梅江大桥临时钢栈桥计算书114(不贯通).doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除钢栈桥计算书一、设计概述梅江大桥工程位于梅县区畲江镇，桥梁跨越梅江河，本桥为斜交桥，斜交角度为15度。桥梁中心桩号为K2196+473，起止桩号为：K2196+285.2K2196+660.8，长度为375.6m，左右两幅分离，两幅之间的间距0.5m，单幅桥桥梁宽度为11.75m,其中桥面净宽10.75m；其中桥梁主要工程数量：钻孔灌注桩基础合计64根，下部结构桥墩采用柱式桥墩，桥台采用肋板式桥台，墩台身合计56个，上部结构为625m+340m+425m预应力连续小箱梁结构，其中40m为连续小箱梁结构，25m为简支小箱梁结构。根据现场施工需要，我部拟建栈桥长约276m，桥面宽6m，设计顶标高95.38m，径向对应的线路起讫里程为K2196+329K2196+485、K2196+510K2196+630，K2196+485K2196+510段为通航深水区域，栈桥在该处断开，满足主河道通航要求；主梁采用3组单层双排贝雷架，每两组钢架间距2m，贝雷架之间采用花窗连接；栈桥标准跨径为分为12m和15m两种，跨度分布为12m5）+（12m4）+（12m4）+（12m5）+（12m5）跨；栈桥基础采用3根6308mm钢管桩基础。每排钢管桩之间采用14号槽钢连接成，以增加其整体稳定性。在栈桥分跨处均设置一道伸缩缝，宽度为0.1m，该处采用双排钢管桩基础；桥面板采用1cm厚钢板，分配纵梁采用I12.6工字钢，分布横梁采用I16工字钢。桥面板上设置12防滑钢筋，防护栏杆采用50mm钢管，高度1.2m,间距1.2m。贝雷架与分配横梁之间采用U型螺栓连接。栈桥结构形式如下图示： 栈桥侧面结构布置图二、设计依据1、国道G206线梅城至畲江段改线工程梅江大桥工程施工设计图2、公路桥涵施工技术规范（JTG_TF50-2011）；3、公路桥涵设计通用规范（(JTG D60-2015）；4、公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)；5、公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD632007）；6、城市桥梁设计荷载标准（CJJ 11-2011）；7、装配式公路钢桥多用途使用手册；8、公路施工手册桥涵；9、地质勘察报告及现场情况。三、技术指标1、设计顶标高95.38m，与设计桥梁基本平行；2、设计控制荷载：挂-120、履-50（最大吊重按20t考虑）；3、设计使用寿命：2年；4、水位：取最高水位+93.25m（设计常水位高程90.75m+预计洪水位2.5m）；5、河床高程取84.76m，最大冲刷深度考虑0.5m，即冲刷后地面线高程为84.26m；6、流速： v=1.53m/s；7、河床覆盖层：淤泥，厚度4.5m；（卵石，厚度0.5m）8、基本风速：27.3m/s；最大风速40m/s；9、浪高:3.5m；10、设计行车速度15km/h。四、力学性能参数1、贝雷梁采用16Mn钢，力学性能按以下规定检算：(1) 弹性模量E=210GPa；(2) 抗拉、抗压和抗弯强度为315Mpa。(3) 抗剪强度为185MPa；2、其余结构钢材采用Q235钢，力学性能按以下规定检算：(1) 弹性模量E=210GPa；(2) 抗拉、抗压和抗弯强度为215MPa；(3) 抗剪强度为125Mpa。刚度验算时控制挠度限值为L/400。五、地质水文风压资料桥址位于梅县区畲江镇，桥位区为河谷冲积地貌，桥底为梅江河。场区经钻探揭露地基岩土层按照成因类型划分为：第四系人工填土层；第四系冲击层；白垩系；早古生代混合花岗岩基岩。桥址场地无区域性构造通过，钻探揭露，场地未发现断层迹象，场地划分为对建筑抗震一般地段，场地稳定性较好。地质资料见下表。地质资料序号岩土层名称极限摩阻力标准值qik（kpa）地基承载力基本容许值fao（kpa）层顶标高层底标高平均层厚（m）1填筑土002粉砂1510093.4485.4483粘土3416091.06-93.783.044卵石7032084.76-86.231.375全风化混合花岗岩6030086.633.26强风化混合花岗岩11060073.56-84.269.617强风化砂砾岩8050083.64-83.9612.18中风化混合花岗岩2300fr=24MPa56.06-83.9811.319中风化砂砾岩1500Fr=16MPa71.569六、施工栈桥计算6.1 计算内容本工程施工栈桥跨度有两种，分别为12m和15m，本次计算取315m栈桥建模检算。检算主要包括以下六个方面的内容：(1)上部结构内力计算；(2)贝雷梁内力计算；(3)2I32a内力计算；(4)钢管桩竖向承载力计算；(5)钢管桩稳定性计算；(6)剪刀撑内力计算。6.2 计算荷载6.2.1 上部结构恒重（6米宽计算） 1）面层：间距为0.35m的I12.6工字钢分配纵梁，荷载为0.142kN/m;上部铺设1cm厚钢板荷载为：0.785kN/m2；2）面层横向分配梁：I16，0.205kN/m ，1.23kN/根，间距0.5m；3）纵向主梁：321型贝雷梁，6.66 KN/m；4）桩顶分配主梁：2I32a，1.054kN/m ，6.324kN/根。验算时软件自动加载自重部分，取用荷载系数为1.2。6.2.2 车辆荷载 1）9m3罐车荷载（以三一搅拌车为例）主要参数：整备车重140kN；载重9m3砼重216kN；轴距为3545+1350；前轴重76kN，后轴重140kN，前轮轮胎着地尺寸为300200；后轮轮胎着地面积600200。按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）要求，结构重要系数0取为1.0，汽车荷载效应系数Q1取为1.4，冲击系数取为0.05，前轮均载，后轮均载。罐车荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：kN；尺寸单位：cm）2）履带吊50t（计算中考虑最大吊重20t） 50T履带吊车荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：kN；尺寸单位：m）6.2.3施工荷载及人群荷载：4KN/m2履带吊与9m3罐车的主要技术指标主要指标单位履带-509m3罐车车辆重力kN500356履带数或车轴数个23各条履带压力或每个车轴重力kN56 kN/m140履带着地长度或纵向轴距m4.53.545+1.35每个车轴的车轮组数目组-4履带或车轮横向中距m2.51.8履带宽度或每对车轮着地宽和长m0.70.60.26.3 上部结构内力计算6.3.1 桥面钢板验算 栈桥桥面钢板厚度10mm，汽车轮胎对钢板的纵向影响计算宽度取0.6m，计算净跨度为0.35m。 1)自重均布荷载：q1=0.60.01107.85=0.471 KN/m；2)施工及人群荷载：4KN/m2，不与汽车荷载同时作用，可不予考虑；汽车行驶在栈桥上时，限速为5km/h，故冲击荷载不计；3)车轮压前轴重76 kN，中后轴重为140kN，中后轴有2组车轮，则单组车轮荷载为76kN，最大车轮荷载为38kN，前轴车轮着地宽度和长度为0.3m0.2m，后轴车轮着地宽度和长度为0.6m0.2m，q2=38kN /0.2m=190kN/m。50t履带吊的均布荷载为56KN/m，所以计算是取值为q=190KN/m。4)计算最大弯矩及最大剪力值（桥面板与I12.6工字钢采用焊接连接）跨中弯矩Mmax= ql2/12=190*0.35*0.35/12=1.94强度验算W=bh2/6=0.60.012/6=110-5m3 =Mmax/W=194Mpa=210Mpa 故强度满足要求。6.3.2 纵向I12.6工字钢内力验算 1）罐车单侧车轮作用在I12.6跨中时，I12.6弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力，跨度根据横向分配量I16工字钢计算，跨度为0.5m。荷载分析：1）自重均布荷载：0.7850.350.142=0.42kN/m 2）施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用 3）汽车轮压：汽车轮压：前轴重76kN，中后轴重为140kN，中后轴有2组车轮，每个车轮荷载为35kN。钢面板下背肋I12.6每隔350mm间距布置，单个车轮作用在一根I12.6上，则单根I12.6受到的最大荷载为：P=38 KN。受力模型弯矩图(Mmax=4.76kN.m)剪力图(Qmax=19.11kN)6.3.3 履带-50 荷载分析： 1）自重均布荷载：0.7850.350.142=0.42kN/m 2）施工及人群荷载：不考虑同时作用 3）50t履带吊轮压：履带宽度为0.7m，吊重20t的履带接地比压为（50+20）/(4.52)/0.7m112kN/m2，则每根I12.6的荷载为q=1120.35=39.2kN/m，计算模型如下： 受力模型弯矩 Mmax=1/8*q*L2=1/8*(39.2+0.42)*0.52=1.24kN.m剪力 Qmax=1/2*q*L=1/2*(39.2+0.42)*0.5=9.9kN.m6.3.4 结论经以上分析可知，Mmax=1.24kN.m,，Qmax=9.9kN选用I12.6，则 Wx=77cm3 ,Ix=488 cm4 ,S* =44.2cm3=M/=(1.24103)/(1.057710-6)=15.4MPa=210 MPa=(QmaxS*)/(Ixb)=(9.910344.210-6) /(48810-8510-3)=17.9 MPa=120MPa(满足要求)6.3.2 I16横向分配梁内力计算 6.3.2.1 汽车荷载 单边车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。 荷载分析：1）自重均布荷载：（0.142kN/m0.5170.7850.56）/6m+0.205kN/m0.8kN/m2）施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用3）汽车轮压：9m3罐车不考虑错车，当车在I16横向跨中时弯距最大，计算模型如下：70KN 70KN0.8KN/m受力模型弯矩图(Mmax=12.53kN.m)剪力图(Qmax47.02kN)6.3.2.2 履带-50 荷载分析： 1）自重均布荷载：（0.142kN/m0.5170.7850.56）/6m+0.205kN/m0.8kN/m2）施工及人群荷载：不考虑与履带吊同时作用 3）50t履带吊轮压：履带吊接地长度为4.5m，I16布置间距为0.5m，履带吊同时作用在9根I16上，在吊装20T重物时，单根I16的履带轮压为q1=q2=(50+20)/（4.52）kN/m0.5m/0.7m56kN/m利用结构力学求解器建模如图：0.8KN/m （56 KN/m ） （56 KN/m ） 受力模型弯矩图(Mmax=5.19kN.m)剪力图(Qmax26.89kN)6.3.2.3 结论经以上分析可知：Mmax=12.53kN.m, Qmax47.02kN选用I16，则 Wx=141cm3 ,Ix=1130 cm4 ,S* =80.8cm3=M/=(12.53103)/(1.0514110-6)=84.6MPa =210 MPa=(QmaxS*)/(Ixb)=(47.0210380.810-6) /(113010-8610-3)=56 MPa =120MPa(满足要求)6.4 贝雷梁内力计算 6.4.1 汽车荷载作用阶段荷载分析： 1）自重均布荷载： q1 =(0.7856150.14215170.205630）/15=9.6kN/m；2）施工及人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；3）受力模型如下： 9m3罐车按2m间距布置于桥上，其中一辆的重轴移动至跨中：受力模型弯矩图(Mmax=1298.87kN.m)剪力图(Qmax=247.4kN)节点反力图(Nmax=247.4kN)9m3罐车按2m间距布置于桥上，两辆车的重轴在同一跨内且移动至跨中：受力模型弯矩图(Mmax=1006.33kN.m)剪力图(Qmax=378.16kN)节点反力图(Nmax=378.16kN)6.4.2 50t履带吊作用阶段履50在跨中起吊20吨重物：受力模型弯矩图(Mmax=2454kN.m)剪力图(Qmax=409kN)节点反力图(Nmax=409kN)经过上述分析知，在履带作用阶段贝雷梁最大弯矩Mmax2= 2454kN.m，最大剪力Qmax2=409kN。纵向主梁选用3组二排单层贝雷架，则贝雷梁容许弯矩：M=788.26=4729.2kN.m，容许剪力：Q=245.261471.2 kN。Mmax= Mmax2=2454kN.mM= 4729.2kN.m Qmax= Qmax1=409kNQ =1471.2kN满足强度要求。 6.5 I32a横梁内力 对于下横梁受力最不利情况为：1、 两辆罐车（间距2m）同时行使至钢管桩顶时；2、 履-50沿栈桥在桩顶吊装时。为简化计算，将两辆罐车、履-50荷载以集中力的形式加载。下面分两种情况对下横梁的内力进行分析：6.5.1 罐车沿栈桥的边侧行驶到桩顶时1）自重均布荷载： q1 =(0.785156+0.1421517+0.205136)/(31)+1.054=42kN/m 2）施工及人群荷载: 不考虑与履带吊同时作用 3）两辆罐车的轮压：Q1= Q2=356 kN第一步：求解贝雷梁支点反力。 受力模型支点反力(Rmax=418.6kN) 第二步：根据上面的分析结果，模拟贝雷加载分析2I32a内力。 受力模型弯矩图(Mmax=103.25kN.m) 剪力图(Qmax=336.17kN)支点反力(Rmax=607.08kN)6.5.2 履-50沿栈桥的边侧在桩顶吊装时1）自重均布荷载：q1 =(0.785156+0.1421517+0.205136)/(31)+1.054=42kN/m 2）施工及人群荷载: 不考虑与履带吊同时作用 3）履-50轮压：Q1= Q2（500200）/（20.7）500kN/m（考虑最大吊重20t）第一步：求解贝雷梁支点反力。受力模型支点反力(Rmax=307.97kN)第二步：根据上面的分析结果，模拟贝雷加载分析2I32a内力。受力模型弯矩图(Mmax=75.58kN.m)剪力图(Qmax=272.41kN)支点反力(Rmax=207.44kN) 根据上面的计算分析，取Mmax=103.25kNm，Qmax=336.17kN进行下横梁的截面设计。6.5.3 结论选用2I32a，则 Wx=1384cm3 ,Ix=22160 cm4 ,S* =801cm3 =(QmaxS*)/(Ixb)=(336.1710380110-6) /(2216010-81610-3)=75.95 MPa =120MPa(满足要求)6.6 钢管桩承载力计算 钢管桩最大需承力出现在罐车沿栈桥的边侧行驶到桩顶时，根据上述“2I32a垫梁内力”分析可知，桩顶最大作用力为607.08kN 。查看地质资料可得，在K2196+473处的地勘地质资料最为不利，该区域土层磨阻力如表：序号土层名称极限摩阻力标准值顶层标高底层标高层厚（m）承载力1卵石7084.7684.260.53202强风化混合花岗岩11084.2673.9610.36003中风化混合花岗岩73.9656.7617.32300依据建筑桩基技术规范JGJ94-2008第5.3.7条规定，钢管桩竖向极限承载力标准值计算公式为：Quk=3.1420.63（5110）+0.86003.142(0.63/2)2=1238.35kN607.08kN 满足承载力要求即钢管桩入强风化混合花岗岩层5米。6.7 钢管桩稳定性计算 河床面高程为84.76m，按0.5m冲刷深度考虑，桩顶标高取92.92m，钢管悬臂长度为8.66m。6308mm钢管桩Wx=2173.066cm3，A=148.78cm2。6.7.1 单根钢管桩流水压力计算依据公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004第4.3.8条规定，单根桩流水压力计算公式为：FW=0.80.53.1420.630.5（93.25-84.76）10.251.532/(29.81)= 4.11kN。流水压力合力的着力点高程为90.75+0.3（93.25-84.76）=93.265m。6.7.2 单根钢管桩风力计算根据公路桥涵设计通用规范(JTJ D60-2004) 第4.3.7条计算钢管桩收到风荷载计算公式如下：单跨栈桥受到的风力时取最大风速40m/s，则，风力作用点高程为95.15m。则单根钢管柱受到的风力为62.3/3=20.8kN。6.7.3 钢管桩波浪力计算（1）浪长计算根据盖拉德(Gaillard)的经验公式：L=1733H式中：L浪长；H浪高；L=333.5=115.5m（2）波浪力计算原理按立波理论计算。（3）计算钢管桩承受的波浪力根据塞恩费劳(Sainflow