工况行驶冲击系数取1.1；履带宽0.76m，长5.39m，按85t计算，11根I20b工字钢分配梁承担；2）9方混凝土运输车荷载：根据移动荷载情况分析，支承点距离车头7.95m（对上弦杆最不利）和12.95m（对腹杆最不利）进行验算，由于运输车不可能保持匀速行驶，车辆行驶冲击系数取1.1。五、结构验算5.1横向分配梁横梁采用I20b工字钢，工字钢横梁安装在四组承重贝雷梁片主梁上（每组贝雷梁由90cm型贝雷片支撑架拼组而成）。5.1.1荷载计算1）恒载：I20b工字钢横梁荷载按75t履带吊（负载10t）及9方混凝土运输车荷载分别验算；恒载为8mm厚桥面板自重，每根I20b横梁承受恒载（自重+钢板）：g=1.2*（0.314+0.311）=0.75KN/m；2）活载：75t履带吊荷载根据徐工75t履带吊标准，履带作用于跨中，履带长度按5390mm计，履带荷载至少由11根I20b工字钢横梁承受；按集中荷载检算：每根I20b工字钢横梁承受集中荷载为P=(75+10)*1.1*10/2/11/0.76=61.5KN；9方混凝土运输车荷载汽车满载总重40t，轮胎着力分配2*30KN（前轮）+2*85KN（中轮）+2*85KN（后轮），每个轮胎宽30cm、单侧双胎宽60cm，由1根I20b横向分配梁承担、轴距1.8m，按均布荷载计算QP2=QP3=1.1*85/0.6=159KN/m；P1=1.1*30/0.3=110KN/m（最不利工况时）。5.1.2材料力学性能参数及指标A3钢：弯曲应力215MPa，剪切应力125MPa，I20b：A=39.55cm2，g=31.1Kg，Ix=2502cm4，Wx=250.2cm3，Sx=146.1cm3，5.1.3力学模型1）75t履带吊作用力学模型力学模型（单位：cm）2）9方混凝土运输车荷载力学模型力学模型（单位：cm）5.1.4承载力检算1）75t履带吊作用力I20b横向分配梁承载力检算，采用midas2006版软件进行结构分析：分配梁弯曲应力图(单位：N/mm2)分配梁剪应力图(单位：N/mm2)分配梁反力图分配梁受力变形图(单位：mm)经上述分析检算可知，履带吊受力情况如下：a、强度验算：弯曲应力强度max=18.1MPa215PMa、合格剪 应 力强度max=15.3MPa125PMa、合格b、刚度验算fmax=0.1mm900/400=2.25mm、合格2）9方混凝土运输车荷载作用力I20b横向分配梁承载力检算，采用midas2006版软件进行结构分析，P2=P3=110.5KN时，I20b受力情况分析如下：分配梁弯曲应力图(单位：N/mm2)分配梁剪应力图(单位：N/mm2)分配梁反力图(单位：KN)分配梁受力变形图(单位：mm)经上述分析检算可知，9方混凝土罐车受力情况如下：a、强度验算：弯曲应力强度max=18.1MPa215PMa、合格剪 应 力强度max=32.9MPa125PMa、合格b、刚度验算fmax=0.1mm900/400=2.25mm、合格c、支承点反力最大反力68.4KNP1=39KN时，I20b受力情况分析如下：分配梁反力图(单位：KN)c、支承点反力：最大反力39.6KN1）I20b分配梁检算结果相关参数合格、均满足材料力学性能要求。I20b工字钢分配梁履带吊工况罐车工况计算值允许值结论计算值允许值结论弯曲应力（MPa）18.1215合格18.1215合格剪切应力（MPa）15.3125合格32.9125合格挠度值（mm）0.12.25合格0.12.25合格5.2纵向贝雷片主梁贝雷梁为四组，每组2片、每2片之间用90型支撑架连接。贝雷梁按单跨1台75t履带吊作业工况和2跨连续梁9方混凝土罐车工况进行检算。贝雷主梁横向布置图（单位：cm）5.2.1荷载计算1、恒载贝雷梁以上部恒载为8mm厚的桥面板及I20b横梁自重，I20b间距50cm、均布在8片贝雷片上，每片贝雷片受以上钢板及横梁自重的多点集中荷载，单点恒载为（0.314+0.311）*6*1.2/8=0.563KN，加上及桥面系栏杆管线等构件实际取值0.8KN。 2、活载1）、75t履带吊作用下荷载计算成桥及拆除期间第1跨均简支结构、为履带吊最不利工况，履带吊位于跨中时，对钢便桥受力结构最不利，就此时工况进行贝雷片主梁受力计算；由于I20b横梁比较密集，荷载已由其I20b横梁进行均布分配到贝雷片主梁上，单排贝雷片梁单点集中荷载反力为，P履带= 850KN/11/8*1.1=10.625KN；2）、9方混凝土运输车荷载计算营运期取2跨连续梁结构，通过模拟移动荷载从而找出不利位置，混凝土运输车距离梁端7.95m时，荷载对贝雷片主梁上下弦杆最不利。混凝土运输车距离梁端12.95m时对腹杆最不利。根据前述横梁计算得到的反力数据，取最大反力P2=P3=68.4KN，P1=36.6KN。5.2.2材料力学性能参数及指标 A3 钢 ：弯曲应力215MPa，剪切应力125MPa，16Mn钢：弯曲应力315MPa，剪切应力185MPa，10：A=12.74mm2，g=10Kg，Ix=198.3cm4，Wx=39.4cm3，Sx=23.5cm3，5.2.3力学模型1）75t履带吊作用力学模型2）9方混凝土罐车作用力学模型混凝土运输车距离梁端7.95m时凝土运输车距离梁端12.95m时5.2.4承载力检算1）75t履带吊作用力(简支跨)贝雷片主梁承载力检算，采用midas2006版软件进行结构分析：75t履带吊作用时，最大反力64.4KN84号单元40号节点 75t履带吊作用时，84号单元支点最大剪应力71.8（N/mm2） 75t履带吊作用时，跨中上弦杆（40号节点）弯曲应力228.6（N/mm2）（备注该种图示是 履带吊装拆时最不利工况） 75t履带吊作用时，跨中最大位移11.2mm2）9方混凝土罐车作用力混凝土运输车距离梁端7.95m时，荷载对贝雷片主梁上下弦杆最不利,分析如下： 混凝土运输车距离梁端7.95m时，最大反力150.5KN 混土运输车距离梁端7.95m时，上弦杆最大弯曲应力185.7N/mm2 混凝土运输车距离梁端7.95m时，下弦杆支点最大剪应力109.4（N/mm2） 混凝土运输车距离梁端7.95m时，最大位移12.7mm混凝土运输车距离梁端12.95m时，荷载对贝雷片主梁腹杆最不利，采用midas2006版软件进行结构分析： 混凝土运输车距离梁端12.95m时，最大反力197.6KN 混凝土运输车距离梁端12.95m时，下弦杆支点最大剪应力115.8（N/mm2）混土运输车距离梁端12.95m时，腹杆最大弯曲应力175.4N/mm2混凝土运输车距离梁端12.95m时，最大位移3.8mm三穗至施秉高速公路第二合同段总承包项目经理部（2分部 第21页 共21页2）纵向贝雷片主梁检算结果贝雷片主梁履带吊（跨中)罐车（7.95m）罐车（12.95m）计算值允许值结论计算值允许值结论计算值允许值结论弯曲应力（MPa）弦杆228.6315合格185.7315合格115.8315合格腹杆215合格215合格175.4215合格剪切应力（MPa）弦杆71.8185合格109.4185合格185合格腹杆挠度值（mm）11.230合格12.7合格3合格根据上表可知，相关参数均满足力学性能要求，由于周转次数较多，在12.95m罐车工况时，腹杆受力175.4PMa较大接近极限值215PMa，将采取在支点处对其进行加强，详细加强简图见后。1桥面板加强措施在行车道增加一层8mm厚的桥面板，形成双层行车道板，将轮胎集中力分解至其余贝雷片主梁上。2竖杆加强措施在钢管桩贝雷片支点处横断横向设置I12.6工字钢门架式加强件，以改善竖腹杆受力，紧固焊接连接；门式杆件加强示意图（断面）原贝雷片竖杆截面面积911.52=1813mm2，现增加的竖杆加强杆I12.6截面面积1810mm2。5.3桩顶横梁5.3.1荷载计算1）恒载：8mm桥面板，I20b桥面系分配梁，贝雷片主梁，恒载系数取值1.2；0.8*24+1*12=31.2KN；（0.8值详见第11页）2）活载：根据各种工况可知，（罐车荷载只有40t值较小忽略不予计算）取85t履带吊位于桩顶桥面时，桩顶横梁受力最大，通过桥面分配梁分布后，简化为平均荷载，活载系数取值1.1；单点集中荷载为850*1.1/8=116.875KN；荷载=恒载+活载，31.2+116.875=148.075KN。5.3.2材料力学性能参数及指标A3钢：弯曲应力215MPa，剪切应力125MPa，I32b：A=73.52mm2，g=57.71Kg，Ix=11626cm4，Wx=726.7cm3，Sx=426.1 cm35.3.3力学模型简化后的受力模型图5.3.4承载力检算采用midas2006版软件进行结构分析：实际管桩与横梁密贴、管桩与横梁接触部位长80cm，趋于保守计算，取管桩中心接触处作为支点进行受力验算。 反力图（单位：KN），最大反力465.4KN 最大弯曲应力在跨中109.5N/mm2 最大弯曲应力在跨中73.6N/mm2 位移图（单位：mm），最大位移0.9mm经上述分析检算可知：a、强度验算：弯曲应力强度max=109.5MPa215PMa、合格；剪 应 力强度max=73.6MPa125PMa、合格；b、刚度验算：fmax=0.9mm900/400=2.25mm、合格5.4钢管桩设计与验算钢管桩选用800，=8mm的钢管，材质为A3，E=2.1108 KPa，I=()=1.5610-3m4。依据舞阳河特大桥第7#或8#主墩桩基地勘纵断面图，测算钢管桩最大桩长按12m考虑，桩顶受力根据前述最大反力532.117KN可知，该处取值600KN进行计算。钢管桩选用800，=8mm的钢管，材质为A3，E=2.1108 Kpa，I=(44)=1.5610-3m4。依据7#或8#墩身高度和周边地形，钢管桩最大桩长按12m考虑。1、桩的稳定性验算 桩的失稳临界力Pcr计算 Pcr= =22431kNR=600KN2、桩的强度计算桩身面积 A=（D2a2） =（80278.42）=19895mm2钢桩自身重量P=A.L.r=198.95121027.85 =1874kg=18.74KN桩身荷载 p=600+18.74=618.74 kN=pA=618740/19595=31.576Mpa3、桩的入土深度设计通过上述计算可知，每根钢管桩的支承力近600KN，按规范取用安全系数k=2.0，设计钢管桩入土深度，则每根钢管桩的承载力为6002=1200kN，管桩周长U=D=3.14160.8=2.5133m。依地质勘察报告，河床自上而下各层土的桩侧极限摩擦力标准值为：第一层 卵石土 厚度为3.4m， =100Kpa第二层 淤泥质粘土 厚度为2.3m， =60 Kpa第三层 卵石土 厚度为4.0m， =100 Kpa第四层 强风化泥岩 厚度为7.8m， =125 KpaN=iuhi N=1002.51333.4+602.5133hi =1200kN 854.52+