奉化西环线公路工程剡江桥栈桥计算书(定稿).doc

奉化西环线公路工程（江拔线至滕头段）栈桥计算书 编制： 审核： 奉化西环线公路工程（江拔线至滕头段）项目经理部二一六年四月目 录1、基本资料12、受力验算22.1、内力计算22.2钢面板计算32.3 I10#工字钢验算62.4 I20b工字钢验算82.5 贝雷片验算112.6 横向分配梁验算202.7 钢管桩验算2401、基本资料栈桥位于剡江大桥两侧，共有两座，栈桥宽4.5m，单个栈桥长140m，泵车停放位置栈桥宽9.68m、长12m，单个栈桥共设置两处泵车停放位置。栈桥基础采用5008mm钢管桩，桥面4.5m宽位置由2根钢管桩组成，钢管桩中到中间距3.06m，泵车停放位置单排桩中到中间距为2.97m+3.06m+2.97m组成，桩长为12.8m21.7m，钢管桩纵向间距分为：东侧栈桥312m+18m+712m；西侧栈桥312m+18m+712m。栈桥内桥面边距离现浇箱梁边3m。一排钢管桩间采用2根16#槽钢平联，2根16#槽钢十字联。钢管桩顶设置双拼I40b工字钢横向分配梁，长度为4m（泵车停放位置12m）。I40b工字钢顶设置两组90cm双排单层贝雷片纵向分配梁，贝雷片组与组中到中间距为2.66m。贝雷片顶设置I20b工字钢横向分配梁，工字钢单根长度4m（泵车停放位置12m），工字钢间距0.68m。I20b工字钢顶设置I10#工字钢纵向分配梁，工字钢间距0.355m。I10#工字钢顶设置厚度1cm厚防滑钢板。桥面顶焊接48mm钢管护栏。每座栈桥外侧在通航位置设置限高门架，限高门架设置在4#墩和5#墩之间。门架两侧基础采用5088mm钢管桩，钢管桩顶采用2根12mI20b工字钢焊接，钢管桩中心间距为18m。限高门架距离栈桥中心12m。栈桥主要荷载为砼搅拌车、砼泵车、自卸车以及汽车吊。图：4.5m宽桥面横断面图：泵车停放位置横断面栈桥两侧设置6m长搭板，搭板宽4.5m，厚20cm的C30钢筋砼结构。2、受力验算2.1、内力计算恒载：10mm钢板4.6*1*0.01*7.85*10=3.611KN/mI10#工字钢纵向分配梁9*11.2/100=1.008KN/mI20b工字钢横向分配梁31.086*4*20/15/100=1.66KN/m纵向贝雷片与连接片(4*5*260+2*5*33)/15/100=3.687KN/mI40b工字钢73.8685*2*4/100=5.91KN/根活载：砼搅拌车整车重量15t，9m3砼重量21.6t,总重量38t,前后轮轴距4m，左右轮距1.9m，后轮承重70%的力。自卸车整车重量15t，载货重量35t,总重量50t,后轮承重70%的力。25t汽车吊自重30t，吊重限荷不超过10t。砼泵车47m距离（支腿间距9*9m），整车重量38t，工作时砼重量10t，总计48t受力情况分析：自卸车后轮胎宽0.3m，接触面长0.23m，轮胎外到外间距2.40m，行走在栈桥面时如下图：图：自卸车后轮胎横向位置图：自卸车轮胎纵向位置自卸车后轮胎共有8只，后轮胎总计承载力为500.7=35t，每只后轮所承载力为358=4.375t，计算时取100cm宽铁板，则每个轮胎的均布荷载为4.375100.23=190.2KN/m，I10#工字钢按照间距35.5cm满足要求，具体计算如下：2.2钢面板计算1）总体信息 （1）自动计算梁自重，梁自重放大系数1.20 （2）材性：Q235 弹性模量 E = 206000 MPa 剪变模量 G = 79000 MPa 质量密度 = 7850 kg/m3 线膨胀系数 = 12x10-6 / c 泊松比 = 0.30 屈服强度 fy = 235 MPa 抗拉、压、弯强度设计值 f = 190 MPa 抗剪强度设计值 fv = 110 MPa （3）截面参数：铁板 截面上下对称 截面面积 A = 10000 mm2 自重 W = 0.769 kN/m 面积矩 S = 12500 mm3 抗弯惯性矩 I = 83333 mm4 抗弯模量 W = 16667 mm3 塑性发展系数 = 1.202）荷载信息 （1）活荷载 均布荷载，190.20kN/m，荷载分布：距左端0.76m起0.23m 均布荷载，190.20kN/m，荷载分布：距左端1.06m起0.23m 均布荷载，190.20kN/m，荷载分布：距左端2.62m起0.23m 均布荷载，190.20kN/m，荷载分布：距左端2.93m起0.23m3）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） 1.20恒+1.40活 （2）剪力图（kN） 1.20恒+1.40活 （3）挠度 1.0恒+1.0活 （4）支座反力（kN） 1.20恒+1.40活4）单元验算 从分析图得出第4跨受力最大，所以只列出第4跨受力计算。 第3跨： (1)、内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -1.372.86 kN.m 剪力设计值 -14.0347.61 kN (b)、最大挠度：最大挠度0.50mm，最大挠跨比1/713 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1） (2)、强度应力 最大剪应力 = Vmax * S / I / tw = 47.61 * 12500 / 83333 / 1000.0 * 1000 = 7.1 MPa fv = 110 MPa 满足! 最大正应力 = Mmax / / W = 2.86 / 1.20 / 16667 * 1e6 = 143.0 MPa f = 190 MPa 满足! (3)、稳定应力 整体稳定系数b = 1.00 最大压应力 = Mmax / b / W = 2.86 / 1.00 / 16667 * 1e6 = 171.6 MPa f = 190 MPa 满足! (4)、该跨验算结论：满足! 连续梁验算结论： 满 足 !2.3 I10#工字钢验算从桥面板计算中得出最大支座反力为80.4KN，这个力为1.2恒+1.4活的反力，所以这里计算按照1的系数计算，经验算下部I20b工字钢间距为68cm满足要求。上步计算中的反力1.20恒+1.40活1）总体信息 （1）自动计算梁自重，梁自重放大系数1.20 （2）材性：Q235 弹性模量 E = 206000 MPa 剪变模量 G = 79000 MPa 质量密度 = 7850 kg/m3 线膨胀系数 = 12x10-6 / c 泊松比 = 0.30 屈服强度 fy = 235 MPa 抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa 抗剪强度设计值 fv = 125 MPa （3）截面参数：普工10 截面上下对称 截面面积 A = 1430 mm2 自重 W = 0.110 kN/m 面积矩 S = 27921 mm3 抗弯惯性矩 I = 2450000 mm4 抗弯模量 W = 49000 mm3 塑性发展系数 = 1.052）荷载信息 (1)、集中力，80.40kN，荷载位置：距左端1.08m (2)、集中力，80.40kN，荷载位置：距左端2.38m3）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） （2）剪力图（kN） （3）挠度 （4）支座反力（kN）4）单元验算从验算情况来分析，第4跨受力最大，所以这里只显示第4跨计算，其它跨省略。 第4跨： (1)、内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -9.924.34 kN.m 剪力设计值 -41.9738.52 kN (b)、最大挠度：最大挠度0.61mm，最大挠跨比1/1107 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1） (2)、强度应力 最大剪应力 = Vmax * S / I / tw = 41.97 * 27921 / 2450000 / 4.5 * 1000 = 106.3 MPa fv = 125 MPa 满足! 最大正应力 = Mmax / / W = 9.92 / 1.05 / 49000 * 1e6 = 192.8 MPa f = 215 MPa 满足! (3)、稳定应力 整体稳定系数b = 1.00 最大压应力 = Mmax / b / W = 9.92 / 1.00 / 49000 * 1e6 = 202.5 MPa f = 215 MPa 满足! (4)、该跨验算结论：满足! 连续梁验算结论： 满 足 !2.4 I20b工字钢验算从面板验算中得出I20b工字钢所受为集中力，每根工字钢分6个主要集中力，最大为80.4KN。1.20恒+1.40活1）总体信息 （1）自动计算梁自重，梁自重放大系数1.20 （2）材性：Q235 弹性模量 E = 206000 MPa 剪变模量 G = 79000 MPa 质量密度 = 7850 kg/m3 线膨胀系数 = 12x10-6 / c 泊松比 = 0.30 屈服强度 fy = 235 MPa 抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa 抗剪强度设计值 fv = 125 MPa （3）截面参数：普工20b 截面上下对称 截面面积 A = 3960 mm2 自重 W = 0.305 kN/m 面积矩 S = 144977 mm3 抗弯惯性矩 I = 25000000 mm4 抗弯模量 W = 250000 mm3 塑性发展系数 = 1.052）荷载信息 (1)、集中力，33.00kN，荷载位置：距左端0.89m (2)、集中力，80.40kN，荷载位置：距左端0.89m (3)、集中力，16.70kN，荷载位置：距左端1.24m (4)、集中力，15.60kN，荷载位置：距左端2.31m (5)、集中力，79.90kN，荷载位置：距左端2.66m (6)、集中力，34.50kN，荷载位置：距左端3.02m3）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） （2）剪力图（kN） （3）挠度 （4）支座反力（kN）4）单元验算从受力分析来看第3跨最大，所以只计算第3跨步骤，其它省略。 第3跨： (1)、内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -4.345.64 kN.m 剪力设计值 -8.14106.58 kN (b)、最大挠度：最大挠度0.05mm，最大挠跨比1/20000 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1） (2)、强度应力 最大剪应力 = Vmax * S / I / tw = 106.58 * 144977 / 25000000 / 9.0 * 1000 = 68.7 MPa fv = 125 MPa 满足! 最大正应力 = Mmax / / W = 5.64 / 1.05 / 250000 * 1e6 = 21.5 MPa f = 215 MPa 满足! (3)、稳定应力 整体稳定系数b = 1.00 最大压应力 = Mmax / b / W = 5.64 / 1.00 / 250000 * 1e6 = 22.5 MPa f = 215 MPa 满足! (4)、该跨验算结论：满 足 ! 连续梁验算结论： 满 足 !2.5 贝雷片验算2.5.1 贝雷片性能拼装钢桥梁几何特性表： 几何特性结构构造W（cm3）I（cm4）单排单层不加强3578.5250497.2加强7699.1577434.4双排单层不加强7157.1500994.4加强15398.31154868.8三排单层不加强10735.6751491.6加强23097.41732303.2双排双层不加强14817.92148588.8加强30641.74596255.2三排双层不加强22226.83222883.2加强45962.66894382.8桁架容许内力表： 桥型 容许内力不加强桥梁加强桥梁单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层弯矩(kNm)788.21576.42246.43265.44653.21687.53375.04809.46750.09618.8剪力(kN)245.2490.5698.9490.5698.9245.2490.5698.9490.5698.92.5.2 贝雷片受力形式贝雷片计算分为12m和18m跨径两种，贝雷片上部重量按照两种形式计算，第1种是自卸车行走在钢管桩与钢管桩的跨中，第2种是自卸车后轮行走至钢管桩中心位置。第1种分析贝雷片受力情况，第2种分析贝雷片下工字钢横梁受力情况。2.5.3 贝雷片荷载信息1）静载：（1）非通航位置10mm钢板4.6*1*0.01*7.85*10=3.611KN/mI10#工字钢纵向分配梁12*11.2/100=1.344KN/mI20b工字钢横向分配梁12/0.68*31.086*4/12/100=1.83KN/m纵向贝雷片与连接片(4*2*260+2*3*33)/6/100=3.80KN/m合计静载3.611+1.008+1.83+3.8=10.249KN/m（2） 通航位置10mm钢板4.6*1*0.01*7.85*10=3.611KN/mI10#工字钢纵向分配梁12*11.2/100=1.344KN/mI20b工字钢横向分配梁12/0.68*31.086*4/12/100=1.83KN/m纵向贝雷片与连接片(6*6*260+27*33)/18/100=5.7KN/m合计静载3.611+1.008+1.83+3.8=12.15KN/m2）活载：自卸车前轮500.310=150KN自卸车前后轮500.72=175KN自卸车后后轮500.72=175KN2.5.4 受力示意图贝雷片由双排单层组成，共2组，详见下图：2.5.5 跨径12m贝雷片受力分析2.5.5.1 行走至跨中利用I63c工字钢经Msteel结构工具箱计算得出：1）荷载（1）恒荷载均布荷载，10.25kN/m，荷载分布：满布 （2）活荷载 集中力，150.00kN，荷载位置：距左端13.55m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端17.35m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端18.65m2）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） 1.20恒+1.40活 （2）剪力图（kN） 1.20恒+1.40活 （3）挠度 1.0恒+1.0活 （4）支座反力（kN） 1.20恒+1.40活 内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -1014.91761.72 kN.m 剪力设计值 -352.04519.47 kN (b)、最大挠度：最大挠度37.43mm，最大挠跨比1/321 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1）2组双排单层剪力设计值为490.5*2=981KN，弯矩设计值为1576.4*2=3152.8kNm验算最大剪力值519.47KN981KN，满足要求。验算最大弯矩值1014.91kNm3152.8kNm，满足要求。I63c工字钢的挠度是双排单层贝雷片的0.40719倍，则贝雷片的挠度值为37.43*0.40719/2=7.62mmL/400=12000/400=30mm，满足要求。2.5.5.2 行走至钢管桩处利用I63c工字钢经Msteel结构工具箱计算得出：1）荷载信息 （1）恒荷载 均布荷载，10.25kN/m，荷载分布：满布 （2）活荷载 集中力，150.00kN，荷载位置：距左端19.55m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端23.35m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端24.65m2）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） 1.20恒+1.40活 （2）剪力图（kN） 1.20恒+1.40活 （3）挠度 1.0恒+1.0活 （4）支座反力（kN） 1.20恒+1.40活内力范围、最大挠度 (1)、内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -446.61553.25 kN.m 剪力设计值 -465.70160.81 kN (b)、最大挠度：最大挠度13.63mm，最大挠跨比1/881 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1）2组双排单层剪力设计值为490.5*2=981KN，弯矩设计值为1576.4*2=3152.8kNm验算最大剪力值553.25KN981KN，满足要求。验算最大弯矩值465.7Nm3152.8kNm，满足要求。I63c工字钢的挠度是双排单层贝雷片的0.40719倍，则贝雷片的挠度值为13.63*0.40719/2=2.77mmL/400=12000/400=30mm，满足要求。2.5.6 跨径18m贝雷片受力分析2.5.6.1 行走至跨中利用I63c工字钢经Msteel结构工具箱计算得出：1）荷载信息 （1）恒荷载 均布荷载，10.25kN/m，荷载分布：左端12.00m 均布荷载，12.15kN/m，荷载分布：距左端12.00m起18.00m 均布荷载，10.25kN/m，荷载分布：右端12.00m （2）活荷载 集中力，150.00kN，荷载位置：距左端16.55m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端20.35m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端21.65m2）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） 1.20恒+1.40活 （2）剪力图（kN） 1.20恒+1.40活 （3）挠度 1.0恒+1.0活 （4）支座反力（kN） 1.20恒+1.40活3）内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -1792.861422.74 kN.m 剪力设计值 -420.90541.54 kN (b)、最大挠度：最大挠度146.91mm，最大挠跨比1/123 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1）3组双排单层剪力设计值为490.5*3=1471.5KN，弯矩设计值为1576.4*3=4729.2kNm验算最大剪力值541.54KN1471.5KN，满足要求。验算最大弯矩值1792.86kNm4729.2kNm，满足要求。I63c工字钢的挠度是双排单层贝雷片的0.40719倍，则贝雷片的挠度值为146.91*0.40719/3=19.9mmL/400=18000/400=45mm，满足要求。2.5.6.2 行走至钢管桩处利用I63c工字钢经Msteel结构工具箱计算得出：1）荷载信息 （1）恒荷载 均布荷载，10.25kN/m，荷载分布：左端12.00m 均布荷载，12.15kN/m，荷载分布：距左端12.00m起18.00m 均布荷载，10.25kN/m，荷载分布：右端12.00m （2）活荷载 集中力，150.00kN，荷载位置：距左端25.55m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端29.35m 集中力，175.00kN，荷载位置：距左端30.65m2）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） 1.20恒+1.40活 （2）剪力图（kN） 1.20恒+1.40活 （3）挠度 1.0恒+1.0活 （4）支座反力（kN） 1.20恒+1.40活 内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -544.44808.44 kN.m 剪力设计值 -541.97178.60 kN (b)、最大挠度：最大挠度50.86mm，最大挠跨比1/354 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1）3组双排单层剪力设计值为490.5*3=1471.5KN，弯矩设计值为1576.4*3=4729.2kNm验算最大剪力值541.97KN1471.5KN，满足要求。验算最大弯矩值808.44kNm4729.2kNm，满足要求。I63c工字钢的挠度是双排单层贝雷片的0.40719倍，则贝雷片的挠度值为50.86*0.40719/3=6.9mmL/400=18000/400=45mm，满足要求。2.6 横向分配梁验算按照上步验算自卸车行走至钢管桩处时反力最大，详见如下：1.20恒+1.40活大钢管上部采用单根I40b工字钢，详见下图：经上步贝雷片验算最大支座反力为924.7KN，共有4排贝雷片，每排贝雷片压力为924.7/4=231.2KN。1）总体信息 （1）自动计算梁自重，梁自重放大系数1.20 （2）材性：Q235 弹性模量 E = 206000 MPa 剪变模量 G = 79000 MPa 质量密度 = 7850 kg/m3 线膨胀系数 = 12x10-6 / c 泊松比 = 0.30 屈服强度 fy = 235 MPa 抗拉、压、弯强度设计值 f = 205 MPa 抗剪强度设计值 fv = 120 MPa （3）截面参数：普工40b 截面上下对称 截面面积 A = 9410 mm2 自重 W = 0.724 kN/m 面积矩 S = 666050 mm3 抗弯惯性矩 I = 228000000 mm4 抗弯模量 W = 1140000 mm3 塑性发展系数 = 1.052）荷载信息 恒荷载 (1)、集中力，231.20kN，荷载位置：距左端0.22m (2)、集中力，231.20kN，荷载位置：距左端1.12m (3)、集中力，231.20kN，荷载位置：距左端2.88m (4)、集中力，231.20kN，荷载位置：距左端3.78m3）内力、挠度计算 （1）弯矩图（kN.m） （2）剪力图（kN） （3）挠度 （4）支座反力（kN）4）单元验算 第2跨： (1)、内力范围、最大挠度 (a)、内力范围：弯矩设计值 -93.5257.90 kN.m 剪力设计值 -232.45232.60 kN (b)、最大挠度：最大挠度2.10mm，最大挠跨比1/1457 （挠度允许值见钢结构设计规范(GB 50017-2003)附录A.1） (2)、强度应力 最大剪应力 = Vmax * S / I / tw = 232.60 * 666050 / 228000000 / 12.5 * 1000 = 54.4 MPa fv = 120 MPa 满足! 最大正应力 = Mmax / / W = 93.52 / 1.05 / 1140000 * 1e6 = 78.1 MPa f = 205 MPa 满足! (3)、稳定应力 整体稳定系数b = 1.00 最大压应力 = Mmax / b / W = 93.52 / 1.00 / 1140000 * 1e6 = 82.0 MPa f = 205 MPa 满足! (4)、验算结论：满足!252.7 钢管桩验算（1）承载力验算钢管桩采用直径500mm，壁厚8mm。钢管桩承载力按下式计算式中 桩的周长（m）； n桩长范围内所划分的土层数； 桩周第i层土的侧阻力（KPa）； 第i层土的厚度（m）。 水中表面土层由于经长期浸泡已失去摩擦系数作用，这里考虑表层1m深度不做摩擦系数考虑。经设计院提供的桥型总体图CAD图统计，各墩位地质数据以及入土长度和承载力如下表：单侧土层编号侧阻力（kpa）1#墩（m）2#墩（m）3#墩（m）4#墩（m）5#墩（m）6#墩（m）7#墩m）8#墩（m）9#墩（m）10#墩m）11#墩（m）12#墩（m）1-1253.35 0.00 0.00 0.00 0.68 2.27 2.23 1.41 0.00 0.60 2.84 3.38 1-2153.59 5.16 2.18 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.74 3.11 2-3404.00 5.49 4.61 1.92 0.00 0.34 0.85 1.49